矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究.docx

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1、矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究胶结充填技术作为深井、复杂、特殊条件矿床的一种行之有效的开采技术，已有约半个世纪的历史，经历了低强度混凝土胶结充填、低浓度尾砂胶结充填、全尾砂高浓度胶结充填、全尾砂膏体胶结充填、高水速凝尾砂胶结充填等。本文针对地下采空区膏体充填理论与技术进行了系统、深入的研究，主要内容和结论如下：(1)从膏体料浆的重量浓度、屈服应力、流变曲线、可泵性等多方面揭示了膏体的特性。膏体充填料浆在管道中无明显的浓度梯度和速度梯度，是非牛顿流体，其流变模型近似于宾汉姆体，其流动状态为结构柱塞流。(2)膏体充填料浆配合比的优化、充填材料的替代创新、

2、外加剂的添加以及磁化水技术与活化搅拌技术的应用，既保证了膏体充填管道输送的平稳顺利和充填质量，又使整个充填系统取得了较好的经济效果。(3)深井条件下充填体能有效降低围岩能量耗散率和平均矿柱应力，通过建立能量控制采场围岩失稳风险预测的理论模型，计算采场围岩能量，从而实现对采场围岩失稳风险预测，该方法不仅是深井开采安全程度评价的有效手段，也也合理设计和选择深井采场结构参数、充填工艺及材料提供了重要的理论依据。(4)对膏体充填矿山可供选择的两种充填系统的适应性进行了深入分析，并通过临界流态浓度的界定与料浆流态的转化措施的研究，充分论证了膏体自流充填系统将是我国膏

3、体充填矿山应优先选择应用与发展的充填系统。(5)全面分析了自由降落料浆对深井垂直管路的冲击作用机理，建立了料浆在垂直管路中运动的理论模型。满管流输送系统由于料浆对管道的磨损率小、管道所受的压力低，尤其适合深井矿山充填需要。(6)运用数值模拟的方法对膏体满管流输送系统进行了分析研究，重点研究了满管流膏体输送的阻力损失：阻力损失值随管道长度、膏体入口速度、膏体容重和有效粘度的增加而增大，但随管道内径的增加而减小。分析结果与膏体输送理论与现场实践相符合，证明了ANSYS软件中的CFD模块是膏体管道输送的阻力损失计算的有效工具，从而为矿山膏体充填带来了一种全新的直

4、观的数值模拟方法。