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1 绪论1

1．1 现代矿山充填采矿技术的研究与发展1

1．2 充填采矿对矿产资源开发的重要意义6

1．3 国内外充填采矿技术交流6

1．4 金川充填采矿研究和讨论的主要问题7

2 充填材料与配比选择8

2．1 矿山胶结充填技术的发展8

2．2 充填材料及其物理化学性质9

2．2．1 常用充填物料的性质9

2．2．2 金川矿区的主要充填材料14

2．2．3 充填物料对充填料浆的影响15

2．3 充填材料的几个计算公式17

2．3．1 固体颗粒加权平均粒径的计算17

2．3．2 粒级组成的不均匀系数计算公式17

2．3．3 固体颗粒材料的孔隙率和孔隙比的关系式17

2．3．4 胶结体抗压强度的计算公式17

2．3．5 固体颗粒材料的渗透性计算公式17

2．3．6 浆体浓度的计算公式18

2．4 充填料浆的配合比18

2．4．1 充填料的配合比选择原则18

2．4．2 粗骨料胶结料浆的配合比19

2．4．3 高浓度胶结充填料浆的配合比20

2．4．4 棒磨砂砂浆的配合比21

2．5 膏体充填料的配比选择23

2．5．1 膏体充填的基本概念23

2．5．2 膏体充填料的配合比选择23

2．5．3 膏体充填料的检测与判别27

2．5．4 影响膏体强度的相关因素28

2．5．5 部分矿山充填膏体的级配构成30

2．5．6 国内外部分矿山的膏体料浆的性能特征31

2．6．1 充填材料添加剂的种类32

2．6 添加剂对充填材料配比效果的影响32

2．6．2 添加剂对充填材料的影响33

2．6．3 添加剂的使用方法33

2．7 物理作用对充填材料配比及强度的影响33

2．7．1 活化搅拌对充填材料配比及强度的影响33

2．7．2 磁化水在充填料配合比中的应用34

2．8 优化选择充填材料配合比35

2．8．1 数值优化技术原理35

2．8．2 数值优化技术的应用36

2．9．1 金川细砂管道模拟采场充填38

2．9．2 金川新型充填材料模拟采场试验38

2．9 试验室模拟采场充填试验38

2．9．3 水淬二次渣半工业试验优化采场充填39

2．9．4 金川全尾砂胶结充填优化采场试验39

2．9．5 大厂铜坑锡矿块石砂浆地表优化试验40

2．10 充填试验室常用设备41

2．10．1 充填材料试验与基本设备41

2．10．2 压缩试验设备42

2．10．3 充填料抗剪强度试验设备43

3．1 流变特性的研究对充填的意义44

3．2 流变模型44

3 浆体和膏体的流变特性44

3．2．1 牛顿流体45

3．2．2 非牛顿流体模型45

3．2．3 宾汉塑性体模型45

3．3 新拌水泥浆体和水泥砂浆的流变特性47

3．4 新拌混凝土的流变特性49

3．5 全尾砂充填料浆的流变特性51

3．5．1 流变曲线51

3．5．2 屈服应力53

3．5．3 黏度55

3．5．4 触变性56

3．5．5 滑移现象57

3．6 加粗骨料的全尾砂膏体流变特性58

3．7 浓度、粒度分布和添加剂对浆体流变特性的影响62

3．7．1 浓度的影响62

3．7．2 粒级分布对浆体流变特性的典型影响64

3．7．3 添加剂的影响65

3．8 全尾砂高浓度（膏体）料浆的流变特性测量66

3．8．1 桨叶测量法67

3．8．2 平行板黏度测量法68

3．8．3 旋转圆筒式黏度测量法69

3．8．4 两点式测量法71

3．8．5 管式黏度测量法73

3．8．6 连续黏度监测系统74

3．9 流变参数的环管试验测算75

3．10 黏度标准和黏度标准液76

3．11 黏度计在非牛顿流体浆体流变学中的应用评述76

3．12 工业生产充填系统中的流变参数监测与作用78

4 充填料管道输送的试验研究与工程技术79

4．1 浆体管道水力输送技术简述79

4．2 矿山充填料管道输送的特点79

4．3 充填物料的有关物理性质80

4．3．1 粒级组成80

4．3．2 静水中的颗粒的自由沉降81

4．3．3 颗粒沉降阻力系统ψ83

4．3．4 非球形固体颗粒的干涉沉降83

4．4 浆体管道输送的水力学特性84

4．4．1 固体颗粒在两相流体中的运动状态84

