全尾砂高浓度充填料浆的流变特性

全尾砂高浓度（膏状）充填料浆属于高粘塑性非牛顿流体．充填料浆中材料的配比选择、料浆浓度等因素，影响料浆在外加剪切力作用下的流变性质、管路输送中的稳定程度和阻力大小．通过对试验数据的分析，研究全尾砂高浓度（膏状）充填料浆的屈服应力、触变性、流动曲线、临界雷诺数、粘度系数和输送阻力等流变特性．为我国在金属矿山应用全尾砂高浓度充填技术提供参考．     

基于ANSYS/FLOTRAN的高浓度全尾砂胶结充填管道输送数值模拟研究

高浓度全尾砂自流输送在金属矿山的应用日趋广泛。通过对某铁矿高浓度全尾砂胶结充填管道输送进行数值模拟研究,确定高浓度全尾砂料浆相关物理参数,构建适合高浓度全尾砂胶结充填料浆管道输送的数值模型。利用ANSYS/FLOTRAN模拟高浓度全尾砂料浆在充填管道内流动的动态特征,并将模拟结果与理论计算进行对比分析,同时进行料浆输送过程的数值解算,分析结果显示：（1）料浆浓度在68%~78%范围内以1.5,2.0,2.5 m/s进口流速完全能实现自流输送;（2）模拟结果与理论计算对比分析得出二者阻力损失相对比较一致;（3）随着料浆进口流速的增大,料浆浓度对弯管处的冲击影响越不明显。研究表明该数值模型建立合理,研究结果对高浓度全尾砂胶结充填管道自流输送试验和实践提供了一定的指导与借鉴。     

某金矿全尾砂高浓度充填流变特性与微观结构的分析

以小东沟金矿全尾砂为研究对象,开展了充填料浆流变性质研究,采用Brookfield RSR-SST流变仪准确测定其流变参数。实验结果表明,该矿全尾砂充填料浆流变曲线符合H-B流变模型,随着全尾砂浓度的增加,屈服应力呈典型的指数函数关系,当其浓度超过72%时,屈服应力和塑性黏度明显增大。通过对不同浓度、不同灰砂比的全尾砂进行3、7、14 d单轴抗压强度测试,获得充填体强度与充填材料配比参数的关系。通过SEM扫描电镜对充填体内部水化产物微观结构分析,得到充填体内部水化产物随灰砂比提高的演化规律,为小东沟金矿实现全尾砂高浓度充填提供理论依据。     

金川全尾砂膏体物料流变特性的研究

金川公司是中国较早试验研究和生产应用管道输送胶结充填料浆进行井下充填的企业,1975年进行浆体管道输送试验时发现了高浓度料浆的管道输送特性,而后设计和建立了高浓度料浆的管道重力输送充填生产系统,20世纪80年代末期又开始试验研究新一代高浓度充填工艺－全尾砂膏体泵送系统,该项研究对多种物料组分的全尾砂膏体料浆进行了管流特性和流变特性的测试与研究,为膏体泵送系统的设计提供了可靠的依据,经过10多年的努力,现已建成尾砂膏体泵送系统,本重点介绍全尾砂膏体物料流变特性的检测方法,试验内容和取得的初步成果。     

全尾砂膏体充填配比优化正交试验

某新建矿山计划采用全尾砂膏体嗣后充填采矿法进行地下开采。为了提供经济合理、满足强度要求且有利于管道输送的全尾砂膏体充填最优配比方案,以料浆流动性能和充填体强度性能为考察指标进行正交组合配比试验。运用MATLAB软件对试验数据进行极差分析和多元线性回归分析,获得了灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响的敏感性以及各力学参数预测模型。结果表明：（1）料浆质量浓度对塌落度的影响起主要作用,灰砂比次之;（2）充填体强度的敏感性随着灰砂比和料浆浓度的增加而增强,充填体强度对灰砂比更敏感,而对料浆浓度的敏感性较弱;（3）确定了全尾砂膏体最优配比：水泥用量为13%,充填料浆质量浓度为77%,此时全尾砂、水泥和水的用量分别占制备全尾砂膏体质量的68.14%、8.86%和23.00%。在该配比条件下,经28 d养护龄期后的抗压强度为2.6279 MPa、弹性模量为205.2 MPa、塌落度为23.7 cm,以较少的水泥用量满足了矿山充填强度指标和自流输送要求。     

