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金屬礦充填固化過程監測理論與技術 版權信息
- ISBN：9787030711786
- 條形碼：9787030711786 ; 978-7-03-071178-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
金屬礦充填固化過程監測理論與技術 內容簡介
針對金屬礦充填固化過程多場性能監測技術及理論研究的需求，本書全面闡述了充填固化過程的多場性能監測方法以及相關理論研究，具體內容包括充填固化過程多場性能的監測方法、多因素條件下多場性能監測案例、多場性能演化規律、作用機理、關聯機制、強度-多場性能表征模型、多場性能數值模擬等內容，建立了充填固化過程多場性能監測理論的學術架構，對未來多場性能的研究方向以及發展趨勢進行了展望。
金屬礦充填固化過程監測理論與技術 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 充填采礦技術的發展歷程 2
1.1.1 國外充填技術發展歷程 3
1.1.2 國內充填技術發展歷程 4
1.2 金屬礦充填固化過程研究的重要性 6
1.3 金屬礦充填固化過程研究與應用現狀 7
1.3.1 金屬礦充填固化過程理論研究與應用現狀 7
1.3.2 金屬礦充填固化過程監測技術研究現狀 9
1.3.3 金屬礦充填固化過程數值模擬研究現狀 11
1.4 金屬礦充填固化行為學術架構 12
參考文獻 15
第2章 初始溫度對充填固化過程的影響 19
2.1 自制固化過程性能監測裝置及實驗方法 20
2.1.1 自制充填固化過程監測裝置 20
2.1.2 實驗材料及實驗方法 21
2.2 初始溫度對充填固化過程內部溫度的影響 23
2.3 初始溫度對充填固化過程體積含水率的影響 24
2.4 初始溫度對充填固化過程基質吸力的影響 25
2.5 初始溫度對充填固化過程電導率的影響 26
2.6 初始溫度對充填固化過程單軸抗壓強度的影響 27
2.7 初始溫度對充填固化行為影響機理分析 29
參考文獻 33
第3章 質量濃度對充填固化過程的影響 36
3.1 新型固化過程性能監測裝置及實驗方法 36
3.1.1 新型充填固化過程監測裝置 36
3.1.2 實驗材料及實驗方法 39
3.2 質量濃度對充填固化過程體積含水率的影響 44
3.3 質量濃度對充填固化過程基質吸力的影響 45
3.4 質量濃度對充填固化過程電導率的影響 46
3.5 質量濃度對充填固化過程單軸抗壓強度的影響 47
3.6 質量濃度對充填固化行為影響機理分析 49
3.6.1 充填料水化產物實驗分析 50
3.6.2 充填體孔隙結構實驗分析 55
參考文獻 62
第4章 灰砂比對充填固化過程的影響 63
4.1 灰砂比對充填固化過程研究的實驗方法 63
4.2 灰砂比對充填固化過程體積含水率的影響 65
4.3 灰砂比對充填固化過程基質吸力的影響 66
4.4 灰砂比對充填固化過程電導率的影響 68
4.5 灰砂比對充填固化過程單軸抗壓強度的影響 69
4.5.1 充填體單軸抗壓強度隨養護時間的變化規律 69
4.5.2 充填體單軸抗壓強度隨灰砂比變化規律 70
4.5.3 充填體單軸抗壓強度與養護時間關系分析 70
4.6 灰砂比對充填固化行為的影響機理分析 71
參考文獻 77
第5章 充填固化過程多場性能同時演繹關聯機制 79
5.1 充填料水-力學性能關聯性分析 79
5.1.1 充填料自干燥行為 79
5.1.2 室溫條件下充填料水-力學性能 80
5.1.3 不同質量濃度條件下充填料水-力學性能 81
5.1.4 不同灰砂比條件下充填料水-力學性能 83
5.2 充填料水-化學反應-力學關聯性分析 84
5.2.1 充填料水化-硬化機理 84
