减水剂在似膏体胶结充填中的应用

新汶矿业集团孙村煤矿煤矸石似膏体充填试验结果表明,添加减水剂后充填料浆的坍落度、坍落扩散度和稠度显著提高。减水效果:可以在料浆浓度不变的条件下,显著提高其流动性或在保持其流动性不变的情况下,大量减少其用水量,从而提高充填浆体质量浓度和充填体强度。减水剂按胶凝材料(水泥和粉煤灰)质量的1.0%~1.5%添加为宜。     

减水剂在膏体充填管道输送的研究分析

矿山充填过程中,单一料浆输送往往面临沿程阻力过大,管路堵管爆裂问题,为解决这一技术难题,一些活化剂开始应用到充填试验和矿山现场。在满足充填体强度前提下,通过不添加和添加不同比例减水剂可以改善料浆膏体流变特性,在0.8%时料浆发生离析现象,试验数据分析认为添加量0.5%时为曲线拐点,此时料浆表现较好效果;通过多元线性回归分析,料浆流动性与减水剂添加量存在线性相关,可以通过屈服应力和塑性粘度两参数的变化趋势分析流变性能进行设计及推测;微观上对料浆之间颗粒电位进行了分析论证,得出减水剂的添加对料浆电位是有很大影响的,其电位排斥效果是明显的;分析了减水剂随时间推移的分散-饱和-分散作用,初期表现出促进作用,而后表现出变弱趋势,随着水化作用进行,料浆流动性进一步加大,符合试验结论,可以应用到工业充填中。     

减水剂在充填料浆中的作用机理及应用研究

提高充填料浆的输送浓度是提高充填体质量、降低充填成本的有效途径之一。为此，开展了减水剂在充填料浆中的作用机理研究并在金川矿山进行了试验与应用，结果表明：在充填料浆中添加高效减水剂可以大大提高充填料浆的输送浓度，并显著改善高浓度充填料浆管道输送性能，减水效率可达15％，充填体强度增大25％～46％，并且可以进一步降低充填材料成本，节省排水排泥费用。     

膏体充填料浆管道自流输送分析及管线布置

自流充填具有充填效率高、工艺流程简单等优势,但膏体充填料浆由于浓度高,管道输送阻力大,易发生堵管等输送风险,因此,膏体充填料浆自流充填难度大。为了使膏体充填料浆实现安全可靠的自流充填,简化充填工艺流程,节约充填成本,本文以探究膏体料浆自流充填的可行性、确定膏体充填料浆自流充填条件为研究目标,通过试验确定合理的充填工艺参数,从而制备了均质性较好的膏体充填料浆,计算了膏体充填料浆在管道输送中的阻力,论证了膏体充填料浆自流输送的可行性,确定了膏体自流充填最大允许倍线。并根据膏体充填料浆的基本参数,结合膏体料浆管道输送的特性及井下实际生产情况,优化了充填管道布置。经生产实践验证,膏体充填料浆的自流充填能力由原先的50m~3/h提高到了110m~3/h,且生产运行过程中,膏体充填料浆管道输送系统稳定可靠,料浆管道输送流畅,能够满足膏体充填料浆自流输送需求,极大提高了充填效率,简化了充填工艺流程。     

泵送剂对膏体料浆管道输送的影响

膏体泵送系统沿程阻力大,常造成管路爆裂、接头泄漏等事故,严重制约着膏体充填技术的进步与发展。以流变性能极差的某铜矿膏体料浆为例,在满足充填强度和泵送要求的前提下,通过添加泵送剂改善膏体的流变特性,与不添加泵送剂作对比实验,分析了时间对添加泵送剂后料浆流变特性的影响。实验表明,该铜矿全尾砂膏体符合宾汉体特征,添加泵送剂减小了浓度对流动性能的影响,在满足输送条件下,可使流变性能极差的膏体料浆浓度提高到78%。结合理论分析,探讨了充填料浆在添加泵送剂条件下的减阻作用及长时间作用下膏体坍落度损失机理,认为泵送剂可以有效应用于膏体料浆管道输送减阻、降低管道磨损,且负面影响很小。     

