膏体充填原材料水分与配比计量误差分析.pdf

第 2 4卷 第 3期 2 0 0 7年 O 9 月 J o u r n a l 采 矿与 安全 工程学 报 o f Mi n i n g＆ S a f e t y En g i n e e r i n g Vo 1 ． 2 4 No． 3 S e p ．2 0 0 7 文章编 号 1 6 7 3 3 3 6 3 2 0 0 7 0 3 0 2 7 0 0 4 膏体充填原材料水分与配 比计量误差分析 周 华强，全永红 ，郑保 才，赵才智 中国矿业 大学 能源与安全 工程 学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 摘要 固体废 物 膏体 充填材料 是在 我 国 实施 不 迁村 采 煤 的一 种 新 型材 料． 此 材料 属 于一种 水 与 集料 、 胶结料 三者混和凝 固的材料 ， 是绿色开采的关键技术之一， 具有良好的发展前景． 膏体充填 材料 的质 量分数 则是 影 响其性 能 的关键 因素之 一 ， 而充填 材料 各 个 部 分 的计 量误 差 和 水分检 测 误 差是 影响 其质 量分 数 的两个 主要 因素． 本文 分析 了原 材料 的水 分 测试 与 配 比计 量 时 的精度 对 质量分数影响的误差变化规律 ， 从而求取生产材料时这两种测量仪器的允许误差． 分析这两种 因 素对 质量 分数 变化 的影响 ， 为 实 际生产 中计量检 测仪 器 的精度控 制提 供 了依 据 ， 同时也 为工程 中 动态的调节和控制充填材料各个部分的加量 ， 保证材料的相对稳定提供 了依据． 关键 词 膏体 充填 ； 计 量误 差 ；水 分测试 中 图分类 号 TD 3 5 0 文 献标识 码 A Pr o p o r t i o n i ng o f Pa s t e Ba c kf i l l i n g M a t e r i a l s t o M o i s t u r e a n d I t s Al l o wa b l e M e a s u r e me n t Er r o r ZH0U Hu a - q i a n g，QUAN Yo n g h o n g ，ZHENG B a o c a i ，ZHAo Ca i z h i S c h o o l o f Mi n i n g a n d S a f e t y En g i n e e r i n g，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g Te c h n o l o g y， Xu z h o u ，J i a n g s u 2 2 1 1 1 6，Ch i n a Abs t r a c t So l i d wa s t e pa s t e f i l l i ng ma t e r i a l i s a ne w t y pe of s t uf f a p pl y i e d t o n o n - v i l l a ge r e l oc a t i on c o a l e x t r a c t i o n．Thi s ma t e r i a l i s c o mpo s e d o f wa t e r，a gg r e g a t e a nd c e m e nt a t i o n，a n d i s on e of k e y t e c hn ol og i e s i n Gr e e n M i ni n g，h a v i ng a go o d d e v e l op m e nt p r os p e c t ． The ma s s c on c e n t r a t i o n of t he pa s t e b a c k f i l l i n g m a t e r i a l s i s o ne of t he ke y f a c t o r s a f f e c t i n g t he pe r f o r ma n c e o f b a c kf i l l i ng a nd t h e me a s ur e m e nt e r r o r i n r a w ma t e r i a l s a nd i n moi s t ur e t e s t a r e t wo ma i n f a c t o r s a f f e c t i n g t he ma s s c o n c e n t r a t i on ．