减水剂与粉煤灰对全尾砂胶结充填料浆流变性能的影响

全尾砂胶结充填料浆流变性能直接影响其工作性能。采用Brookfield RST-SST型流变仪定量分析了聚羧酸(PC)、萘系(PNS)和三聚氰胺系(PMS)3种类型高效减水剂与粉煤灰单掺和复掺时对料浆流变性能的影响。结果表明:无论减水剂类型,掺入料浆后均可降低其屈服应力和塑性黏度且减水剂掺量越高降低幅度越大,料浆流变性能改善效果越好。3种类型减水剂对料浆流变性能改善程度存在差异,其中PC作用效果最好。减水剂的改性效果随着胶结料的持续水化而出现缓慢退化;随粉煤灰掺量的增加,料浆的屈服应力和塑性黏度呈整体降低趋势,其作用机理主要源于\"形态效应\";减水剂与粉煤灰两者在改善料浆流变性能方面具有协同效应,复掺后可显著改善料浆的流变性能,效果明显优于单掺改性效果。     

基于RSM和CFD的废石-尾砂充填料浆流变及输送特性研究

为了解决矿山固废大量排放造成的环境问题,采用大红山铜矿的废石与尾砂作为充填材料,采用响应曲面法(RSM)与计算流体动力学(CFD)方法分析质量分数、水灰比对料浆流变特性及输送特性的影响规律。结果表明,废石-尾砂充填料浆符合Herschel-Bulkley模型,屈服应力受料浆质量分数变化的影响显著,黏度随着料浆质量分数的增大而增大,但随着水灰比的增大呈递减趋势。料浆的阻力损失、流速和质量分数均呈指数增长关系,料浆的最佳输送质量分数为83%～84%。研究结果可为废石-尾砂充填料浆的实际应用提供理论指导。     

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%.     

充填料浆长距离管道输送数值模拟

矿山充填工程中,常常会涉及料浆管道输送的技术问题,尤其对于长距离输送,料浆在管道中的流动极具复杂性.为降低管道磨损、延长管道使用寿命,采用数值模拟方法分析不同浓度料浆在长距离管道中的流动压强、流速及偏转特性.结果表明:2维双精度解算器Fluent2ddp的模拟结果与在生产中所观察到的现象较为吻合,此结果可为低倍线的降压增阻或高倍线的增压减阻提供合理依据.矿山可在此基础上采取必要措施以延长管道服务年限、降低充填成本及减少系统故障概率,从而实现低成本和高效充填之目的.     

排水条件和水泥用量对尾砂料浆固结行为影响的物理模型试验研究

采场尾砂充填料浆自重固结过程中,料浆孔隙水压力和总应力随时间连续变化。掌握充填料浆固结行为及固结过程中料浆应力状态,对评估采场充填挡墙承载能力和优化制定采场充填方案十分重要。排水条件和水泥用量是影响尾砂料浆固结行为的关键因素。利用自制的料浆固结柱物理模型,考虑三种排水条件（不排水、部分排水和完全排水）,试验研究了不同水泥用量（0%、4.76wt%和6.25wt%）尾砂料浆的自重固结过程,系统测试了不同时刻料浆孔隙水压力、下沉量、排水量及试验完成后料浆含水量,分析了排水条件和水泥用量对尾砂料浆固结行为的影响规律。结果表明：改善排水边界条件或提高水泥添加量均有助于尾砂料浆孔隙水压力消散,但前者相对更有利于促进料浆排水固结;在同一排水条件下,水泥用量从0wt%增加至6.25wt%,模型底部料浆孔隙水压力消散速度显著加快,但料浆孔隙水压力最终稳定值无明显差异;料浆最终下沉量与模型的排水条件无关,但增大水泥用量会明显减小料浆最终下沉量;在同一排水条件下,胶结料浆在自重固结过程中能够比非胶结料浆排出更多的孔隙水。     