4．4．2 均质流85

4．4．3 非均质流85

4．4．4 临界流速85

4．4．5 边界层概念86

4．4．6 固体颗粒在垂直流中的运动特点86

4．5 充填料浆管道输送试验86

4．5．1 开路试验系统87

4．5．2 闭路试验系统89

4．6 高浓度料浆管道输送特性及其水力坡度计算90

4．6．1 高浓度料浆管道输送特性90

4．6．2 影响管道输送阻力损失的主要因素分析92

4．6．3 金川水力坡度计算经验公式96

4．7 浆体管道输送有关管道的计算公式102

4．7．1 浆体输送临界管径的计算公式102

4．7．2 浆体输送通用管径的计算公式102

4．7．3 输送管道管壁厚度的计算公式102

4．8．1 管道堵塞事故103

4．8 充填料浆输送中产生的问题及解决途径103

4．7．4 充填垂直钻孔套用管材壁厚的计算公式103

4．8．2 充填钻孔上口的喷浆和排气104

4．8．3 管道磨损与减小磨损的措施104

4．8．4 充填倍线105

4．9 充填钻孔设计、施工与管理105

4．9．1垂直管道（钻孔）使用概况105

4．9．2 φ300mm钻孔使用情况分析106

4．9．3 充填钻孔的设计106

4．9．5 充填钻孔使用管理107

4．9．6 钻孔与管道磨损检测及处理方法107

4．9．4 充填钻孔施工技术107

5 胶结充填工艺系统110

5．1 高浓度料浆充填系统110

5．1．1 尾砂胶结充填系统110

5．1．2 高浓度料浆充填系统111

5．1．3 细石胶结充填系统111

5．2 充填系统的构成114

5．2．1 充填方法选择原则114

5．2．2 充填系统的构成114

5．3 充填生产工艺123

5．3．2 采场充填准备124

5．3．1 充填作业程序124

5．3．3 充填管路的检查与清洗127

5．3．4 井下排泥排水128

5．3．5 充填站的环境管理130

6 膏体泵送充填工艺131

6．1 膏体充填料的可泵性131

6．1．1 膏体充填料满足可泵性要求的基本条件131

6．1．2 膏体充填料的级配132

6．1．3 膏体充填料的塌落度134

6．2．1 德国的环管试验系统135

6．2．2 南非的环管试验系统135

6．2 膏体输送环管试验与模拟环管试验135

6．1．4 流变参数与膏体的可泵性135

6．2．3 美国的全尺寸泵送环管试验和模拟试验系统136

6．2．4 葡萄牙的流动环管试验系统136

6．2．5 澳大利亚芒特艾萨的泵送环管试验系统137

6．2．6中国金川有色金属公司的环管试验系统137

6．3 膏体泵压输送阻力测量结果及分析141

6．3．1 环管试验结果141

6．3．2 影响管道阻力损失的主要因素144

6．3．3 管道输送膏体充填料的基本要求145

6．3．4 膏体充填料管流阻力计算147

6．4．1 物料准备150

6．4 膏体泵送工艺150

6．4．2 定量给料搅拌制备膏体151

6．4．3 泵压管道输送151

6．4．4 采场充填方法155

6．5 水泥添加方式与装置156

6．5．1 各种水泥添加方式及其特点156

6．5．2 地表添加干水泥156

6．5．3 地表添加水泥浆156

6．5．6 井下添加水泥浆（地面制浆）157

6．5．4 井下添加干水泥157

6．5．5 井下添加水泥浆（坑内制浆）157

6．5．7 水泥添加方式的比较与选择158

6．5．8 水尼添加方法的工业试验159

6．5．9 湿加水泥试验159

6．5．10 干加水泥试验159

6．5．11 国内两套膏体充填系统添加水泥试验结果比较161

6．5．12 添加水泥几个问题的讨论162

6．5．13 坑内水泥添加装置164

6．6．1 减阻试验及结果分析165

6．6 膏体管道输送减阻方法165

6．5．14 水泥浆制备与输送165

6．6．2 其他减阻方法167

6．7 膏体充填技术的新发展168

6．7．1 制备膏体的深浓密机系统168

6．7．2 贮仓制备膏体技术169

6．8 膏体输送方法的改进170

6．9 膏体技术在环境保护工程和其他方面的应用170

6．9．1 膏体充填的环保特征170

6．9．3 在核废料处理工程中的应用171

