基于均匀设计实验的膏体配比优化

 某铅锌矿使用膏体充填中出现了缓凝现象,添加促凝剂后效果良好。为优化添加促凝剂条件下的膏体物料配比,开展了均匀设计实验。考察了膏体质量分数、砂灰比对泌水率、流动度、充填倍线、膏体强度的影响。实验结果表明,膏体的泌水率、流动度和充填倍线主要受质量分数影响,且均与浓度成负相关。砂灰比对流动度的影响很小,但其是膏体强度的主要影响因素,砂灰比越小,膏体的强度越大。综合考察泌水率、流动度、充填倍线、膏体强度4 种指标对应的配比范围,得出推荐配比为质量分数75%~76%、砂灰比7:1~8:1。     

单一粗颗粒影响下的松动体形态演化特征试验研究

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系,从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性,并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明：IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响,且相较于上方细颗粒,粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时,粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布,粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时,松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3～8 mm时,粗细颗粒粒径比dc/df大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度,其上、下方局部区域分别...     

强制内循环浆态床反应器内流体的流动特性

为了探索用于煤直接液化工艺的强制内循环浆态床反应器内部煤浆的流动状态,采用"煤粉-水-空气"系统,研究了非反应状态下煤粉颗粒的分布、煤浆流速分布和床层压力脉动分布的规律。结果表明:在冷模反应器直径为200 mm、空气的空塔流速为3.9~5.3 cm/s、煤浆的空塔流速为4.5~12.5 cm/s的操作范围内,强制内循环反应器内空间各点的煤粉颗粒分布均匀,其质量分数与进料中煤粉质量分数相一致,没有发生煤粉颗粒的沉积现象;相对于鼓泡床反应器,强制内循环浆态床反应器内煤粉的径向流速更均匀,能够减少或避免大密度固体颗粒在反应器内的沉积现象;强制内循环浆态床反应器内部构件影响流体的流动状态,分布盘的上侧和循环杯的下侧都存在着较强的煤浆湍动和返混现象。     

单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链演化特征

针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于滚动阻抗模型开展放矿数值试验,对不同粒径和位置单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链宏观分布、数量、平均强度、准直性、长度以及方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明：1)针对0.3～0.8 m的三维矿岩细颗粒体系,仅当粗细颗粒粒径比大于6.0且粗颗粒处于矿岩颗粒剪切带区域时,单一粗颗粒的存在才会导致粗颗粒一侧的松动体形态产生明显变异,引起局域细颗粒的提前移动。2)粗颗粒能够产生力链聚集效应,显著提高其四周局域内力链分布密度、力链接触数占比以及力链平均强度,而对力链准直性无显著影响。3)无论是否存在粗颗粒,在各放矿阶段局域内力链概率均随其长度增加而呈负指数函数形式减小;从统计意义的角度而言,力链最大长度均不超过10。4)当粗颗粒及其四周细颗粒未产生松动时,粗颗粒的存在可显著提高局域力链方向各向异性程度;当粗颗粒及其四周细颗粒产生松动后,其局域力链方向各向同性程度不断提高,局域力链方向逐渐向放矿口方向集中。     

基于质量分数垂线分布的粗骨料充填料浆特性表征

以扩散理论为基础,通过对充填料浆固体颗粒的受力分析,结合其在两相流中垂向脉动速度的概率分布,推导出充填料浆质量分数分布理论公式。为研究各因素对料浆质量分数分布的影响规律,开展粗骨料充填料浆工作与流变特性试验,研究结果表明:影响质量分数垂线分布的因素主要有固粒粒径、固粒密度、料浆密度、初始切应力、固粒粒形。反映固液两相特性对颗粒跳跃特征长度影响指数n为0,0.5和1.0时质量分数分布随深度变化趋势相同,对质量分数分布影响较小;当料浆质量分数大于80%时,曲线间距增大,垂线方向不同位置质量分数分布增加幅度较大,与扩展度反应的料浆工作特性一致;当料浆质量分数小于80%、废棒比(废石与棒磨砂的质量比)为3:7时,质量分数分布达到最大,此时泌水率也接近。通过改变影响质量分数垂线分布的因素即料浆质量分数、固粒密度与粒径,最终可改善质量分数垂线分布。     