一种早强减水剂在矿山胶结充填中的试验研究

为了降低矿山充填成本,提高充填体早期强度和改善充填料浆流动性,研制开发了一种早强减水剂。利用某矿山尾砂进行充填料浆强度配比试验及坍落度试验,试验结果表明:在充填料浆中添加早强减水剂后,不同灰砂比的充填料浆坍落度可增加1.5~8.5cm,试块的3d强度均在2MPa以上、7d强度均在4 MPa以上,与未添加早强减水剂的试块相比,试块的早期强度提高1倍以上,证明研制的早强减水剂能显著改善流动性,较大幅度提高早期强度。     

安庆铜矿高浓度充填料浆减阻试验

在矿山充填系统中,通过添加减水剂可以改变充填料浆流变特性,改善其在管道输送中的流动性能,是地下矿山实现高浓度大倍线自流充填的有效途径。针对安庆铜矿马头山矿段充填倍线大无法实现高浓度自流输送开展充填料浆减阻试验。结果表明,在高浓度料浆中添加减水剂能够有效改善充填料浆的流动性,扩散直径提高10%~30%,流动过程中的黏聚力大幅降低,降低10~30 Pa。     

减水剂对充填料浆流动性能的影响分析

本文针对萘系减水剂和BF高效减水剂这两类矿山常用减水剂,通过分析减水剂添加方式与种类对料浆流变性能的影响,研究了减水剂在充填料浆流动过程中的作用。试验结果表明采用后掺法添加减水剂配得的料浆流动性相对较好,添加减水剂后的分级尾砂料浆流动性显著提高,相同条件下,料浆屈服应力与表观黏度均有所下降。相比于BF高效减水剂,萘系减水剂对于某铜矿充填料浆的作用效果明显,更有利改善料浆的流动性能。     

减水剂类型对细尾砂充填料浆流动性及强度的影响

采用聚羧酸、三聚氰胺以及萘系三种类型的减水剂，开展了减水剂在不同掺量下细尾砂充填料浆流动度、流变及强度试验，研究了减水剂类型和掺量对充填料浆流动度、屈服应力、塑性粘度、表观粘度、触变性及充填体强度的影响规律。研究表明:减水剂的掺入可以显著提高料浆流动度，降低屈服应力和表观粘度。减水剂对料浆塑性粘度的影响相对较小。此外，料浆触变性随减水剂掺量的增加呈现出先增强后减弱的变化趋势。相比三聚氰胺、萘系减水剂，聚羧酸减水剂对料浆流动性能的改善效果更优。一定充填浓度下，减水剂的掺入会降低充填体早期强度，但对充填体中后期强度影响较小，甚至略有提高。     

武里蒂卡金矿膏体充填料输送性能试验研究

膏体充填以其高浓度、无脱水、低水泥耗量等优势而广受国内外地下矿山的推崇,但同时也存在膏体输送管道阻力大、管道易堵塞的问题,为给矿山膏体输送系统提供设计依据,开展膏体充填料浆输送性能试验研究就显得十分必要。哥伦比亚武里蒂卡金矿拟采用全尾砂膏体充填,全尾砂膏体充填需求量60 m3/h～100 m3/h。本文通过坍落度试验研究分析充填料浆和易性并初步确定膏体态充填料浆的浓度范围,约为68%~70%。以此为基础,利用流变仪测试充填料浆的屈服剪切应力与黏性系数,计算得出管道单位长度充填料浆流动阻力,并结合矿山膏体输送条件,确定了武里蒂卡金矿的膏体输送参数。研究表明,充填料浆浓度宜选定66%~68%,推荐井下充填管道内径150 mm,相应膏体输送阻力2.69~5.74 kPa/m,采用10 MPa膏体输送泵可将充填料浆水平输送1.7~3.7 km,能够很好地满足矿山充填系统膏体输送的需求。膏体充填料浆输送性能参数及其确定方法可为类似地下矿山充填系统建设提供参考与借鉴。     

尾砂作骨料的似膏体料浆流变特性实验研究

在流变特性实验的基础上，对尾砂作骨料的似膏体充填料浆的流变模型和流态进行了研究。结果表明，尾砂作骨料的似膏体充填料浆的流变模型近似于宾汉塑性体，料浆在管路输送中呈层流流态。通过分析，提出了在本实验条件下充填料浆的合适浓度和溢流层砂添加比例。这为类似条件下的似膏体充填管路输送参数设计提供了理论依据。     