6．9．2 选矿厂尾矿地表膏体排放171

6．9．4 在有毒垃圾处理中的应用172

6．9．5 在清除沉积污泥作业中的应用172

6．9．6 在隧道施工中的应用172

7 矿用充填设备的选择与评价173

7．1 膏体充填泵173

7．1．1 矿山用膏体充填泵的发展简况173

7．1．2 矿用膏体充填泵的选择174

7．1．3 正排量泵的工作原理和性能176

7．1．4 正排量泵的主要结构180

7．2．1 脱水工艺及设备的选择186

7．2 尾砂连续脱水工艺及设备186

7．2．2 浓缩设备188

7．2．3 过滤与过滤设备190

7．3 物料混合搅拌原理及搅拌设备197

7．3．1 高浓度强力搅拌槽197

7．3．2 间断搅拌机198

7．3．3 连续搅拌机200

7．3．4 高速活化（强力）搅拌机206

8．1 高水速凝充填211

8．1．1 高水速凝充填技术概述211

8 高水速凝充填与块石胶结充填211

8．1．2 高水速凝材料及配合比选择212

8．1．3 高水速凝材料的基本性质及影响因素213

8．1．4 金川高水速凝充填技术的研究与工业试验215

8．1．5 高水材料的抗风化特性217

8．1．6 高水速凝充填技术在金属矿山的实际应用与评价220

8．2 块石胶结充填222

8．2．1 国外块石胶结充填技术的发展222

8．2．2 国内块石胶结充填技术的研究与发展223

8．2．3 金川二矿区坑内废石胶结充填224

9．1 充填物料计量仪表的选择225

9．1．1 水泥、粉煤灰流量测量225

9 充填系统检测仪表与自动控制225

9．1．2 砂石的测量226

9．1．3 供水量测量227

9．1．4 料浆流量测量228

9．1．5 料浆浓度测量228

9．1．6 搅拌桶液位测量230

9．2 充填特殊仪表的应用230

9．2．1 压力传感器的应用230

9．3．1 在金川有色金属公司砂石厂的应用231

9．3 可编程序控制器和计算机管理231

9．2．3 井下充填管道的监测231

9．2．2 黏度计的应用231

9．3．2 可编程序调节器（KMM）在金川二矿区西部充填站的应用246

9．4 浙江大学SUPCON JX-100系列集散控制系统性能及应用评价254

9．4．1 SUPCON JX-100系列集散控制系统简介254

9．4．2 SUPCON JX-100系列集散控制系统结构255

9．4．3 仪表配置原则258

9．4．4 应用评价258

9．5 TDC3000集散控制系统性能及评价258

9．5．1 TDC3000集散控制系统简介258

9．5．2 TDC3000集散控制系统在金川二矿区西部充填系统中的硬件配置259

9．5．3 工艺流程画面的组态及操作260

9．5．4 控制回路的构成及在MICRO TDC3000系统中的组态实现262

9．5．5 应用评价264

9．6 充填作业的联络与通讯特点264

10 充填质量管理与成本分析265

10．1 影响充填体质量的主要因素265

10．1．1 水泥品种与掺量的影响265

10．1．2 粉煤灰及炉渣265

10．1．3 充填骨料266

10．1．5 搅拌时间267

10．1．6 充填料的投放和脱水267

10．1．4 浓度的影响267

10．1．7 龄期与环境268

10．1．8 回采作业的影响269

10．2 控制充填质量的主要措施269

10．2．1 充填材料质量控制269

10．2．2 料浆制备中的质量控制269

10．2．3 仪表检测的重要作用270

10．2．4 采场充填准备及充填管理270

10．3 几种充填方法的成本比较分析271

10．4 降低充填成本的途径273

10．4．1 粉煤灰、水淬渣的应用273

10．5 提高充填质量和降低充填成本是发展充填技术的主要动力274

10．4．2 尾砂的利用274

10．4．3 废石充填的试验及应用274

11 现代充填采矿法及典型实例276

11．1 甘肃金川二矿区下向分层机械化水平进路胶结充填采矿法277

11．2 甘肃金川龙首矿下向分层普通（六角形）及机械化胶结充填采矿法280

11．3 吉林富家矿下向分层（六角形）胶结充填采矿法285