AlSiC电子封装材料的凝胶注模法制备

文章将凝胶注模技术与铝合金无压熔渗技术相结合,采用3种颗粒级配填隙制备出SiC体积分数大于60X%的AlSiC复合材料.研究结果表明,凝胶注模制备的SiC预制件粗细颗粒分布均匀;含粗颗粒SiC浆料中引入质量分数约为2%的高温黏结剂,在1 050℃煅烧1 h即可使预制件具有满足后续工艺要求的强度,而且整个过程中坯体尺寸稳...     

颗粒分布对水泥与减水剂相容性的影响

采用Marsh筒法与净浆流动度法研究了相同熟料制备的不同颗粒分布的水泥样品与减水剂的相容性,揭示了粉体比表面积、均匀性系数（n）、特征粒径（x′）、堆积孔隙率与相容性的关系。结果表明：样品比表面积越大, n越大,x′越小,堆积空隙率越大,水泥与减水剂的相容性越差。当比表面积与x′ 相近时,n越大,浆体的流动性越差,饱和点掺量越大或饱和点Marsh时间越长,流动度经时损失越小。随着样品比表面积增大,饱和点掺量增大,流动度减小,流动度经时损失增大,与减水剂相容性变差,且对于n越大的样品,比表面积增大对相容性的不利影响越显著。凡是能降低堆积空隙率,使水泥颗粒分布连续而较宽,且自身需水性较低的微细粉体,均有利于改善水泥与减水剂的相容性。     

低强度粗骨料超细全尾砂自流胶结充填配合比优化及应用

针对锦丰金矿粗骨料原材料自身强度低、矿岩遇水易泥化、尾砂粒级组成细及充填倍线大的现场条件,采用正交设计方法开展针对不同充填料浆质量分数、水泥掺量及人工砂与尾砂质量比优化研究;对充填料浆流动性指标和充填体强度指标规律进行分析。研究结果表明:当充填倍线为3.7～6.9,料浆质量分数为75%,人工砂与尾砂质量比为2.9,水泥掺量为12%～20%时可以实现自流充填要求;扩散度相对于坍落度对衡量自流充填料浆流动性具有更好的适应性;低强度充填骨料对充填体强度影响显著;当采矿进路最高达8.5 m时,充填体强度达到0.5 MPa即可保持良好自立性,并能有效支撑顶板;当充填体强度达到1.2 MPa时即可满足大型无轨设备行走需求,该值明显低于同类矿山技术要求。     

多放矿口间的矿岩颗粒均匀流与应力演化规律

针对当前多口放矿研究中存在的放矿口间距阈值和应力分布等问题,基于刚性块体模型开展不同放矿口间距和放矿方式条件下的放矿数值试验,对多放矿口间的矿岩颗粒均匀流与应力演化规律进行量化研究.研究结果表明:多口放矿条件下能够产生矿岩颗粒均匀流的放矿口间距阈值介于1.0~1.25倍的松动体最大宽度.矿岩颗粒流动体系内存在明显的应力拱效应,放矿过程中松动体上方的垂直应力会逐渐向两侧非松动区域转移.在所研究的取值范围内,采场底部最大垂直应力已接近初始垂直应力的1.8倍.放矿过程中采场内非松动区域的配位数约为8~9,且空间高度越低其配位数越大;在松动区域内越接近放矿口的位置,其矿岩颗粒越松散且运移与接触变化的无序程度越高.     

