礦山充填膏體配比優(yōu)化與流動特性研究.pdf

1、傳統(tǒng)金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)利用模式引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境破壞和廢料排放，已經(jīng)成為制約我國礦產(chǎn)資源可持續(xù)開發(fā)利用與礦業(yè)健康發(fā)展的重要因素。要徹底緩解資源、能源、環(huán)境的瓶頸制約，實(shí)現(xiàn)從資源、能源耗費(fèi)型向節(jié)約型轉(zhuǎn)變，必改變先污染后治理的發(fā)展模式，大力發(fā)展以清潔生產(chǎn)、資源高效開采和廢物循環(huán)利用為特征的綠色可持續(xù)資源開發(fā)模式。膏體充填是突破傳統(tǒng)充填技術(shù)屏障、實(shí)現(xiàn)礦床安全清潔高效開采的重要技術(shù)載體。膏體充填主要特點(diǎn)表現(xiàn)為:充填料漿不離析、不沉淀，且采場脫水

2、量少、甚至不脫水，充填體強(qiáng)度增長迅速，充填質(zhì)量好、效率高、成本低，改善井下作業(yè)環(huán)境等，是未來清潔采礦發(fā)展的必然趨勢。
　　(1)結(jié)合膏體充填在地下礦山的設(shè)計(jì)和應(yīng)用現(xiàn)狀，從充填材料、工藝和技術(shù)等方面展開分析。針對膏體充填特點(diǎn)，系統(tǒng)地論述了以高濃度全尾砂膏體作為充填料漿的充填體作用機(jī)理及材料配比設(shè)計(jì)原理，充填膏體流動特點(diǎn)及流變參數(shù)測定方法，充填膏體制備工藝及裝備、輸送工藝及裝備等。膏體充填技術(shù)能夠有效解決常規(guī)充填技術(shù)的缺陷，在充填采礦

3、礦山中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　(2)從理論分析的角度出發(fā)，建立基于錐形坍落度和柱形坍落度的充填膏體流變參數(shù)模型，并通過試驗(yàn)檢驗(yàn)兩種模型的坍落度與流變參數(shù)的相關(guān)性。結(jié)果表明:柱形坍落度試驗(yàn)和模型更能準(zhǔn)確測定高濃度充填膏體的流變參數(shù);柱形坍落度模型在數(shù)學(xué)公式表現(xiàn)形式上，比錐形坍落度模型更為簡單;錐形坍落筒幾何結(jié)構(gòu)較柱形坍落筒更為復(fù)雜，試驗(yàn)過程中難于填料，并且會在填料過程中形成許多氣泡，這將勢必影響坍落度實(shí)驗(yàn)結(jié)果;應(yīng)用錐形坍落筒做實(shí)驗(yàn)時(shí)

4、，坍落的膏體坍落后的形狀不連續(xù)，尤其是做高屈服應(yīng)力的膏體坍落度實(shí)驗(yàn)時(shí)明顯;柱形坍落筒的設(shè)計(jì)與制備比錐形坍落筒更為簡單，取材更為方便。
　　(3)建立基于主成分分析法與BP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的充填膏體流變參數(shù)預(yù)測模型，首先采用主成分分析法對輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理，減少網(wǎng)絡(luò)輸入因子數(shù)，同時(shí)使輸入因子彼此不相關(guān)，并且數(shù)據(jù)包括的主要信息還保留在主成分中。簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速度，得到了較高的精度，大大提高了建模質(zhì)量;并將SPSS統(tǒng)計(jì)軟件引入到膏

5、體充填設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)中，應(yīng)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件包增強(qiáng)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和方法分析，有利于解決礦山管理與科研實(shí)際問題。結(jié)果表明:經(jīng)過主成分提取后的BP預(yù)測值與期望輸出值之間的誤差都控制在5％以內(nèi);同時(shí)，通過與未經(jīng)主成分提取的BP預(yù)測值和期望輸出值之間誤差對比，其預(yù)測精度有了明顯的提高。
　　(4)確定充填膏體配比選擇原則，以充填膏體質(zhì)量濃度、砂灰比、水泥耗量和棒磨砂全尾砂質(zhì)量比為主要配比參數(shù)，以充填膏體流動性、充填體強(qiáng)度和成本為優(yōu)化目標(biāo)。建立基于

6、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)和配方試驗(yàn)設(shè)計(jì)的充填膏體配比優(yōu)選模型，結(jié)合試驗(yàn)和現(xiàn)場測試，優(yōu)選結(jié)果與礦山充填實(shí)踐一致。研究表明:隨著充填膏體質(zhì)量濃度、水泥耗量和棒磨砂尾砂比增加，坍落度范圍在250mm-300mm，滿足充填膏體坍落度大于180mm的要求;增加棒磨砂有助于膏體流動，當(dāng)棒磨砂尾砂質(zhì)量比為0.75時(shí)，充填膏體具有良好的流動性;隨著水泥耗量的增加，有利于降低水力坡度，從而減小輸送阻力損失;水泥不僅可以作為膠凝劑，也可以在輸送過程中起到