11．4 辽宁红透山铜矿上向分层充填采矿法287

11．5 湖北大冶铜录山矿上向水平分层充填采矿法290

11．6 广东凡口铅锌矿上向机械化充填采矿法293

11．7 山东三山岛金矿上向分层（点柱）机械化充填采矿法295

11．8 新疆喀拉通克铜镍矿上向水平分层充填采矿法297

11．9 湖北大冶丰山铜矿分段碎石胶结充填采矿法300

11．10 湖北鸡冠嘴金矿分段矿房高水速凝充填采矿法303

11．11 江西武山铜矿下向分层高水速凝充填采矿法306

11．12 广西大厂铜坑锡矿块石胶结充填采矿法309

11．13 安徽铜陵安庆铜矿大直径深孔崩矿嗣后充填采矿法312

11．14 湖南黄沙坪铅锌矿干式充填采矿法316

11．15 江苏南京铅锌银矿无污染充填采矿法320

11．16 湖南湘潭锰矿壁式分条水砂充填采矿法322

11．17．2 转层与转中段325

11．17．1 不留矿柱大面积连续回采325

11．17 金川镍矿大面积应用下向胶结充填采矿法的主要经验325

11．17．3 损失与贫化控制328

11．17．4 高产量、高效率329

11．17．5 斜坡道与无轨机械化开采329

12 采场围岩及充填体的稳定性332

12．1 引言332

12．2 采场围岩及充填体稳定性控制因素333

12．2．1 概述333

12．2．2 矿区工程地质条件333

12．2．3 矿体赋存环境336

12．2．4 充填体强度338

12．2．5 采矿工程因素340

12．3 金川二矿区二期开采围岩与充填体的稳定性343

12．3．1 采矿方案的决策343

12．3．2 大面积连续开采潜在的稳定性问题345

12．4 充填体作用机理分析346

12．5 构造失稳的关键块体稳定性分析348

12．5．1 块体理论简介与应用348

12．5．2 构造控制型破坏采场围岩失稳风险预测348

12．6．2 能量释放率的计算349

12．6．3 能量控制采场围岩失稳风险预测349

12．6．1 能量控制整体失稳分析准则349

12．6 采场围岩能量控制整体突变失稳分析349

12．6．4 工程实例分析351

12．7 采场巷道变形破坏分析352

12．8 充填法采矿优化设计与最优决策352

12．8．1 盘区回采顺序、采场结构与充填体强度的优化352

12．8．2 盘区回采顺序优化的现场监测研究结果353

12．8．3 盘区回采顺序优化的数值研究与分析354

13 国外充填采矿技术357

13．1．1 加拿大充填采矿技术的发展358

13．1 加拿大充填采矿技术358

13．1．2 加拿大充填采矿技术实例360

13．2 南非充填采矿技术361

13．2．1 南非充填采矿技术的发展361

13．2．2 南非充填采矿技术实例362

13．3 澳大利亚充填采矿技术364

13．3．1 澳大利亚充填采矿技术的发展364

13．3．2 澳大利亚充填采矿技术实例365

13．4 德国充填采矿技术370

13．4．1 德国充填采矿技术的发展370

13．4．2 德国充填采矿技术实例371

13．5．1 美国充填采矿技术的发展373

13．5 美国充填采矿技术373

13．5．2 美国充填采矿技术实例374

13．6 俄罗斯充填采矿技术375

13．6．1 俄罗斯充填采矿技术的发展375

13．6．2 俄罗斯充填采矿技术实例377

13．7 瑞典充填采矿技术378

13．7．1 瑞典充填采矿技术的发展378

13．7．2 瑞典充填采矿技术实例379

13．8 芬兰充填采矿技术381

13．8．1 芬兰充填采矿技术的发展381

13．8．2 芬兰充填采矿技术实例383

14．1 充填采矿与环境保护385

14 充填采矿技术的发展趋势385

14．2 充填试验研究方向及发展387

14．3 充填采矿向无轨机械化、回采连续化方向发展388

14．4 新型充填材料、化学添加剂逐步扩大应用389

14．5 充填设施、机械、监测仪表将会得到更新的发展390

14．6 充填力学研究向现场连续监测与预报方向发展391

附录一 金川有色金属公司充填采矿重要科研活动与成果一览表392

附录二 本书涉及的外国人名、地名、单位名及部分技术名词术语中、外文对照397

参考文献406

编后语410