全尾砂膏体搅拌剪切过程的触变性

膏体触变性是一种复杂的流变现象,涉及到膏体的搅拌制备、管道输送、采场流动等多方面,但是对膏体的触变性机理目前还缺乏统一的认识,对全尾砂膏体处置技术中出现的各种与触变性相关现象还难以解释。针对全尾砂膏体搅拌剪切过程中的触变行为,对某尾矿全尾砂膏体在不同条件下进行流变测试,研究全尾砂粒级、膏体中固相质量分数、水泥添加量、静置时间等因素对膏体触变的影响规律,分析全尾砂膏体触变行为及其对全尾砂膏体稳定性能的影响。研究结果表明,全尾砂颗粒以三维网状结构弥散于浆体空间,其触变性与屈服应力及膏体料浆稳定性相关,受到料浆中超细成分、灰砂比、固相质量分数等影响,膏体触变特征可划分为剪切破坏及静置恢复两个过程,其流变特性具有随时间而变化的特点。     

基于环管实验的膏体流变特性及影响因素

为研究膏体的流变特性与影响因素,自主设计研发小型膏体环管实验平台,测试不同工况条件下膏体管道输送的τw-dv/dr流动曲线,并采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行回归分析,获得膏体管道输送的流变参数,分析水泥掺量、尾砂颗粒粒径及料浆质量分数对膏体屈服应力τ0、塑性黏度μ的影响。研究结果表明:膏体流变模型属于n1,τ00屈服伪塑性体,用H-B模型描述更为精确,其屈服应力τ0和塑性黏度μ都随着膏体料浆的质量分数增加呈指数增加,随着水泥掺量的增加先增大后降低;膏体料浆质量分数一定的情况下,构成膏体的尾砂粒径越细,屈服应力越大,与尾砂的比表面积呈幂指数关系。     

充填料浆沉降规律研究及输送可行性分析

通过分析充填料浆在管道自流输送系统中的运动形式与充填骨料固体颗粒的沉降规律,得知充填料浆能否稳定地输送到采空区跟输送速度及水平管道的长度有关。结合孙村煤矿的煤矸石似膏体充填料浆的特点,利用Fluent流体分析软件对料浆的管道输送过程进行了模拟,并从理论上分析了以煤矸石作为主要骨料的似膏体利用管道自流输送的可行性。模拟分析表明,料浆的自流压差能够克服在管道自流输送过程中的沿程阻力损失,并且在3.82m/s的水平管道输送速度下,料浆垂直脉动速度分量38.3cm/s大于煤矸石的干涉沉降速度0.99cm/s,因此,似膏体能够自流输送到采空区。     

超大能力超细全尾砂超长距离管道自流输送技术

 为解决司家营铁矿超大能力超细全尾砂超长距离管道自流输送难题, 在研究超细全尾砂管道自流输送、骨料颗粒沉降堵管及管道沿程阻力损失特性的基础上, 利用Fluent 软件对超细全尾砂超长距离大管径的自流输送特性进行分析。结果表明:超细粒径全尾砂易于悬浮, 大管径输送可有效降低沿程阻力损失。工作流速为2.95 m·s^-1、管道内径为155 mm 的超细全尾砂浆体的垂直脉动速度分量S_v=0.24 cm·s^-1远大于尾砂的干涉沉降速度0.034 cm·s^-1, 最大允许充填倍线N_max高达10.6, 充填料浆可均匀悬浮顺利自流至采空区。     

不同粒径尾砂料浆塌落度和屈服应力关系

尾砂料浆的流变特性既是水砂充填管道输送设计的重要指标,也可为尾砂胶结料浆的流动特性评价提供参考。基于标准塌落筒试验和流变试验,获得了不同质量浓度下4种尾砂料浆的塌落度和剪切屈服应力。结果表明：在料浆塌落度变化较大的质量浓度区间内,粗、细粒径尾砂料浆的塌落度均随料浆质量浓度的增加而减小,但细粒径尾砂料浆塌落度减小速度更快;随着质量浓度的增加,细粒径尾砂料浆的剪切屈服应力呈指数形式增大,而粗粒径尾砂料浆的屈服应力的变化相对不显著。通过分析粗、细尾砂料浆的塌落度和流变试验结果,发现料浆塌落度与屈服应力之间呈指数关系。     