西藏甲玛铜矿全尾砂膏体充填料浆流变特性研究

西藏甲玛铜矿膏体充填料浆输送流量大,要求充填料浆具有良好的输送性能。通过对甲玛铜矿尾砂物化性质的研究以及对膏体充填料浆流变性能的测定,揭示了灰砂比、粉煤灰添加量、质量浓度3个因素对料浆流变性能的影响。得出实验结论:尾砂的密度为2.43 t/m3、松散容重为16.24 k N/m3、密实容重为19.43 k N/m3;尾砂粒度级配良好、化学性质稳定、沉降特性良好。在灰砂比、粉煤灰添加量、质量浓度3因素中,质量浓度为影响膏体充填料浆流变性能的主要因素。膏体充填料浆的屈服应力和黏度随质量浓度的增加而急剧上升,随灰砂比的增加而缓慢上升,受粉煤灰添加量的影响较小。     

硫化钠对某铅锌矿充填膏体凝结性能的影响

某铅锌矿全尾砂膏体充填料浆水化凝结迟缓,严重影响充填作业进程;同时粗骨料充填浆体容易出现骨料下沉而导致的浆体离析现象,严重影响充填浆体的质量。通过建立骨料在浆体中的力学模型,研究硫化钠掺入某铅锌矿全尾砂膏体料浆后对其水化凝结性能的影响。先将硝酸锌按照不同的比例掺入全尾砂膏体混合料浆,经过试验发现全尾砂中的锌离子对料浆的凝结起到了延缓作用。在此基础上,通过掺入不同比例的硫化钠配制膏体料浆,观察到硫化钠对料浆具有促凝的效果,并且随着硫化钠添加量的增加,膏体料浆初凝时间近似地呈线性递减规律。同样硫化钠的加入增加了膏体凝结后试块的7、14、28 d强度,得到膏体凝结试块最大强度下硫化钠的添加量范围为1%～1.5%。分析得出：硫化钠中的硫离子结合了料浆中大量的锌离子形成硫化锌沉淀,硫离子水解创造的碱性料浆环境共同促进了膏体的水化和凝结进程。     

减水剂对磷尾矿胶结充填料浆输送流动性能影响研究

采用贵州某磷尾矿为骨料、粉煤灰和水泥为胶凝材料,制备了胶结充填料浆。采用扩展度法、流动度法及L型管法研究了聚羧酸系和萘系减水剂对磷尾矿充填料浆流动性能的影响。结果表明,聚羧酸系减水剂添加量为1.2%时对充填料浆流动性能的改变较大,萘系减水剂添加量为8%时料浆流动性可达到较好的效果;二者相比,聚羧酸系减水剂优于萘系减水剂。同时聚羧酸系减水剂对磷尾矿充填料浆具有较强的分散作用,能改变水泥絮凝结构,提高充填料浆的流动性能。     

减水剂对尾砂充填材料综合性能影响的试验研究

上向分层进路充填采矿法是焦家金矿的主力方法,为提高尾砂的利用率和充填体的早期强度,该矿尝试将充填体的浓度提高,由目前的68%提高到71.5%。将浓度提高到71.5%之后发现充填料浆的流动性明显下降,不再满足自流输送的需求。因此本次实验主要研究在充填料浆中加入减水剂后对高浓度料浆流动特性的改善情况,同时测试减水剂对充填材料的其他性能是否有影响。本次研究采用敞口容器、Marsh筒法、圆锥截膜法、单轴抗压强度试验等对加入减水剂前后充填材料的沉降速率及泌水率、流动性、凝结时间、抗压强度进行测定,发现在加入萘系减水剂之后,明显提高了充填料浆的流动性,同时泌水率有所增加但增幅较小,凝结时间相应缩短;此外随着减水剂的加入,略微增高了尾砂充填体的强度,随着龄期的增长,减水剂对强度的增加作用越明显,相比不掺减水剂的分级尾砂充填体,3d强度提高了10.8%,28d强度增长了29.6%。结果表明加入减水剂后的充填料浆满足焦家金矿的自流充填工艺,这为充填料浆的自流输送提供了强有力的理论和工程依据。     