基于RSM-BBD的混合骨料充填料浆配比优化

针对混合骨料充填矿山,为了确定充填料浆优化配比,首先进行充填材料物化特性分析,在此基础上,根据泰波级配理论和最大堆积密实度理论,确定棒磨砂-废石配比;然后采用BBD响应面法设计13组试验,研究料浆质量分数、胶砂比(胶凝材料与骨料的比值)、混合骨料配比对充填体强度影响规律.最后以各龄期强度为响应值构建响应面模型,揭示各响应参数与目标响应量相关关系及多目标条件下充填料浆优化配比.研究结果表明,充填体强度不仅受单因素影响,而且各因素间交互作用对充填体也有很大影响.其中料浆质量分数与骨料配比的交互作用对充填体早期强度起决定性作用,胶砂比与骨料配比的交互作用对充填体中期强度影响显著,充填体后期强度受料浆质量分数和胶砂比交互作用影响较大.以充填成本作为目标建立优化模型进行优化,由此获得充填料浆的优化配比为:料浆质量分数80%,胶砂比为1∶6,棒磨砂-废石配比为3∶7.通过试验验证满足金川矿山充填体强度要求.     

膏体料浆管道输送中粗骨料颗粒运动规律分析

为分析粗骨料膏体料浆在管道输送时因剪切诱导作用而使粗骨料颗粒产生的相对运动,以全尾砂膏体料浆能够限制尾砂颗粒的沉降运动为出发点,将全尾砂膏体料浆视为伪匀质悬浮液,将不具有流变活性的粗骨料颗粒视为被承载固体。依据粗骨料膏体管道输送时的流速分布特性,构建具有剪切流动区与非剪切流动区的复合流动模型。通过宏观颗粒模型MPM研究粗骨料颗粒的运动规律,分析粗骨料颗粒在X轴、Y轴和Z轴方向上的位移与线速度。研究结果表明:粗骨料颗粒在剪切流动区域内存在较明显的径向偏移与轴向差速运动,粗骨料颗粒在剪切流动区域内发生相对运动的主要原因为径向的流速梯度引起颗粒的自旋转。通过数值计算结果与理论分析的对比,说明复合流动模型描述粗骨料颗粒运动的可行性以及相对运动原因的可信性。     

基于PIV技术粗颗粒在管流断面浓度分布试验研究

在河道清淤、全尾砂充填以及深海采矿等很多工程应用中,需要利用管道输送粗颗粒物料,以往对粗颗粒在管流中的运动特性研究较少,工程设计缺少参考依据.本文基于PIV技术对管流中粗颗粒浓度分布进行试验研究.试验中,采用了0.5、1.5、2.5mm三种粒径的石英砂作为输送物料,利用PIV记录了1.5、2.5、3.5m/s三种不同管流速度下颗粒在断面上垂向浓度分布特征.结果表明:在一定流速条件下,颗粒粒径越大,浓度分布越不均匀,浓度最大点的高度越低,最大浓度值越大;一定粒径条件下,流体平均流速越大,浓度分布越均匀,浓度最大点位置越高,最大浓度越小.基于量纲分析法和试验结果拟合,得到了颗粒垂向最大浓度点出现的相对高度与水流平均流速、颗粒粒径、管径的关系.最大浓度点位置计算值与实测值最大误差为10%.     

颗粒级配对粗骨料充填料浆离析的影响

基于不合理的颗粒级配是粗骨料充填料浆发生离析的重要因素,以富勒公式为基础,建立平均粒径和粒径分散系数2个级配表征参数。基于魏茅斯干涉级配理论设计11种颗粒级配,并以此进行离析实验确定粒径分散系数的合理范围,利用云南某矿固体物料进行室内验证实验。研究结果表明:以屈服应力175~225 Pa、膏体料浆粒度低于20μm颗粒质量分数为约束条件,可得当粗骨料充填料浆合理离析率为11.65%~14.53%时,其粒径分散系数K为1.43~1.45,平均粒径为1.89~2.00 mm;基于原级配的优化调整必要且有效;料浆质量分数为68%的G3和质量分数为70%的G2离析率测量值与合理离析率相比,误差分别为3.23%和5.75%,粗骨料充填料浆粒径分散系数和平均粒径的范围可靠、准确。     