5.2.2 初始溫度條件下充填料水化反應速率與體積含水率關系 87
5.2.3 不同質量濃度條件下充填料水化反應速率與體積含水率的關系 90
5.2.4 不同灰砂比條件下充填料水化反應速率與體積含水率的關系 91
5.3 充填料熱-化學反應-力學性能關聯性分析 94
5.3.1 溫度效應下水化反應動力學 94
5.3.2 初溫效應下充填料水化度-凝結模型 96
5.4 充填料熱-水-力-化多場性能同時演繹關聯機制 99
5.4.1 初溫效應下充填料多場性能關聯機制 99
5.4.2 質量濃度影響下充填料多場性能關聯機制 102
5.4.3 灰砂比影響下充填料多場性能關聯機制 104
參考文獻 106
第6章 基于固化性能監測的充填體強度協同表征 107
6.1 充填體強度與基質吸力的關系 107
6.1.1 不同初始溫度條件下基質吸力與強度的關系 107
6.1.2 不同料漿濃度條件下基質吸力與強度的關系 110
6.1.3 不同灰砂比條件下基質吸力與強度的關系 112
6.1.4 無影響因素限制條件下基質吸力與強度關系 115
6.2 充填體強度與體積含水率的關系 116
6.2.1 不同初始溫度條件下體積含水率與強度的關系 116
6.2.2 不同料漿濃度條件下體積含水率與強度關系 117
6.2.3 不同灰砂比條件下體積含水率與強度關系 120
6.3 充填體強度與電導率的關系 121
6.3.1 不同初始溫度條件下電導率與強度的關系 121
6.3.2 不同料漿濃度條件下電導率與強度的關系 123
6.3.3 不同灰砂比條件下電導率與強度的關系 125
6.4 多場性能對充填體強度的協同表征 127
6.4.1 不同初始溫度條件下充填體強度的協同表征 127
6.4.2 不同料漿濃度條件下充填體強度的協同表征 128
6.4.3 不同灰砂比條件下充填體強度的協同表征 129
參考文獻 130
第7章 充填固化過程熱-水-力-化耦合固結模型 131
7.1 建模方法 132
7.2 多物理場模型的建立 133
7.2.1 孔隙連續性 133
7.2.2 熱-水-力-化全耦合固結模型 142
7.3 模型驗證 144
7.3.1 應力和動態熱載荷作用下充填固化的固結行為 145
7.3.2 高柱實驗 148
7.3.3 標準固結實驗 148
參考文獻 151
第8章 充填固化過程多場耦合全域數值仿真 154
8.1 充填體固結過程多場耦合原位模擬方法 155
8.2 采場圍巖與充填體相互作用下充填體固結過程分析 157
8.2.1 圍巖粗糙度 157
8.2.2 采場幾何形狀 158
8.3 充填料制備及養護對充填體固結過程的影響分析 160
8.3.1 充填料配比 160
8.3.2 養護時間 161
8.4 采空區充填作業及擋墻排水對充填體固結過程的影響分析 163
8.4.1 充填速率 163
8.4.2 排水條件 163
參考文獻 165
第9章 充填固化過程多場性能監測工程應用 167
9.1 充填料固化過程多場性能原位監測方法 168
9.1.1 監測裝置 168
9.1.2 實施方式 169
9.1.3 應用前景 171
9.2 充填料固化過程多場性能監測半工業試驗 172
9.2.1 監測裝置和方法 172
9.2.2 泌水條件下相似模擬實驗結果及分析 176
9.2.3 不泌水條件下的相似模擬實驗結果及分析 180
9.2.4 泌水與不泌水條件多場性能對比研究 183
9.3 真實采場充填料固化過程原位監測 184
9.3.1 實驗裝置 184
9.3.2 實驗采空區 185
9.3.3 實驗步驟 186
9.3.4 –540水平內應力、孔隙水壓力演化規律 187
9.3.5 –540水平溫度演化規律 188
9.3.6 –508水平孔隙水壓力、壓應力變化規律 189
9.3.7 不同泌水條件下孔隙水壓力對比分析 190
參考文獻 190