高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力模型

 为准确计算某矿山高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力损失,在固-液两相流理论的基础上,综合全尾砂充填料浆管道输送阻力影响因素,通过因次分析法构建高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力模型。运用计算流体动力学方法（CFD）研究充填料浆体积浓度、流速、管道直径、固体混合料密度等因素对管道输送阻力的影响,得到360 组管道阻力损失值;采用最小二乘法回归计算管道输送阻力模型系数,并抽取4 组常用工况点对计算模型进行误差分析,根据回归系数显著性检验方法,得到各因素的影响程度关系。计算模型结果与泵送环管实验的误差在5%左右,能满足本矿山充填系统设计需要。     

超细全尾砂似膏体长距离自流输送的时变特性

基于H-B流变模型和絮网结构理论,构建了考虑时变性的超细全尾砂似膏体流变模型,探究超细全尾砂似膏体长距离管道自流输送过程中的时变特性,推导了相应的管输阻力计算公式.以某深井铁矿质量分数为68%的超细全尾砂似膏体为例,进行了室内剪切试验和管输阻力计算.结果表明:不同剪切速率下的超细全尾砂似膏体表现出剪切稀化的时变特性,且剪切速率越大,达到平衡状态的时间越短,黏度值越低.在流量为80 m3/h时,管输阻力经225 s降至稳定状态的5.03 M Pa/km,为初始阻力的50.6%.超细全尾砂似膏体长距离自流输送过程中,以稳定状态的阻力损失进行计算更为经济合理.     

基于环管试验的粗骨料膏体管输阻力模型及优化

为探明粗骨料膏体的管输阻力特性,开展了关于粗骨料膏体输送特性的工业级环管输送试验,利用白金汉方程对环管数据拟合处理后获得膏体的实际流变参数,并建立了基于流动度测试的粗骨料膏体阻力方程.通过响应面分析法（RSM-BBD）对膏体输送行为进行分析,分别得到单因素和多因素耦合对阻力损失的影响规律,并优化了粗骨料膏体的管道输送参...     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质(粒级组成、化学成分),并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示:全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水(1%~0.6%),充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

金属矿尾砂浆压缩与剪切屈服应力的关系

膏体流变学的研究是矿业浆体流变学的热点和难点。膏体技术包括脱水、搅拌、输送、堆存(充填)4个阶段,均涉及到非牛顿流体流变特性。在脱水阶段,全尾砂的压缩屈服应力影响了尾砂浆的脱水浓度,浓度是剪切屈服应力的宏观表现,继而影响了混合搅拌和管道输送过程中浆体的剪切屈服应力。所以,压缩屈服应力和剪切屈服应力之间的关系成为了膏体充填技术领域中的关键问题。在压滤理论指导下,开展相关实验,提出了全浓度范围内床层脱水阻力和浆体输送性能表征方法,以表征全尾砂浆的可浓密性能。对全尾砂高压力作用下的可浓密性能进行测试,得到高压力下全尾砂浆体的压缩屈服应力;使用控制剪切速率法(CSR)操作桨式流变仪检测剪切屈服应力;继而得到两者之间的关系为：浆体屈服应力为剪切应力,压缩屈服应力为压缩应力;浆体的压缩屈服应力、剪切屈服应力与浓度指数均呈指数关系。并且压缩屈服应力远大于剪切屈服应力,因此剪切作用更易破坏絮团,是脱水的主要外部动力,从而解释了搅拌脱水的力学机理。     

掺聚丙烯纤维粗骨料膏体流变性能及计算模型

选取金川二矿区全尾砂和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,探究聚丙烯纤维对粗骨料膏体剪切应力及流变特性的影响;并根据实验数据建立关于纤维体积率(纤维掺量与密度之比)和长径比(纤维长度与直径之比)的流变特性计算模型,以期为掺纤维粗骨料膏体流变性能预测提供方法.研究结果表明:掺入聚丙烯纤维会弱化膏体的剪切稀化和剪切增稠现...     