不同排浆浓度下的尾矿沉积规律研究

排放后的尾矿沉积规律影响尾矿库坝体的稳定性。为研究不同排浆浓度条件下尾矿沉积特性，以云南某尾矿库为研究对象，通过现场试验和室内缩尺的堆坝模型试验，研究了不同排浆浓度下的尾矿沉积规律，分析了单颗尾砂颗粒的临界状态，推导了尾砂颗粒运动—沉积临界速度关系和不同粒径颗粒在干滩上的运移距离公式。研究结果表明：沉积滩面的坝前位置粗尾砂沉积较多，随着距离子坝越远，细粒尾砂沉积越多；在干滩面上尾砂流速与矿浆浓度呈负相关，与尾砂浆体压力呈正相关；较粘稠高浓度尾砂浆体的浓度越大，流动力就越弱，致使沉积形成的坡度越大；排浆浓度的逐渐增大，矿浆沉积长度也随之变长；尾砂颗粒在干滩面的沉积距离与排浆初始速度成正比，与干滩坡度、排浆浓度及颗粒粒径成反比。研究成果可对尾矿库坝体稳定性分析提供一定参考。     

碎石和磷石膏联合胶结充填最佳配比及应用

针对四川汉源县石沟石膏矿充填骨料来源不足的情况,提出将该矿碎石和附近某磷化企业磷石膏作为充填骨料的联合胶结充填方案。分别分析粒度在10 mm和5 mm以下碎石和磷石膏的物理化学性质,验证碎石和磷石膏作为联合充填骨料的可行性。通过充填配比试验,分析不同配比似膏体浆体的流动性能和充填体强度特性,得出矿山不同区域和不同时期的最佳充填配比。研究结果表明:充填体强度随似膏体浆体质量分数的增加而增加;往粒度在10 mm以下碎石骨料中加入磷石膏,充填体的单轴抗压强度显著提高;在碎石骨料中添加磷石膏可改善浆体的流动性,有利于减少水泥用量,节约成本;塌落度和扩散度可以很好地反映浆体的可泵性;推荐充填配比的浆体输送性能良好,可以实现泵送要求,充填体强度满足该矿无轨机械化生产的要求,充填泄水对环境几乎没有影响。     

废石破碎胶结充填配比优选及在寒冷气候条件下的应用

为解决金英金矿外购铁矿尾砂在寒冷气候条件下充填存在充填体强度低、稳定性差以及井下产出废石大量堆积的难题,开展废石破碎用于井下充填的室内实验。研究结果表明:在充填倍线为2.0~6.0的前提下,废石充填料浆质量分数可达75%以上;当废石与尾砂的质量比为3~6时,对充填料浆流动性和充填体强度无明显影响;粒径d≤5 mm废石+压滤尾砂的充填骨料可获得最大充填体强度,充填骨料的充填体强度从大到小依次为d≤5 mm废石、d≤8 mm废石+压滤尾砂、d≤5 mm废石+铁矿尾砂、铁矿尾砂和d≤8 mm废石+铁矿尾砂;料浆质量分数是确保充填体强度和降低水泥掺量的关键,采用d≤5 mm废石+水泥充填时,料浆质量分数每提高1%,水泥掺量可降低1.2%;当养护温度由10℃提升至15℃时,充填体充填时间为7 d及28 d强度分别提高109.52%和58.46%;经现场工业试验,推荐采用的d≤5 mm废石胶结充填料浆实际质量分数为75%,水泥掺量为11%,充填能力为110 m~3/h,充填成本降低15%~18%。     