第10章 研究展望 192
10.1 金屬礦充填固化理論 192
10.2 充填固化過程性能監測衍生的充填體強度設計準則 193
10.3 充填固化過程多場性能全域數值仿真 193
10.4 基于多場性能演化的充填體安全預警技術 194
10.5 多場性能監測傳感器自主化和無線化 195
10.6 多場性能監測工程化應用推廣 195
參考文獻 196
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 充填采礦技術的發展歷程 2
1.1.1 國外充填技術發展歷程 3
1.1.2 國內充填技術發展歷程 4
1.2 金屬礦充填固化過程研究的重要性 6
1.3 金屬礦充填固化過程研究與應用現狀 7
1.3.1 金屬礦充填固化過程理論研究與應用現狀 7
1.3.2 金屬礦充填固化過程監測技術研究現狀 9
1.3.3 金屬礦充填固化過程數值模擬研究現狀 11
1.4 金屬礦充填固化行為學術架構 12
參考文獻 15
第2章 初始溫度對充填固化過程的影響 19
2.1 自制固化過程性能監測裝置及實驗方法 20
2.1.1 自制充填固化過程監測裝置 20
2.1.2 實驗材料及實驗方法 21
2.2 初始溫度對充填固化過程內部溫度的影響 23
2.3 初始溫度對充填固化過程體積含水率的影響 24
2.4 初始溫度對充填固化過程基質吸力的影響 25
2.5 初始溫度對充填固化過程電導率的影響 26
2.6 初始溫度對充填固化過程單軸抗壓強度的影響 27
2.7 初始溫度對充填固化行為影響機理分析 29
參考文獻 33
第3章 質量濃度對充填固化過程的影響 36
3.1 新型固化過程性能監測裝置及實驗方法 36
3.1.1 新型充填固化過程監測裝置 36
3.1.2 實驗材料及實驗方法 39
3.2 質量濃度對充填固化過程體積含水率的影響 44
3.3 質量濃度對充填固化過程基質吸力的影響 45
3.4 質量濃度對充填固化過程電導率的影響 46
3.5 質量濃度對充填固化過程單軸抗壓強度的影響 47
3.6 質量濃度對充填固化行為影響機理分析 49
3.6.1 充填料水化產物實驗分析 50
3.6.2 充填體孔隙結構實驗分析 55
參考文獻 62
第4章 灰砂比對充填固化過程的影響 63
4.1 灰砂比對充填固化過程研究的實驗方法 63
4.2 灰砂比對充填固化過程體積含水率的影響 65
4.3 灰砂比對充填固化過程基質吸力的影響 66
4.4 灰砂比對充填固化過程電導率的影響 68
4.5 灰砂比對充填固化過程單軸抗壓強度的影響 69
4.5.1 充填體單軸抗壓強度隨養護時間的變化規律 69
4.5.2 充填體單軸抗壓強度隨灰砂比變化規律 70
4.5.3 充填體單軸抗壓強度與養護時間關系分析 70
4.6 灰砂比對充填固化行為的影響機理分析 71
參考文獻 77
第5章 充填固化過程多場性能同時演繹關聯機制 79
5.1 充填料水-力學性能關聯性分析 79
5.1.1 充填料自干燥行為 79
5.1.2 室溫條件下充填料水-力學性能 80
5.1.3 不同質量濃度條件下充填料水-力學性能 81
5.1.4 不同灰砂比條件下充填料水-力學性能 83
5.2 充填料水-化學反應-力學關聯性分析 84
5.2.1 充填料水化-硬化機理 84
5.2.2 初始溫度條件下充填料水化反應速率與體積含水率關系 87
5.2.3 不同質量濃度條件下充填料水化反應速率與體積含水率的關系 90
5.2.4 不同灰砂比條件下充填料水化反應速率與體積含水率的關系 91
5.3 充填料熱-化學反應-力學性能關聯性分析 94
5.3.1 溫度效應下水化反應動力學 94
5.3.2 初溫效應下充填料水化度-凝結模型 96
5.4 充填料熱-水-力-化多場性能同時演繹關聯機制 99
5.4.1 初溫效應下充填料多場性能關聯機制 99