The r e f o r e，t he e f f e c t o f a c c u r a c y i n t e s t i n g t h e moi s t u r e o f r a w ma t e r i a l s o n ma s s c o n c e n t r a t i o n wa s a n a l y z e d t o f i n d o u t t h e a l l o wa b l e e r r o r s S O a s t o pr o vi de a f o un da t i o n f o r pr a c t i c a l pr o du c t i on ． Ke y wo r d s p a s t e b a c k f i l l i n g；me a s u r e me n t e r r o r ；mo i s t u r e me a s u r i n g 村 庄 等建筑 物 下 压煤 一 直 是 困扰 我 国煤 矿 生 产正常接替和持续发展的重大问题． 特别是我国东 部地 区 ， 人 口多 ， 村 庄 密 度 大 ， 村 庄压 煤尤 为 严 重． 以山东省 为例 ， 截 至 2 0 0 1年底 ， 山东省 村 庄等建 筑 物下压煤达 4 4亿 t ， 占可采储量的 5 3 ] ． 前些年 资源充 足 时 ， 一般 尽 量绕 过 村 庄 开采 ， 现在 资源 越 来越少 ， 如不解决村庄压煤开采 ， 许多矿井将难 以 维 持生 产正 常接 替 ， 面 临 过早 停 产 报 废 的局 面． 因 此 ， 我国目前急需发展新的不迁村采煤方法 ， 使其 具有高产 、 高效 、 高采 出率 、 环保 、 安全 的技术特 征L 2 ] ． 固体废物膏体充填不仅能解决不迁村采煤 ， 且可取得比传统水砂充填开采更好的效果 ， 则不需 要复杂的过滤排水设施 ， 充填系统简单． 此外 ， 充填 效率高 ， 充填密实 ， 更有利于采煤机械化． 采用 固体 收稿 日期 2 0 0 70 1 2 9 基金项 目山东省 2 0 0 5年科学技术发展项 目基金 2 0 0 5 GG3 2 0 6 0 0 2 作者简介 周华强 1 9 6 3 ， 男 ， 重庆市人， 教授 ， 工学博士 ， 从事采矿膏体充填技 术方 面的研究． E - ma i l h q i a n g z h o u 1 2 6 ． c o rn T e l 0 5 1 6 - 8 3 8 8 3 0 1 5 维普资讯 第 3 期 周华强等 膏体充填原材料 水分与配 比计 量误 差分析 2 7 l 废物作充填料， 此法完全有条件发展成为高产 、 高 效、 高采 出率 、 环保 、 安全 的不迁村采煤技术L 2 ] ． 发 展固体废物胶结性膏体充填在我国煤矿还没有先 例 ， 其成功的关键在 于充填材料 ， 煤矿膏体充填要 求成本低 ， 早期强度高L 3 ] ． 充填料浆管道 自流输送 要满足矿山充填要求．目前 ， 中国矿业大学进行的 此项采煤技术主要 由三部分组成 ， 即膏体 充填材 料 、 充填设备与工艺 、 采动岩层充填控制理论L 2 ] ． 膏体质量分数、 粒度对流变参数和管输特性有 很大的影响 ， 仅 1 的质量分数差别 ， 流变参数区 别就很明显． 提高控制精度 ， 研究膏体料浆 的流变 特性 ， 建立 流变模 型 ， 以确定 不 同物料 质量 分数 、 粒 度以及管径对输送状态和膏体 强度的影响【 4 ] ． 例 如 ， 按有色金属矿 山的研究 ， 高质量分数充填宜选 用大直径充填管道和低流速充填方案 ， 料浆流速不 宜超过 1 ． 0 ～1 ． 5 m／ s L 5 ] ． 故膏体充填材料 的性能 与质量分数密切相关 ， 膏体材料各成分的计量精度 和水分测试精度直接影响着膏体材料的质量分数 和其他性能参数． 