尾砂充填料浆流变性能模型与试验研究

以地下矿山尾砂充填料为研究对象,试验研究与理论分析相结合的方法,利用R/S+流变仪和岩石力学试验机对充填料浆的流变性能进行试验研究.引入Papanastasiou黏塑性流体模型来表征尾砂充填料浆的黏度和切应力变化过程.研究结果表明:该黏塑性流体模型预测的结果和试验结果相吻合,因此可用于理论分析计算;得到不同的压力增长指数下切应力-切变速率曲线;尾砂充填料浆的黏度和屈服应力随料浆质量分数的增加而增大;同一质量分数下,胶结尾砂的黏度和屈服应力比全尾砂大.通过对充填料浆流变性能的研究,为矿山充填设计提供了理论和实验依据.     

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。     

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.     

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。     

基于Fluent的充填料浆管道输送阻力模拟

 为了解高浓度浆体的流动特性, 结合流体动力学的理论和充填浆体的特点, 对充填浆体在不离析的条件下做流体质点、均质性和连续性的假设, 建立充填浆体管道输送的数学模型。结合某矿山工业试验的结果, 运用Fluent 软件对浆体管道输送进行了阻力数值模拟, 通过模拟与实测结果的对比可看出, 两者误差在5%左右, 得出了浆体流速与沿程阻力损失之间的关系方程, 进而运用此模型计算得到该浆体管输自流的速度区间1.82～2.23 m/s。利用数值模拟结果可以为充填系统管路的设计提供依据, 也可用来指导矿山的实际生产, 具有很好的实用价值和推广意义。     

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.     

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。     

尾砂胶结充填法在康家湾矿的应用

康家湾矿在试生产期间，用尾砂胶结充填法在大型水体下顺利采出了９０余万ｔ矿石，取得了很好的经济效益和社会效益．本文主要介绍该法的适用条件、结构参数、采准方法、回采作业、充填技术以及技术经济指标．     

粉煤灰浆体管道输送特性的研究

本文是对粉煤灰浆体管道输送特性的研究。通过试验验证了粉煤灰浆体属于宾汉塑性流体,并采用毛细管粘度计测出流变参数与浓度、温度的关系,对粉煤灰浆体的流态及流动特性进行了划分;并根据现有数据进行初步回归分析,得出阻力系数与综合雷诺数的关系。     

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.     

基于Fluent的分级尾砂料浆满管流输送技术

 针对某矿山分级尾砂充填料浆自由下落对管道产生严重磨损的现状,引入分级尾砂料浆满管流输送技术。基于Fluent软件,并结合运用工程流体力学和深井管道输送相关理论,对不同充填倍线条件下的分级尾砂料浆满管流输送的工作特性进行了数值分析。结果表明,满管流输送相对于自由下落系统可以大大降低料浆对管道的冲击磨损和管道所受的压力,且分级尾砂满管流输送系统的管道出口压力随充填倍线的增大而减小,系统总压力基本保持不变;管径的变化对充填料浆的水力坡度具有很大影响,变径管措施有助于深井充填中实现满管流输送;当充填倍线N=6.0时,该矿山分级尾砂在实现满管流输送的同时,弯管处压力损失达到最小值0.247 MPa。     

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。     

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DSR和RV的生物沥青结合料流变特性研究

探究了生物沥青的复数剪切模量、相位角、车辙因子和粘度随着不同温度、不同生物质重油掺量的变化而变化的情况.分析了根据粘温曲线确定生物沥青的拌合与压实温度存在的问题.研究表明,生物沥青的高温性能随着温度的增加及生物质重油掺量的增加而降低;在温度不大于135℃的范围内,随着生物质重油掺量的增加,生物沥青的粘度逐渐降低;生物沥青存在一定的老化现象;根据粘温曲线确定生物沥青拌合与压实温度的方法的适用性有待进一步研究.     

基于BP网络的某矿山充填料浆配比优化

针对目前某矿山残矿回采充填体质量所存在的问题,提出采用分级尾砂胶结充填的方案.分析分级尾砂的物化特性,得出分级尾砂作为充填骨料的可行性.通过配比试验,初步确定影响料浆质量的因素.为了得到最优配比,采用神经网络进行优化,以料浆浓度及各组分添加量作为输入因子,塌落度、7d抗压强度及28 d抗压强度作为输出因子,并以配比实验数据为训练和检验样本来建立BP神经网络预测模型.对比隐含层节点数对模型训练过程及预测精度的影响,选取最佳预测模型结构为4-9-3.将配比参数细化输入到预测模型中,从而搜索出优选样本,得到最优配比为所(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(尾砂)=1∶3∶8.优化结果表明:在保证强度的前提下,粉煤灰的添加可有效地降低充填成本,经济效益显著.     