5.4.2 質量濃度影響下充填料多場性能關聯機制 102
5.4.3 灰砂比影響下充填料多場性能關聯機制 104
參考文獻 106
第6章 基于固化性能監測的充填體強度協同表征 107
6.1 充填體強度與基質吸力的關系 107
6.1.1 不同初始溫度條件下基質吸力與強度的關系 107
6.1.2 不同料漿濃度條件下基質吸力與強度的關系 110
6.1.3 不同灰砂比條件下基質吸力與強度的關系 112
6.1.4 無影響因素限制條件下基質吸力與強度關系 115
6.2 充填體強度與體積含水率的關系 116
6.2.1 不同初始溫度條件下體積含水率與強度的關系 116
6.2.2 不同料漿濃度條件下體積含水率與強度關系 117
6.2.3 不同灰砂比條件下體積含水率與強度關系 120
6.3 充填體強度與電導率的關系 121
6.3.1 不同初始溫度條件下電導率與強度的關系 121
6.3.2 不同料漿濃度條件下電導率與強度的關系 123
6.3.3 不同灰砂比條件下電導率與強度的關系 125
6.4 多場性能對充填體強度的協同表征 127
6.4.1 不同初始溫度條件下充填體強度的協同表征 127
6.4.2 不同料漿濃度條件下充填體強度的協同表征 128
6.4.3 不同灰砂比條件下充填體強度的協同表征 129
參考文獻 130
第7章 充填固化過程熱-水-力-化耦合固結模型 131
7.1 建模方法 132
7.2 多物理場模型的建立 133
7.2.1 孔隙連續性 133
7.2.2 熱-水-力-化全耦合固結模型 142
7.3 模型驗證 144
7.3.1 應力和動態熱載荷作用下充填固化的固結行為 145
7.3.2 高柱實驗 148
7.3.3 標準固結實驗 148
參考文獻 151
第8章 充填固化過程多場耦合全域數值仿真 154
8.1 充填體固結過程多場耦合原位模擬方法 155
8.2 采場圍巖與充填體相互作用下充填體固結過程分析 157
8.2.1 圍巖粗糙度 157
8.2.2 采場幾何形狀 158
8.3 充填料制備及養護對充填體固結過程的影響分析 160
8.3.1 充填料配比 160
8.3.2 養護時間 161
8.4 采空區充填作業及擋墻排水對充填體固結過程的影響分析 163
8.4.1 充填速率 163
8.4.2 排水條件 163
參考文獻 165
第9章 充填固化過程多場性能監測工程應用 167
9.1 充填料固化過程多場性能原位監測方法 168
9.1.1 監測裝置 168
9.1.2 實施方式 169
9.1.3 應用前景 171
9.2 充填料固化過程多場性能監測半工業試驗 172
9.2.1 監測裝置和方法 172
9.2.2 泌水條件下相似模擬實驗結果及分析 176
9.2.3 不泌水條件下的相似模擬實驗結果及分析 180
9.2.4 泌水與不泌水條件多場性能對比研究 183
9.3 真實采場充填料固化過程原位監測 184
9.3.1 實驗裝置 184
9.3.2 實驗采空區 185
9.3.3 實驗步驟 186
9.3.4 –540水平內應力、孔隙水壓力演化規律 187
9.3.5 –540水平溫度演化規律 188
9.3.6 –508水平孔隙水壓力、壓應力變化規律 189
9.3.7 不同泌水條件下孔隙水壓力對比分析 190
參考文獻 190
第10章 研究展望 192
10.1 金屬礦充填固化理論 192
10.2 充填固化過程性能監測衍生的充填體強度設計準則 193
10.3 充填固化過程多場性能全域數值仿真 193
10.4 基于多場性能演化的充填體安全預警技術 194
10.5 多場性能監測傳感器自主化和無線化 195
10.6 多場性能監測工程化應用推廣 195
參考文獻 196
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金屬礦充填固化過程監測理論與技術 節選