在实际的生产 中应选择合适的传 感器 ， 控制其精度 ， 从而动态调整膏体材料各成分 的加量 ， 以保 证充填 的效 果 ， 满 足工程 需 要． 以太平煤矿为例进行分析， 其膏体充填材料由 河砂 、 粉煤灰 、 专用胶结料和水配合而成 ， 这 4种组 分 的密度分别是 一2 ． 6 5 t ／ m。 ， P f 一2 ． 1 t ／ m。 ， P c 一 3 t ／ m 。 ， 一1 t ／ m。 ， 充填 材 料 的 质量 分 数 W一 75 ～ 8 2 ． 1 膏体 充填材料 配比准确性 的要求 1 ． 1 膏体 流动性 能 膏体充填材料在制备成可输送的膏体后 ， 须满 足一定 的要求 ， 具有 良好的稳定性 、 流动性和可塑 性． 其 中流 动性是 指 它 能 流 动 ， 且 流动 时 不 产 生离 析， 不分层 ， 同时满足强度要求 ， 膏体的质量分数是 关键因素 ] ． 1 ． 2国 内外 的相关 经验 为了保证管道泵送正常 ， 根据金川有色金属公 司和 国外经 验 ， 质 量 的 波 动范 围在 0 ． 5 以 内 为 最佳 ] ． 砂的粗细也直接影响到膏体的质量分数和 流动性． 例如 一5 mm粗砂膏体充填浆液 ， 质量分 数从 7 9 ～7 7 ， 泌水率则从 1 4 ． 9 ～2 2 ． 2 ； 一 2 ． 5 mm 细砂膏体充填浆液 ， 质量分数从 7 9 ～ 7 7 ， 泌水率则从 1 1 ． 8 ～1 9 ． 9 ． 充填体不 凝结 和强 度很低 的泥 浆层 3 0 0 8 0 0 mm ， 易 造 成 充填体整体质量差L 7 ] ． 2 膏体充填材料计量允许误差和水分测试 允许误差推导 在材 料配 比中 ， 由于计量 对质 量分 数 的影 响最 严重的有两种情况 一是所有 固体物料计量均出现 最大 正误 差 ， 水 计量 出现最 大 负误差 ； 二 则反 之 ， 即 所有 固体物料计量为最大负误差 ， 水计量为最大正 误差． 第 1 种情况将导致质量分数增加 ， 并 达到最 大正偏差 ， 而第 2种情况则反之． 故可从上述两种 情况与材料计量误差的关系来确定计量要求． 因为 上 述两种 情 况所导 致 的质 量 分 数 的 变化 量 是 所有 可 能 中的边界情 况 ， 只 要在 实 际 的计 量 中 ， 能很 好 的把握 以上两 种情 况满 足实 际 的工 程需 要 ， 充填材 料的配比计量就保证了实际的要求． 采集 后 的河砂 在露 天堆 放或 直接 应用 ， 受天 气 等 因素的影响较大 ， 水分必然 出现变化 ， 而它是充 填材料中用量最大的物料 ， 其水分 的变化将引起膏 体质量分数 的波 动． 故需对河 砂水分进行在线检 测 ， 也需 对其 水分 检 测 误 差要 求 进 行 分 析 和 确定 ． 在其配 比计算 中， 采用混凝土的配比计算原理和公 式 L 8 ] ， 同时把计 量 误 差 也 考虑 在 公 式 内． 而 计 量 与 水分检测误差是同时存在的， 故具体的计算公式如 下 W 伽 Aw 一 △ s 一 干 一 一 至 二 二 ． G F C 1一 W Aw ’ 式中 w 为膏体材料中水的用量 ， k g ／ m。 ； G为材料 中河砂 的 用量 ， k g ／ m。 ； F为 材料 中粉 煤 灰 的用 量 ， k g ／ m。 ； C为材 料 中胶 结 料 的 用量 ， k g ／ m。 ； W 为 材 料 的设计质量分数 ； A w 为允许材料 的质量分数 的 变化量 ； △ 为称量传感器的计量误差． 各种物料计量的相对误差取相同值 ， 即相同级 别的传感器． 3 膏体充填材料计量和水分测试的允许误 差 分 析 太平煤矿充填材 料的质量分数 W 为 7 5 ～ 8 2 ． 因此 在 进 行 计 量 误 差 分 析 时 ， 式 1 中 的 W 就在 该 区间 内变化 ． 质量 分数 的波 动取 0 ． 5 ， 1 ， 2 计 算．需 要 指 出 的是 ， 由于计 量 误 差 导 致质量分数的增加或 降低对浆体输送 的影响是不 同的． 