泵送减水剂对尾砂-棒磨砂膏体料浆和易性与充填体强度影响研究

针对金川镍矿尾砂-棒磨砂膏体在充填管道输送中存在的堵管问题,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-棒磨砂膏体充填系统工业生产中的技术参数,开展了添加不同泵送减水剂添加量的充填体强度、膏体和易性以及流变特性参数测试研究.研究结果显示,当添加1%~2%的泵送减水剂,3、7和28 d强度均有显著提高.膏体的和易性随泵送减水剂添加量的增加而提高,且浓度越高,效果越显著.当膏体浓度(质量浓度)在78%~80%的范围,膏体初始剪切应力和粘滞系数均随着泵送减水剂的增加而线性减小.结合泵送减水剂对充填体强度、膏体和易性以及流变特性影响分析,并考虑膏体充填成本与采矿经济效益,确定1%的泵送减水剂为比较合理的添加量.研究结果为金川镍矿膏体充填系统料浆制备提供重要依据,已经应用于金川矿山膏体充填的工业化生产.     

基于扩展度表征高浓度混合骨料充填料浆流变特性及应用

为探究高浓度混合骨料充填料浆扩展度与流变特性的关系,首先基于扩展度和料浆受力分析理论,构建屈服应力解析模型;然后测试充填料浆的扩展度和流变参数,分析充填料浆质量分数、水泥掺量对扩展度的影响并建立流变参数经验模型;最后对比解析模型与经验模型,并对模型输送阻力的工程应用进行分析评价。研究结果表明：利用料浆流动后的形态优化了屈服应力解析模型,简化了原模型复杂的计算过程。当水泥掺量不变时,料浆扩展度随充填料浆质量分数增加显著减小;当充填料浆质量分数一定时,料浆扩展度随水泥掺量增加无显著变化;对料浆扩展度的影响以充填料浆质量分数为主,而水泥掺量对料浆扩展度的影响较小。屈服应力与黏度系数均随扩展度增加呈现负指数型减小趋势,屈服应力与黏度系数经验模型的复相关系数分别为0.951 9和0.950 8,可信度较高。当料浆质量分数为79%,80%,81%,82%和83%时,解析模型所得屈服应力相对误差比经验模型的分别高0.17%,0.94%,0.71%,0.79%和-0.41%,解析模型所得屈服应力的平均相对误差比经验模型的高0.43%,经验模型具有更高的可信度。工程应用表明,监测点1~4的平均输送阻力模型值分别为2 920.18,2 833.93,2 761.73和2 739.25 Pa/m,监测点1~2,2~3和3~4的平均实际输送阻力分别为2 874.97,2 933.96和2 949.06 Pa/m,输送阻力模型值与实际输送阻力最大相差7.02%。基于扩展度可有效表征流变特性,指导矿山充填料浆管道输送。     

不同浓度料浆流变特性与混合骨料级配相关性试验

为了探究混合骨料配比及粒径级配对料浆流变特性的影响,首先对矿山充填常用的废石和棒磨砂及其混合骨料进行粒径分析,并得到相应的特征粒径.其次采用流变仪对不同骨料配比、不同质量分数条件下的料浆进行测定,采用H-B流变模型拟合出相应的流变参数.然后对流变参数和流变特性进行分析,并基于最小二乘法研究骨料粒径级配与料浆流变特性的相关性.最后对料浆稳定性进行讨论,并通过建立力学模型确定了混合骨料不沉降离析的临界粒径范围为13.8~21.6mm.试验结果表明:料浆屈服应力和表观黏度均随料浆质量分数的增大而增大;随着剪切速率的增大,料浆流变特性表现出不同的模型特性;料浆流变特性参数与骨料粒径级配的相关性随着特征粒径值的增大而增大.随着质量分数的提高,料浆屈服应力与骨料粒径级配相关性逐渐减弱,而表观黏度与之相反,质量分数和骨料粒径级配对料浆稳定性有很大影响.     

