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开阳磷矿黄磷渣胶结充填技术研究及可靠性分析

作　者: 姚志全
导　师: 张钦礼
学　校: 中南大学
专　业: 安全管理工程
关键词: 黄磷渣胶结充填充填材料充填体作用机理可靠性 FLUENT数值模拟
分类号: TD87
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文综合运用现场调研、室内试验、工艺设计、数值模拟等手段,对开阳磷矿黄磷渣磷石膏胶结充填配比、作用机理、充填工艺流程方案进行了深入地研究,并对充填系统可靠性进行了评价。主要研究成果如下：1.文献检索表明,国内外尚未见利用黄磷渣和磷石膏进行矿山胶结充填的报道,本研究具有一定的创新性。2.在对黄磷渣、磷石膏等主要充填材料的物化性能和化学成分分析的基础上,通过大量室内试验,得出了不同使用条件下的黄磷渣、磷石膏胶结充填最优配比,即嗣后充填或分层充填,黄磷渣：磷石膏(质量比)=1：4,石灰添加量为黄磷渣的5%,质量浓度57%；分层浇面胶结充填,水泥：黄磷渣：磷石膏(质量比)=1：4：5,石灰添加量为黄磷渣的5%,质量浓度=60%。3.推荐配比料浆的塌落度、塌落扩散度以及稠度值表明,推荐配比充填料浆具有良好的输送性能,完全满足管道自流输送要求。4.通过对黄磷渣的化学组成、矿物组成以及活性影响因素分析和硬化体微观结构电镜扫描,揭示了黄磷渣的胶凝特性和黄磷渣磷石膏胶结体的作用机理。5.充填矿井水的水质全分析表明,黄磷渣磷石膏充填排出的水质排放符合国家标准。定性分析、水力计算和数值模拟结果表明,黄磷渣胶结充填制备系统运行可靠,搅拌均匀,管道输送能力满足生产要求,浆体流动平稳、可靠。6.采用黄磷渣胶结充填的充填材料成本为29.5元／m3,比矿山当前采用的水泥、粉煤灰、磷石膏胶结充填成本(64.2元／m3)降低34.7元／m3。黄磷渣磷石膏胶结充填是一项创新性的充填技术,不仅解决了开阳磷矿充填材料短缺的难题,节省了充填成本,而且为黄磷渣和磷石膏的综合利用提供新途径,提高了资源回收利用率,保护了地表建(构)筑物,环境效益,经济效益和社会效益显著。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 研究背景  10-12
  1.2 国内外研究现状及进展  12-18
    1.2.1 充填工艺  12-14
    1.2.2 充填材料  14
    1.2.3 充填工艺的基本参数  14-15
    1.2.4 充填料浆制备与输送系统  15-16
    1.2.5 充填体力学特性研究  16-18
  1.3 黄磷渣综合利用现状  18-21
  1.4 主要研究内容及方法  21-22
第二章开阳磷矿开采技术条件  22-28
  2.1 用沙坝矿山地质概况  23-24
  2.2 用沙坝开采技术条件  24-26
    2.2.1 矿岩稳定性  24
    2.2.2 矿石与围岩的物理力学性质  24-25
    2.2.3 用沙坝采矿空间位置  25-26
  2.3 用沙坝采矿方法  26-28
第三章开阳磷矿磷石膏胶结充填技术简介  28-32
  3.1 磷石膏胶结充填技术参数  28-29
  3.2 开阳磷矿现有磷石膏充填系统  29-30
  3.3 开阳磷矿磷石膏胶结充填效果  30-32
第四章黄磷渣胶结充填关键技术参数研究  32-46
  4.1 黄磷渣作为充填料的物化性能分析  32-35
    4.1.1 充填料选择  32
    4.1.2 主要充填料物化性能测定  32-34
    4.1.3 充填料充填性能初步评价  34-35
  4.2 黄磷渣充填配比试验研究  35-42
    4.2.1 充填材料配比选择原则  35-36
    4.2.2 充填配比试验内容  36-38
    4.2.3 充填配比试验设计  38
    4.2.4 强度测试结果及分析  38-42
  4.3 推荐配比充填浆体流动特性试验  42-44
    4.3.1 坍落度  42-43
    4.3.2 坍落扩散度  43-44
    4.3.3 稠度  44
  4.4 本章小结  44-46
第五章黄磷渣胶结充填作用机理研究  46-60
  5.1 黄磷渣组成分析  46-48
    5.1.1 黄磷渣的化学组成  46
    5.1.2 黄磷渣的矿物组成  46
    5.1.3 黄磷渣活性影响因素  46-48
  5.2 黄磷渣的胶凝特性  48-49
  5.3 水泥、黄磷渣的水化反应机理  49-51
    5.3.1 黄磷渣对浆体水化过程及水化产物的影响  49-50
    5.3.2 黄磷渣和激发剂复掺对水泥水化性能的影响  50-51
    5.3.3 黄磷渣对水泥浆体微观孔结构的影响  51
  5.4 水泥、黄磷渣、磷石膏胶结机理  51-56
    5.4.1 浆体结构的形成过程  51-52
    5.4.2 浆体结构的特性  52-53
    5.4.3 水泥、黄磷渣、磷石膏胶结硬化体的微观结构  53-56
  5.5 黄磷渣胶结充填体的作用机理  56-59
    5.5.1 支护作用  57
    5.5.2 共同作用  57-58
    5.5.3 充填作用  58
    5.5.4 综合作用机理  58-59
  5.6 本章小结  59-60
第六章黄磷渣胶结充填系统改造方案及经济效益分析  60-65
  6.1 开阳磷矿黄磷渣充填系统改造  60
  6.2 经济效益评价  60-64
    6.2.1 充填材料消耗计算  61-63
    6.2.2 充填材料成本计算  63
    6.2.3 黄磷渣胶结充填直接经济效益  63
    6.2.4 黄磷渣胶结充填推广经济效益  63
    6.2.5 黄磷渣胶结充填社会经济效益  63-64
  6.3 本章小结  64-65
第七章黄磷渣胶结充填技术可靠性评价  65-77
  7.1 环境评价  65-67
  7.2 效益评价  67
  7.3 制备系统可靠性评价  67-68
  7.4 充填系统的可靠性评价  68-73
    7.4.1 流动性评价  68-70
    7.4.2 输送能力的验证  70-71
    7.4.3 充填范围校核  71-73
  7.5 本章小结  73-77
第八章充填管路自流输送模型与数值分析  77-90
  8.1 FLUENT软件简介  77-81
  8.2 黄磷渣充填料浆满管流自流输送FLUENT分析  81-89
  8.3 本章小结  89-90
第九章全文总结  90-93
参考文献  93-98
致谢  98-99
攻读硕士学位期间主要研究成果  99

开阳磷矿黄磷渣胶结充填技术研究及可靠性分析

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