膏体料浆管道输送压力损失的影响因素

为研究膏体料浆管道输送过程中的压力损失,本文建立了新型闭路环管试验测试平台,研究了管径、料浆流速、料浆中固相含量和物料粒径对膏体料浆管道输送压力损失的影响。流速对压力损失的影响分两个阶段：当流速小于黏性过渡流速时,压力损失随流速呈线性增加;当流速大于黏性过渡流速时,压力损失随着流速增加呈1~2次多项式增加,且增加速率远大于流速增加速率。压力损失随管径增大呈负幂指数减小,随料浆中固相质量分数的增加呈指数增加。在相同工况条件下,细粒级较粗粒级料浆管输压力损失更大,且黏性过渡流速较大,压力损失随流速增加相对缓慢。     

基于海底开采的高倍线强阻力充填技术

 三山岛金矿新立矿区西南部矿体属海底开采,海底充填倍线达13,水平输送距离超过2000 m,属于高倍线强阻力输送充填料浆。为了解决充填料浆输送距离长、倍线高、输送阻力大等技术难题,进行了分级尾砂物化性能测试,充填骨料配比试验,管道输送阻力模拟等研究。研究结果表明,分级尾砂颗粒较粗,脱水性好,但是在输送过程中易沉降;添加细颗粒,能改善分级尾砂的流动性;推荐料浆配比为1：6~1：8,料浆输送质量分数为72%。通过充填料浆环管阻力输送试验和理论计算,得出料浆最大输送阻力为9MPa,除去自重水力压头,需加泵压6 MPa。工业应用结果表明,分级尾砂高倍线充填是可行的,为海底矿床安全开采提供了保障,实现了高倍线充填海底矿床。     

基于海底开采的高倍线强阻力充填技术

三山岛金矿新立矿区西南部矿体属海底开采,海底充填倍线达13,水平输送距离超过2000 m,属于高倍线强阻力输送充填料浆。为了解决充填料浆输送距离长、倍线高、输送阻力大等技术难题,进行了分级尾砂物化性能测试,充填骨料配比试验,管道输送阻力模拟等研究。研究结果表明,分级尾砂颗粒较粗,脱水性好,但是在输送过程中易沉降;添加细颗粒,能改善分级尾砂的流动性;推荐料浆配比为1:6~1:8,料浆输送质量分数为72%。通过充填料浆环管阻力输送试验和理论计算,得出料浆最大输送阻力为9MPa,除去自重水力压头,需加泵压6 MPa。工业应用结果表明,分级尾砂高倍线充填是可行的,为海底矿床安全开采提供了保障,实现了高倍线充填海底矿床。     

粗骨料高质量分数充填料浆管输水力坡度模型及其应用

基于宾汉姆流变模型和非牛顿流体力学理论,采用L管试验装置,利用3因素3水平正交设计方案,通过回归分析得到各因素对粗骨料充填料浆流变特性的影响规律,进而构建粗骨料充填料浆管道输送水力坡度数学模型,根据极差分析结果优化方案。研究结果表明:水力坡度与料浆质量分数呈正相关,与水泥添加量、粉煤灰掺量呈负相关,与流速呈线性关系;采用优化方案进行工业试验,结果显示料浆流速范围为1.91～2.13 m/s,对模型修正后水力梯度相对误差不超过4.00%。     

全尾砂膏体充填临界质量分数

以全尾砂充填膏体为研究对象,利用四叶桨式旋转式流变仪测试质量分数为69%～81%的充填料浆的流变特征及其参数,采用赫谢尔-布尔克莱模型回归得出料浆在剪切速率为0～120 s-1条件下的流变模型.结果表明:质量分数为69%～81%的料浆流变模型为屈服伪塑性体,质量分数为81%的料浆为宾汉塑性体;流变性能指数n与料浆的质量分数呈线性关系,随质量分数的增大而增大.膏体的临界质量分数为80.91%.     