第1章緒論 采礦業作為國家經濟發展的生命補給，在國民經濟以及工業化道路上具有舉足輕重的地位，以中國的礦產品消耗能力為例，截至2019年底，中國的天然氣、錳、鋁等34種重要礦產資源儲量提升，10種有色金屬、黃金及水泥等產量和消費量持續居世界首位（自然資源部，2020）。同時，采礦業作為一項古老的行業，經歷了一個較長的技術變革和發展歷程，*終形成了較為完整的工藝路線和技術體系。從采礦的發展歷程角度來說，采礦業經歷了從古代低效率的露天開采進入淺地表的地下礦山開采，再到目前廣泛機械化的高效率開采以及未來的智能、綠色、超高效礦山開采；從采礦技術和采礦工藝發展的角度來說，形成了以崩落法、空場法和充填法為主的三大類采礦方法，同時伴隨溶浸采礦、智能開采技術、小行星采礦及太空采礦等新興采礦技術和工藝的蓬勃發展；從采礦工藝與環境保護的角度來說，采礦工藝從*初的以犧牲環境為代價的大肆開采階段進入以保護環境為目的的綠色、經濟、低碳的開采階段；從采礦安全的角度來說，由*初依賴大量人工開采和安全管理極不完備的開采工藝向具備機械化、智能化和完備的安全管理監測系統的采礦工藝的方向發展，保障了礦山的安全高效生產。 采礦的過程會對環境造成極大的破壞，對于金屬礦山的開采，尾礦庫與采空區是目前業界公認的兩大危險源。我國礦山現有地表尾砂總量146億t（中國國土資源經濟研究院，2016），占大宗工業固廢總量的46%，侵占土地1300多萬畝①，不僅造成重金屬離子遷移、尾礦庫潰壩等生態威脅（國家安全監管總局等七部門，2013；張家榮等，2016），還威脅人們的生命安全，如2008年山西襄汾尾礦庫潰壩，死亡277人，如圖1-1所示；海量尾礦地表堆放的同時，還在井下遺留了約12.8億m3的采空區，使得地表塌陷、井下垮冒等安全事故頻發，如2013年湖北鄂州某銅鐵礦井下采空區發生垮塌，塌陷面積約4500m2（相當于11個籃球場），塌陷深度約30m（相當于10層樓），如圖1-2所示。傳統的采礦方法會對環境造成破壞以及給生產安全帶來巨大的威脅，需要對采礦方法進行改進，使其對環境及安全造成的危害降至*低。從國家層面來講，國家主張建立“資源節約型，環境友好型”的可持續發展的資源經濟體系，并提出了力爭于2030年前實現碳達峰和2060年前實現碳中和的目標；同時，新出臺的《礦產資源法》增加了礦山生態環境保護和修復以及礦業用地的有關規定。所以，采礦技術是隨著社會經濟的發展而更新和改進的，采礦技術的發展既要滿足國家的經濟發展需求，也需要兼顧環境保護、資源協調等相應的社會責任。 1.1 充填采礦技術的發展歷程 尾礦庫和采空區是金屬礦山的兩大危險源，充填采礦法可以從源頭上解決以上兩個礦山危險源，充填采礦法*大的優勢是可以有效控制圍巖應力，保證開采安全；同時，可以提高礦石回收率，具有較好的經濟效益（郭文兵等，2005；丁德強，2006；姚中亮，2010）。充填采礦法是在伴隨落礦、運搬以及其他作業的同時，用選廠產生的尾砂等廢棄物作為充填料充填至采空區的采礦方法（吳愛祥等，2011）。充填采礦法使得有用資源開采之后，其余固廢“完璧歸趙”，可協同解決礦山尾砂生態污染和采空區安全問題這兩大“頑疾”，從而達到“一廢治兩害”、綠色開采的效果。 隨著人們對資源需求量的不斷增加，金屬采礦技術也得到較快發展。在發展的同時，更加注重環保和安全，尤其是充填采礦法，在*近幾十年中發展*快（孫豁然等，2003；何哲祥等，2008；秦豫輝和田朝暉，2008）。依據所用充填的材料不同，充填采礦法的發展經歷了以下幾個階段：干式充填法、水力充填法、膠結充填法（許新啟和楊煥文，1998）。其發展過程主要體現為兩個變化：一個變化是由非膠結充填發展為膠結充填，另一個變化則是從低濃度自流充填發展到高濃度（膏體）泵送充填。 充填采礦技術在我國的發展歷程可以分為四個階段（劉杰，2020）。