增加质量分数 ， 膏体 的流动性将降低 ， 不利于 输送 ， 将使泵送压力增加 ， 输送能力降低 ， 也易引起 管道堵塞 ； 反之， 降低质量分数 ， 浆体的流动性将改 维普资讯 采矿与安全工程学报 27 2一 第 2 4卷 1 允 T { h 冲 暑误 善与各个质量波动范 围的关系 e r e l a t i o n b e t we e n t h e e r r o r o f me a s u r e F 1 ． ． f l u c t u a t i n g r a n g el l a o we d a nd e a c h qu al i t y t l uc t u a un g 柱 妻 曼 詈 可达到的控制水平． 具体水分检测误左 ’ 异 Aw 兰 l g w 一 竺 一 lgw 一 w F 1 △ 二 垒 一 删H C 1 As 一 一 l -- g , ． --A ． 1 --f - A w 1 与 △ 的关 系时 ， 先 选取 了 叫 为 差 芜 主 霎 是 盖 竺 慧 曩 砂在不同含 水量 的情况下与 △ w和 △ s H 大 尔 ” 媸 缎 嚣 簧 a 】无水分 图 2 粉堪瓿 和河砂不 同含水量与 △ w和 △ g 的关 系 Fi 2 The r e l a t i o n b e t we e n A．a n d A,c o nt e nt g a s h a n d r i v e r s a n d o f moi s t ur e o f f l y a s h an C l 篙 觥的 计 量 误 2 随 着 设 计 质 量 分 数 的 增 加 ， ， c 计 削 。 里 差 百 的计 3 若质量分数 的波动范围越 ’ 则兀 刚 2 线性关系， 即对 △ 精 1 △ 与 △ 成 反 向近似 线 性天 系 ’ 即刖 度 要 曩 情 随 着 2 在 相 同 的 计 量 误 差 △ s 允 讦 阴 惰 仉 r ’ 三 麟 控制在 1 以 水分测 3 当计 量误 差 △ 控 制 在 l v／ 0 以 试误 7 0 情况作 4 将无水分和水分售量为 l 1 月 挑 控制 分数 A w控制 在。 ． 5 和 5 当允许质量分数 控制 _仕土u ‘ 0 o 7 水 淼 0 1 ～ 一0 ． 5 和 一0 ． 1 u／ 0 ～u v／ 。 ， 1 上口刖 1 在 进 行 膏 体 材 料 各 组 成 成 分 称 量 和 水 2 竺 昙 体 质 量 分 数 变 化 ． 控 制 了 质 量 分 数 化 进 册 术 8 6 4 2 O 椭蝼糠本基氓 维普资讯 第 3期 周华强等 膏体充填原材料水分与配 比计量误差分析 2 7 3 全 国煤与瓦斯 突出矿 井负责人及技术人员培训 在 中国矿 业大学举行 2 0 0 7年 6月 2 1日上午， 在 中国矿业大学举行了隆重的全 国煤与瓦斯突出矿井负责人及技术人员培 训暨淮北矿业集团瓦斯治理技术首期培训班开学典礼． 国家煤矿安全监察局技术装备司监察专员朱凤山、 淮北矿业集 团公司副总经理鲍子 田、 中国矿业大学副校长、 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心主任缪协兴等 领导 出席 了会议 ． 此次专题培训是为提高我国煤 与瓦斯突出矿井主要负责人和技术人员防治煤与瓦斯突出实用技术和 安全 管理水 平 ， 加 强对 煤矿 瓦斯灾 害 防治理 论 的学 习 ， 遏制 煤 与 瓦斯 突 出事 故 的发 生． 受 国家 煤 矿安 全 监 察局的委托 ， 由中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心具体承办全 国煤与瓦斯突出矿井负责人及 技术人员专题培训． 朱凤 山专员在会上阐述了此次专题培训的重要意义 ， 肯定 了淮北矿业集 团对于技术培训和人才培养 的重视， 提出了对于此专题培训的要求． 缪协兴副校长代表中国矿业大学 、 煤矿瓦斯治理国家工程中心致 欢迎词。缪校长强调 ， 此专题培训受国家煤矿安全监察局委托， 由中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研 究 中心承办 ， 是对学校的充分信任， 要在培训计划、 培训内容和方式 、 培训 师资 、 培训考核等各个环节加强 管理 ， 确 保培训 质 量和效果 ． 维普资讯