减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成分散程度的影响试验

针对减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成的分散程度进行试验研究。试验中选择五种粉状组成(水泥、矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉和尾砂粉)和四种减水剂(聚羧酸系、萘系、氨基系和脂肪族系)作为研究对象,采用浆体流动度试验测定五种粉状组成的浆体流动度分别随四种减水剂掺量增加的变化规律。试验结果表明,对于水泥、矿渣粉和粉煤灰浆体,聚羧酸系高效减水剂是分散效果最好的减水剂;对于石灰石粉和尾砂粉浆体,脂肪族高效减水剂是分散效果最好的减水剂。由于脂肪族高效减水剂的单价约为聚羧酸系高效减水剂单价的1/4,因此,脂肪族高效减水剂将是制备全尾砂胶结膏体充填材料性价比最高的减水剂。     

减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成分散程度的试验研究

针对减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成的分散程度进行了试验研究,试验中选择了五种粉状组成（水泥、矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉和尾砂粉）和四种减水剂（聚羧酸系、萘系、氨基系和脂肪族系）作为研究对象,采用浆体流动度试验测定了五种粉状组成的浆体流动度分别随四种减水剂掺量增加的变化规律。试验结果表明：对于水泥、矿渣粉和粉煤灰浆体,聚羧酸系高效减水剂是分散效果最好的减水剂;对于石灰石粉和尾砂粉浆体,脂肪族高效减水剂是分散效果最好的减水剂。由于脂肪族高效减水剂的单价约为聚羧酸系高效减水剂单价的1/4,结论是脂肪族高效减水剂将是制备全尾砂胶结膏体充填材料的性价比最高的减水剂。     

絮凝剂和减水剂对尾砂浓密性能与充填体强度的影响

为提高溢流尾砂胶结充填效果,对溢流尾砂开展了添加和未添加减水剂沉降试验、湿堆密度测试、胶结料浆流变参数与抗压强度测试、胶结充填体总空隙率和微观结构测试,探究了絮凝剂与减水剂对溢流尾砂浓密性能和充填体强度的作用机理。研究表明：絮凝剂与减水剂具有“协同效应”,可提高尾砂浓密底流浓度,但效果与减水剂添加顺序和添加量相关。添加絮凝剂与减水剂使溢流尾砂湿堆密度增大,由0.559提高至0.591。絮凝剂添加使胶结充填体总空隙率与结构缺陷增加,造成充填体抗压强度降低;而含絮凝剂与减水剂的胶结充填体总空隙率降低,结构更致密,充填体抗压强度得到提高。尾砂浓密阶段添加减水剂可降低后续胶凝材料用量。相关研究成果可为优化尾砂高浓度胶结充填工艺提供借鉴。     

不同减水剂对某矿高浓度充填料浆输送性能影响研究

本文采用聚羧酸减水剂、萘系减水剂和三聚氰胺减水剂，通过实验分析不同减水剂及添加量对充填料浆塌落度及扩展度的影响，将测得的塌落度值与Murate模型理论相结合，计算料浆屈服应力。结果表明：当加入0.05%的聚羧酸减水剂，料浆的屈服应力从接近400 Pa降为小于60 Pa，有利于管道输送，继续增加聚羧酸减水剂为0.2%时，料浆开始发生离析；加入萘系减水剂的料浆，当添加量为0.5%时，料浆的屈服应力小于60 Pa，流动性达到最优，继续加入萘系减水剂对充填体强度带来负面影响。加入三聚氰胺减水剂的充填料浆，减水剂的最优添加量为0.5%，小于0.5%时，无法满足自流输送的要求，大于0.5%时，将影响高质量料浆的形成。综合三者的屈服应力及经济成本分析，聚羧酸减水剂的使用效果要优于萘系减水剂及三聚氰胺减水剂，更有利于改善料浆的流动性。     

全尾砂胶结充填系统的膏体充填改造及应用

针对某铁矿阶段空场嗣后充填采矿法采场充填倍线大、二步矿房充填体塌冒严重、矿石损失贫化突出等生产难题,开展了提高充填体强度的现场试验研究。通过添加适量粗骨料优化全尾充填材料配比,将充填料浆输送方式由自流改为泵送,在原有全尾砂胶结充填系统基础上实现了膏体充填系统改造。工程实践结果表明,新系统将充填料浆浓度由50%～55%提高到70%～75%,使充填体强度大幅提高,满足了安全和低分损采矿生产的要求。