新拌充填料浆核磁共振特征研究

 为研究充填料浆早期水化过程中水的分布特征和演化规律,采用低场核磁共振技术（NMR）探讨新拌充填料浆中水的横向弛豫时间（T₂）分布和峰面积随水化时间的演化规律。结果表明,在充填料浆早期水化过程中,其T₂分布包括3 个峰。1 号峰为充填料浆中的吸附水产生的信号;2 号峰为固体颗粒之间的孔隙水产生的信号;3 号峰为充填料浆中自由水产生的信号。随着水化时间的增加,1 号峰的峰面积不断减小,表明充填料浆中水由吸附水转化成化学结合水和自由水;2 号峰的峰面积出现波动但总体稳定,说明孔隙水未发生明显变化;3 号峰的峰面积不断增加,反映了充填料浆的泌水现象。3 个峰的峰面积之和随水化时间不断降低,反映了充填料浆中吸附水转化成化学结合水的进程。     

超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能

针对全尾砂含泥质量分数较高、粒度低的特点,根据充填体作用机理,实验制备出以水淬渣为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料。利用X线(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行研究。研究结果表明：该新型充填料克服水泥全尾砂充填体强度低、充填砂浆黏度大以及成本高等技术难题,抗压强度R;28;=5.30 MPa是水泥胶结材料的4.7倍,满足矿山充填要求。所配制的充填料有良好的流动性,可以实现浆体自流输送。新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C—S—H凝胶。大量钙矾石在水化初期形成,是原材料具有较高早期强度的主要因素;钙矾石微观形貌特征为网状或针棒状结构,随着养护时间的增加,水化产物不断发育长大,孔隙逐渐被填充,浆体结构更加致密,具有良好的力学特性。     

TS和温度对污泥流变特性的影响

对污水厂的污泥进行流变特性分析,考察不同TS下污泥的极限黏度、屈服应力、触变性等流变特征指标的变化规律,并重点探讨TS和温度对污泥流变特性的影响。结果表明：当活性污泥TS为0.86%时,剪切速率从0增加到100s-1的过程中,污泥具有假塑性流体的特征,但随剪切速率的不断增大(100s-1到1000s-1时）,表现出胀塑性流体的特征,其流变特性可用Herschel-Bulkley模型来描述。屈服应力与TS的呈幂律关系;极限黏度和触变环面积与TS呈指数关系;污泥黏度和触变环面积随温度升高而呈现降低趋势,且低剪切速率对黏度这种趋势的影响更加显著。     

基于全尾砂充填体非线性本构模型的深井充填强度指标

目前矿山深井充填体强度指标是类比浅部充填经验来确定的,为改变这种不合理局面,根据某深井开采矿山全尾砂充填体单轴压缩实验的应力-应变关系曲线,建立了全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型.结合全尾砂充填体与深部围岩耦合作用下能量损耗相近的原则,得出了全尾砂充填体抗压强度设计公式.实例研究结果表明:建立的全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型与实验结果吻合;深部开采全尾砂充填体强度指标与围岩原岩应力、弹性模量以及充填体本身的力学性能有关,采用非线性本构模型确定的全尾砂充填体强度指标比采用线性本构模型确定的强度指标更精确.     

减水剂对全尾砂膏体屈服应力影响的时间效应

为了给计算长距离充填管道的阻力提供依据,对全尾砂膏体进行流变实验,研究加减水剂后全尾砂膏体屈服应力随时间的变化规律。研究结果表明：当膏体质量分数为80%、减水剂掺量为0.03%时,灰砂比(质量比)为1:4,1:6和1:10的膏体屈服应力比无减水剂的对照组分别降低49.3%,43.7%和37.4%,但随后有所上升。加入减水剂后,反应2 h时,灰砂比为1:4,1:6和1:10膏体的屈服应力分别比零时刻时的屈服应力增加了35.6%,15.2%和19.8%,但分别比对照组的低33.0%,28.0%和19.4%。灰砂比1:4、无减水剂时膏体屈服应力在反应2 h内仅增加6.3%。加减水剂后膏体屈服应力先降低后上升的原因是水化反应消耗了膏体中的自由水,减水剂的分散作用增大胶凝材料与水接触面积,加快水化反应和自由水的消耗,部分减水剂被水化产物覆盖而失去分散作用。建议根据膏体在管道内的输送时间,以加减水剂后膏体的长期屈服应力来计算管道阻力。     