**階段是20世紀50年代在我國的一些礦山開始使用干式充填采礦法進行礦山開采，但是由于干式充填采礦方法對勞動力有較大的需求，而且生產力較低，干式充填已經逐漸被其他充填方式所替代；第二階段是20世紀60～70年代所采用的以水砂充填和膠結充填為主的充填方式；第三階段主要是以膠結充填為主的充填方式，膠結充填主要采用碎石、河砂、尾砂或戈壁集料為骨料（有時會摻入塊石），與水泥或石灰類膠結材料混合，與水拌合*終形成漿體或膏體，利用重力自流或管道泵送方式將充填體輸送到空區進行充填（劉同有和蔡嗣經，1998）；第四個階段主要是以高濃度的膏體料漿進行充填的膏體充填技術，膏體充填技術是安全和環境雙重要求下的產物，是代表膠結充填的*新技術水平（孫豁然等，2003；王湘桂和唐開元，2009）。隨著膠凝材料的選擇越來越多，以及各種化學添加劑的參與，膠結充填迎來了快速發展的新局面（劉同有和周成浦，1995；周愛民，2006）。此外，隨著濃密設備、泵送設備、分級設備等充填有關裝備的日臻完善，膠結充填出現了高水速凝固化充填、分級尾砂、全尾砂膠結充填、全尾砂高濃度膠結充填、膏體充填等多種充填技術并存的局面（周愛民，1999；李冬青，2001）。 1.1.1 國外充填技術發展歷程 充填采礦技術作為采礦方法的主要發展方向，正被國內外礦山所廣泛應用。20世紀70年代末，充填技術起源于德國巴特格倫德（Bad Grund）鉛鋅礦（Yilmaz et al.，2004），并迅速在澳大利亞、加拿大、南非、奧地利、英國、摩洛哥、俄羅斯、葡萄牙和美國等許多國家的金屬礦山推廣和使用（劉同有和蔡嗣經，1998）。如美國的幸運星期五（Lucky Friday）銅鉛鋅礦，加拿大的多姆（Dome）金礦，澳大利亞的依魯拉（Elura）和奎河（Que River）鉛鋅礦，南非的蘭德方丹（Randfontein）以及奧地利的布萊貝格（Bleiberg）鉛鋅礦，摩洛哥的哈賈爾（Hajar）銅礦等。 在加拿大，充填采礦技術已有近百年的歷史（鄭保才，2006）。1962 年加拿大Food 礦首次采用尾砂和水泥膠結充填，在1985～1991年，加拿大在充填材料、充填工藝方面的研究取得了很大成就。其中全尾砂膏體充填技術于1993年在加拿大得到進一步發展，這種工藝目前仍在繼續使用，尤其是地下硬巖條件的礦山幾乎都是采用充填采礦法（李宏泉和方理剛，2004）。這一技術的應用不僅提高了礦山的綜合生產能力，降低了充填成本，還改善了井下的生產環境。 在澳大利亞，20世紀60～70年代，芒特艾薩（Mount Isa）礦開始應用尾砂膠結充填，并與新南威爾士大學礦業學院合作，成功研究出了低成本膠結充填技術（郭文兵等，2005）。1997年8月，大型地下礦山坎寧頓（Cannington）礦率先采用膏體充填系統；1998年底，在采深為3500m時，芒特艾薩礦業公司建成膏體充填系統（王新民等，2006）。隨后該充填技術在澳大利亞得到推廣，陸續有十幾個金屬礦山建立了膏體充填系統（斯基勒斯等，1998）。 在美國，早在20世紀80年代后期，美國礦務局就開始了全尾砂充填體強度的研究，以及膏體輸送泵模擬裝置、充填體和礦柱現場測量儀表的研制，并進行充填體穩定性的計算機模擬。之后，很快在南達科他州的霍姆斯特克（Homestake）礦和希拉克（Helca）采礦公司幸運星期五礦成功試車了高濃度全尾砂充填技術（劉殿華和吳賢振，2012）。 在南非，20世紀80年代初期就有許多礦山開始應用膠結充填工藝。可以說，整個80年代是南非充填工藝發展*快的時期，也就是這個時期，膏體充填的研究和應用開始流行（王五松，2004；肖廣哲等，2010）。礦體開采深度逐年增加，使得南非許多礦山開采深度已經達到2000m以上（韓朝軍和李延東，2006）。其中，Anglogold有限公司西部深水平金礦，采礦深度達到3800m。開采深度的增加對空區圍巖控制提出了更高的要求，正因如此，膏體充填采礦技術也被南非許多深部礦山廣泛應用，并逐漸成為既定工藝和*為主要的支護方法。 