恒定剪切作用下全尾膏体微观结构演化特征

全尾砂膏体作为一种塑性流体,其内部结构的形貌特征与浆体流动性能紧密相关,研究剪切过程中微观结构的演化特征,对于分析膏体管道输送及制备工艺中的流动行为具有十分重要的意义.本文借助扫描电镜技术,拍摄了不同搅拌时间的膏体微观结构图像.综合应用计算机图像处理技术和分形理论,估算了膏体微结构的分形盒维数,提出以结构系数λ作为微结构形貌特征的表征指标,建立了搅拌过程中微结构时间演化过程的数学模型.某铅锌尾矿膏体相关实验的结果表明：其结构系数λ随搅拌时间急剧减小,并逐渐趋于平缓,最终达到某一平衡状态.通过对实验数据的拟合,得到其演化模型相关的破坏系数及恢复系数,分别为0.171及0.491.     

基于全尾砂级配的膏体新定义

基于全尾砂特性的不同,提出定量化具有普遍性和工程应用性的膏体新定义。运用八因素十水平均匀设计方案研究不同尾砂粒级组成对浆体泌水率的影响。研究结果表明:当全尾砂颗粒半径超过70μm时,颗粒基本不具有保水性能;粒度为20~98μm的尾砂颗粒对浆体的泌水性能影响较大,尤其是粒度为20~37μm的尾砂颗粒;膏体新定义的提出使不同矿山不同特性全尾砂所能配制的膏体得到了统一规范化和定量化。     

矿山充填料管道挤压输送计算机模拟

为了研究矿山充填料管道挤压输送料浆的运动规律,在假定挤压输送设备活塞由曲柄连杆机构驱动的条件下,推导出活塞位移呈三角函数形式的料浆运动相关方程,以及在挤压输送设备作用下,入口管道和出口管道内料浆的8种运动状态的速度和加速度计算公式。运用计算机模拟管道长度、管道垂高、充填料浆浓度及料浆流变力学参数、活塞运动周期与曲柄半径等不同时,管道内料浆的流动规律。研究结果表明：挤压输送的起始条件仅对前几个周期内料浆的运动有影响;调整充填管道长度、管道垂高、充填料浆浓度和流变参数、挤压输送设备活塞运动周期、曲柄半径和安装位置（入口管道长度）等其中的任何1个参数,对管道内料浆的流动状态均会产生影响,但对于给定的充填管路和充填料浆,总能找到使入口管路和出口管路内料浆的流动速度大于0m／s的相关参数,实现充填料浆挤压输送。     

减水剂对尾砂膏体的和易性与充填体强度影响研究*

充填料浆的和易性和充填体强度关系到充填采矿安全、经济与可靠。针对金川镍矿尾砂膏体充填管道输送中存在堵管问题,开展了泵送减水剂对膏体的和易性与充填体强度影响的试验研究。首先分析了膏体物料的物化特性和颗粒级配;然后采用金川镍矿尾砂膏体充填系统工业生产的技术参数,开展了添加不同泵送减水剂的膏体和易性、充填体强度易性以及流变特性的试验研究。结果显示,添加1%~2%的泵送减水剂不仅改善膏体的和易性,而且还能够提高充填体强度。膏体的和易性随着泵送随减水剂添加量的增加而提高,并且膏体浓度越高提高的效果越显著。但当泵送减水剂添加量达到3%时,充填体28d强度显著降低。综合泵送减水剂对充填体强度和膏体和易性影响的综合分析,确定1.5%~1.8%的泵送减水剂为膏体的最佳添加量。该研究成果为金川镍矿膏体充填系统料浆制备提供依据,已应用于金川矿山工业化生产。