冲击载荷下胶结充填体的力学性能及能耗特征

为得到中等应变率下全尾砂胶结充填体动态力学性能及破坏规律,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对全尾砂胶结充填体进行了冲击加载试验.试验结果表明:充填体的动态抗压强度及动态抗压强度增长因子随平均应变率的增加均呈线性增长规律,灰砂比越高,充填体的动态抗压强度越大,但动态强度增长因子越小;充填体的韧性指数与平均应变率对数具有显著的正相关性,与静态加载下相比,韧性指数呈几何倍数递减;动载冲击下,充填体的破坏形态主要为轴向宏观主裂缝拉伸破坏及压碎破坏,当平均应变率高于临界值时,充填体破坏形态为压碎破坏;在相同应变率作用下,充填体的单位体积吸收能和单位质量充填体破碎耗能随着平均应变率的增加呈指数函数增长规律,水泥含量越高的充填体具有越高的破碎耗能及单位体积吸收能,且破坏损伤程度越小.     

尾砂级配的混沌优化

采用分形理论研究分级尾砂的级配.计算国内外大量矿山尾砂材料的分形参数,研究尾砂的分形级配与其胶结强度的关系.采用神经网络建立尾砂胶结强度与水泥质量分数、料浆浓度、尾砂颗粒分维数、孔隙分雏数及分维数相关率的知识库模型.研究结果表明,尾砂胶结强度与其分形级配相关;随着尾砂颗粒间孔隙分雏数减小,充填体强度增高;尾砂分雏数相关率越大,充填体强度越大.用所建立的神经网络知识库模型,利用Logistic迭代方程的混沌遍历特性,采用混沌优化方法研究使充填体达到最佳强度的选矿尾砂最优分级.根据采场脱水工艺,应用该方法,获得安庆铜矿选矿尾砂的最佳级配参数.工程应用结果显示,该方法年增加尾砂用量2.87万t,胶结充填体强度提高8%,为矿山年节约充填成本55.8万元.     

胶结充填体内部微观结构演化及其长期强度模型试验

通过开展不同灰砂质量比、料浆质量浓度和养护龄期条件下的胶结充填体内部微观结构演化及其强度模型试验,研究充填体内部水化反应产物的类型及形态对其强度发展规律的影响。试验结果表明:水化作用后的水化产物在充填体内部的赋存形态不尽相同,早期多以针状物质存在,通过团絮状、丝状产物相联结;随着龄期的增长,团絮状胶凝物质大量生成,水化产物黏结得较紧密,机械强度得到了进一步的增强,表面仍可以看到少量针状物,但大部分已被絮状物覆盖;90 d时,早期水化反应产生的针状物几乎不存在,更多是以成团状、块状或成片状物质形式存在,且团状物质与团状物质或块状物质间黏结相当密实。对比水化产物元素分析结果可以看出,其主要成分由O,Si,Ca,Al和Mg等元素构成,灰砂质量比越大、料浆质量分数越高,水化产物元素量越多。对不同条件下的充填体强度曲线进行拟合,得到了充填体强度增长规律:充填体的强度增长规律基本一致,增长曲线呈"S"型;强度增长过程可分为强度增长初始时期、强度快速增长时期以及强度增长平缓期;灰砂质量比、料浆质量浓度越高,充填体强度增长越快,增长曲线变陡。     

阶段嗣后胶结充填体矿柱强度模型研究与应用

利用滑楔体极限平衡理论,建立胶结充填体矿柱侧向滑移失稳模型,考虑采场结构参数、充填材料自身特性和充填体-矿岩(柱)接触面特性的影响,分别得出胶结充填体矿柱与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时所需强度模型。以中关铁矿为工程分析实例,开展室内充填配比试验。研究结果表明:当胶结充填体矿柱后壁与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时,胶结充填体矿柱所需强度随阶段高度的增加分别呈对数函数和线性函数增长;中关铁矿胶结充填体矿柱所需强度为0.78~0.82MPa,经典强度设计模型计算值偏小,需选取安全系数为1.5~3.0;推荐中关铁矿使用的充填配比为灰砂比1:10、料浆质量分数70%,抗压强度、泌水率、塌落度和流动度均能满足采矿作业需求,水泥用量与原推荐方案相比可降低45.7%。