尾砂膏体充填体在冲击载荷作用下的长期力学行为及特性

Cemented tailings backfill(CTB)structures are important components of underground mine stopes.It is important to investigate the characteristics and dynamic behavior of CTB materials because they are susceptible to disturbance by dynamic loading,such as excavation and blasting.In this study,the authors present the results of a series of Split-Hopkinson pressure bar(SHPB)single and cyclic impact loading tests on CTB specimens to investigate the long-term dynamic mechanical properties of CTB.The stress-strain relationship,dynamic strength,and dynamic failure characteristics of CTB specimens are analyzed and discussed to provide valuable conclusions that will improve our knowledge of CTB long-term mechanical behavior and characteristics.For instance,the dynamic peak stress under cyclic impact loading is approximately twice that under single impact loading,and the CTB specimens are less prone to fracture when cyclically loaded.These findings and conclusions can provide a new set of references for the stability analysis of CTB materials and help guide mine designers in reducing the amount of binding agents and the associated mining cost.     

基于羟丙基纤维素制备乙醇凝胶推进剂

传统的乙醇胶凝剂甲基纤维素(MC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)必须加入一定比例的水作为溶剂才能形成凝胶.为了制备高性能的乙醇凝胶绿色推进剂,采用羟丙基纤维素(HPC)作为无水胶凝剂,并对其制备的乙醇凝胶推进剂进行剪切测试、屈服应力测试、应变扫描和频率扫描等测试.结果表明,HPMC凝胶需加入质量分数为6％的水作为溶剂,其临界胶凝剂质量分数为10％;HPC凝胶不需要加水,其临界胶凝剂质量分数为8％.当胶凝剂质量分数为8％时,HPMC、HPC凝胶的屈服应力分别在2.5 Pa左右和24.8 Pa,HPC凝胶具有更大的屈服应力;同时HPC比HPMC具有更大的线性黏弹区域,临界应变更大.     

泡沫流体流变特性研究

按文题,在考虑壁面滑移速度条件下,理论上推导了泡沫流体在圆管中流动的流量和速度分布表达式。通过实验测定了滑移速度V_s,其与剪应力τ_w之间的关系可归纳为V_s=ατ_w~b。验证了流量方程的正确性。发现以十六烷基磺酸钠为发泡剂的泡沫流体符合Hersechel-Buckley本构方程,流变特性参数为τ_0=10.5[Pa],K=0.824[Pa·s~n]和n=0.54。     

铜尾矿流变特性与管道输送阻力计算

流变参数是管道输送系统设计的基础,采用RST-SST型软固体流变仪进行尾矿浆体流变特性试验,确定了不同固相质量分数下尾矿浆体的屈服应力、黏度系数.当浆体固相质量分数大于70%后,屈服应力会随着固相含量的增加而显著上升.对矿浆进行剪切变稀试验发现,屈服应力可下降40.9%.针对不同尾矿浆体开展标准坍落度试验,当固相质量分数小于74%时,尾矿浆具有良好的流动性及较大的坍落度.利用得到的尾矿浆体的流变特性参数,进行了临界流速、摩阻损失的计算,为尾矿管道输送系统设计提供参考.     

泡沫流变性研究现状及进展

通过对国内外献分析综述，总结了泡沫流变性研究中的实验及理论成果。介绍了泡沫流变性的研究方法，归纳并讨论了影响泡沫流变性的诸因素。