1.1.2 國內充填技術發展歷程 我國充填工藝技術起步雖然較晚，但發展迅速（于潤滄，2011）。20世紀80～90年代，我國對全尾砂充填進行了較多研究。其中，80年代，國內外主要采用分級尾砂充填法（黃志偉和張炳旭，2004）。分級尾砂充填一般利用+37μm的尾砂，其尾砂利用率一般在50%左右（謝龍水，2003）。這種方法*大的問題是剔除一半的細顆粒尾礦，這些剔除出來的尾砂在尾礦庫依然會造成環境和安全問題。與分級尾砂充填相比，全尾砂充填工藝相對簡單，并且可以真正減少尾礦地表堆存的壓力，尤其適用于地表不能建尾礦庫、充填料來源不足、尾砂中含有害物質需要處理的礦山（王方漢等，2004；張淑會等，2005；吳愛祥等，2011）。 1990年，凡口鉛鋅礦建成我國**個全尾砂膠結充填系統，其尾砂利用率達90%以上，自流輸送的充填料濃度可達70%～75%。20世紀90年代，相繼在南京棲霞山鉛鋅礦和濟南張馬屯鐵礦推廣應用，且已實現了無尾礦排放。1999年8月，金川公司建成了我國首*膏體泵送充填系統，充填料漿由全尾砂、棒磨砂、碎石構成，粗骨料的添加改善了料漿的流動性，提高了充填濃度（陳長杰和蔡嗣，2001；王新民和肖衛國，2002；江文武，2009），充填工藝流程如圖1-3所示。該套系統采用德國施維英公司生產的專用充填泵，其泵送壓力達13MPa，充填能力為100m3/h，并自主研發了雙軸連續攪拌機。充填濃度達到82%，水泥平均用量280kg/m3，充填體強度在4MPa以上（李云武，2004）。 2002年，云南會澤鉛鋅礦開始進行充填技術工業試驗研究（吉學文和嚴慶文，2006），于2006年試車成功，正式開啟全尾砂充填技術應用。該系統是我國**套以深錐濃密機為核心的充填系統，充填料漿濃度達到78%，尾砂零排放，并首次將冶煉用的水淬渣用于井下充填，既提高了充填體強度又減少了冶煉固體廢棄物的排放。礦山充填深度達1600m，礦山充填能力為60m3/h，水泥單耗180kg/m3。在此充填系統中，為避免傳統帶式真空過濾機工藝中尾砂脫水后再加水的重復操作，率先采用了新型膏體濃密機來制備高濃度尾砂漿。水泥經水泥倉底部雙管螺旋輸送機輸送到一段攪拌機，在此與尾砂、水淬渣混合形成高濃度料漿。該礦在水泥添加方式上成為我國**個地面干式添加水泥的充填礦山，簡化了充填系統，省去了水泥專用管路及專用添加裝置，如圖1-4所示。整個系統只有一條膏體料漿管路，降低了管理難度。可以說，會澤充填系統的成功應用，是我國充填技術發展的又一次革命。 有色金屬礦山因其開采條件復雜、品位高、礦產品產值大，一直是充填技術強有力的推行者。近年來，隨著充填采礦技術的發展，高濃度（膏體）充填采礦技術在鐵礦山也逐漸推廣開來。充填成本的下降和充填技術的不斷革新促使高濃度（膏體）充填技術在鐵礦中的應用成為一種趨勢，如大紅山鐵礦、周油坊鐵礦、司家營鐵礦、張馬屯鐵礦、會寶嶺鐵礦、鄭家坡鐵礦、萊新鐵礦、馬莊鐵礦、石人溝鐵礦等礦山均采用高濃度（膏體）充填技術進行礦山開采。除此之外，由于復雜的開采條件及尾礦庫排放限制，充填采礦技術也獲得了非金屬礦的青睞，如開陽磷礦、黃梅磷礦等。 綜上所述，充填采礦技術在國內外的應用正處于蓬勃發展的階段，具有非常廣闊的應用前景。 1.2 金屬礦充填固化過程研究的重要性 據統計，我國有色金屬和黃金系統90%以上的礦山采用地下開采，這些地下開采礦山中90%以上的礦山采用充填法。這就意味著巨大的采空區將填充海量的充填料，而這些充填料漿一旦進入空區，便開始了“黑箱”養護時代，其固化過程復雜，且無法預見、無法調控，嚴重影響了采礦安全和效率。傳統的充填固化效果評價依賴室內終端強度和工程經驗，一般都是對某一特定養護齡期的充填體進行強度測試。而實際礦山開采，因采礦方法不同，充填體需要具有自立、支撐圍巖等功能
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