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.     

煤浆浓度对油煤浆流变特性和表观黏度的影响

煤浆质量分数是影响油煤浆流变特性的主要因素之一。文中研究了煤浆质量分数对内蒙古胜利褐煤与液化起始溶剂和循环溶剂配制成的油煤浆的流变特性和表观黏度的影响。采用NXS-11A型旋转黏度计测量煤浆体系在30～70℃时在不同剪切速率下的剪切应力和表观黏度,绘制煤浆体系流变曲线和黏度曲线,分析了流变和黏度特性。结果表明:在实验条件下胜利褐煤起始溶剂油煤浆和循环溶剂油煤浆都符合宾汉流体的特征;油煤浆体系的塑性黏度、屈服应力和表观黏度都随煤浆质量分数的增大而增大,煤浆的表观黏度与煤浆质量分数之间呈指数增长型关系,当煤浆质量分数超过一定数值范围后,煤浆体系的表观黏度会急剧上升。     

粗磷尾矿胶结充填级配及料浆和易性规律研究

利用粗骨料进行高浓度胶结充填是矿业工程中的研究难点,也是前沿性研究课题。为高效利用粗磷尾矿以消除环境污染、土地占用以及采空区诱发的地质灾害等问题,以粗磷尾矿和粉煤灰为主要材料,首先通过SEM、ICP-MSICP-OES、XRD、激光粒度分析及其他标准测试手段对主要充填材料的物理特性、化学成分和矿物成分进行分析;然后利用Füller和Talbol最大密实度曲线理论对粗磷尾矿自然级配和不同破碎粒度磷尾矿级配进行研究;最后采用正交试验设计法及多元非线性回归法对充填料浆和易性规律进行研究。结果表明,粗磷尾矿和粉煤灰物理性能较差,但前者化学特性稳定,后者具有较强火山灰特性;-5 mm粒度破碎磷尾矿具有较优密实度;充填料浆坍落度均随胶砂比、质量浓度和水泥/粉煤灰增大而先增后减,其中胶砂比的影响程度最大;坍落扩散度均随胶砂比、水泥/粉煤灰增大而增大,随质量浓度增大而先增后减,其中质量浓度的影响程度最大;稠度均随胶砂比、质量浓度增大而减小,随水泥/粉煤灰增大而先增后减,其中质量浓度的影响程度最大,且坍落度、坍落扩散度和稠度与各因子之间存在显著非线性关系。     

固-液两相流充填管道输送冲蚀磨损数值研究

 为探究充填管道在输送过程中的冲蚀磨损机理, 基于工程流体力学理论及颗粒输送力学模型, 引入离散颗粒轨道模型、塑性冲蚀磨损模型, 对某矿山复杂充填管路条件下浆体特性对管道冲蚀磨损影响进行研究。结果表明, 浆体流速、黏度以及颗粒尺寸对管道冲蚀磨损影响显著, 颗粒形状影响较弱。高流速下, 弯管磨损最为严重, 直管段磨损较轻且分布较为均匀, 流速降低, 主要磨损部位偏向弯管出口部位;弯管部位最大磨损值在15°~30°以及60°~75°之间;此外, 粒径较小时, 磨损严重程度随粒径增加而增大, 粒径达到600 μm 后, 最大磨损值随粒径增加呈现下降趋势。     

基于熵权多属性决策的充填胶凝材料开发及料浆配比优化

针对金川矿山采用水泥胶凝材料充填成本较高的问题,以矿渣为主要原料开发低成本胶凝材料,在满足矿山要求的前提下,对料浆配比进行优化,以期降低充填成本.对试验材料进行物化分析及混合骨料粒径级配分析;采用正交试验、极差分析等方法进行新型胶凝材料配比优化试验,确定优化配比:熟料、脱硫石膏和矿渣微粉质量分数分别为8％、14％和78％,并利用XRD和SEM等方法探究新型胶凝材料的水化产物及其微观结构,揭示其水化机理;在此基础上进行充填料浆配比试验,并分别以7 d强度、28 d强度、坍落度、泌水率和充填成本为评判指标,基于多属性决策法进行料浆配比优化.结果表明:采用新型胶凝材料,废石和棒磨砂质量配比最优为7:3,胶砂比1:4,料浆质量分数80％,并以此配比进行验证试验,得到相应的7 d强度、28 d强度、坍落度和泌水率分别为4.36 MPa、6.62 MPa、26.8 cm和11.1％,均满足金川矿山要求,并且充填成本为139元/m3,较原来198元/m3的充填成本降低了29.8％.