基于高浓度细粒级尾砂超声波活化的稳态放砂技术试验研究

尾砂浓密是矿山充填工艺的重要环节，其主要借助砂仓来实现。然而在应用过程中，砂仓底部极易出现尾砂积料板结、挂壁的问题。为改善尾砂流动性，实现稳态放砂，提高矿山充填能力，开展了超声波作用下高浓度细尾砂料浆的流变特性、浓密均匀性及放砂稳定性的试验研究，研究结果有助于指导矿山应用。     

废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型

针对废石全尾砂高浓度充填料浆管输易堵管及充填体分层的问题，开展减水剂、搅拌参数等对料浆均质性影响的试验及料浆均质化定量表征的研究。首先基于泌水?坍落度试验确定了聚羧酸系(PC)减水剂及其掺量区间，获得了PC作用下的料浆流变参数及充填体强度的变化规律。其次，通过图像处理技术分析搅拌料浆表面特征，明确了PC作用下搅拌时长及废尾比(废石与尾矿质量比)对料浆均质化的影响规律。最后，构建了废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型。结果表明，PC作用能够降低料浆的屈服应力与塑性黏度系数，改善料浆流动性。合理掺量可以提升充填体的早期强度，但对28 d强度有削弱。料浆表面图像信息熵越高、黑色像素点占比越小，料浆均质化程度越高，且均质化程度随搅拌时长、废尾比的增大呈先增大后减小趋势。当PC的质量分数为0.26%~0.5%时，料浆均质化程度高，PC质量分数为0.5%时料浆屈服应力和塑性黏度达到最小值，分别为202.25 Pa和0.79 Pa·s。      

基于宾汉姆体的高浓度尾砂浆剪切变稀规律研究

高浓度尾砂浆的活化搅拌一直是矿山充填技术研究的重要方向,采用高速搅拌活化充填料浆是破坏充填料浆“团块”的有效办法,能够明显改善充填料浆的流变特性,提高其可输送性。高速搅拌过程的实质是对充填料浆进行快速剪切,不同的搅拌能对应不同的剪切速率,料浆的物化性质也相应地存在差异。为研究这种差异的规律并寻找高浓度尾砂浆的最佳活化能,针对某铜矿充填用尾砂,配制了浓度为70%的尾砂浆,采用新诺AM300S-H实验室搅拌机对尾矿浆开展了多种转速的搅拌实验,并采用Broofield R/S-CCT型流变仪分别测试其流变参数,通过Bingham模型分析了剪切变稀特性。研究结果表明：高浓度尾矿浆的黏度（ηb）和屈服应力（τ0）随搅拌速率（n）的增加而减小,表现出明显的剪切变稀特性,当转速达到400 r/min之后,尾砂浆的屈服应力不再明显减小,有趋于稳定的特性;在转速为120~1 000 r/min的范围内,其黏度与剪切转速之间的关系可用ηb=0.3n-0.1表示。     

基于分形理论和BP神经网络的充填料性能研究

为研究全尾砂粒径级配特征对充填料性能的影响,提出以分维数和分维数相关系数表征全尾砂的几何特征,并选取灰砂配比、料浆浓度、分维数和分维数相关系数作为BP神经网络输入因子,抗压强度、坍落度和泌水率作为输出因子,建立了充填性能预测的分形-BP神经网络模型。对7个矿山实测数据展开分维数和分维数相关系数计算,并采用BP神经网络进行训练和预测。结果表明：（1）尾砂越细,则粒径级配分维数越大,孔隙分维数就越小,且全尾砂的分维数稍大于分级尾砂的分维数;（2）全尾砂的相关系数在0.71~0.97之间,较分级尾砂离散;（3）分形-BP神经网络模型对充填料性能指标预测的相对误差在8%以内。综上可知：分形理论-BP神经网络相结合的充填性能预测模型具有较好的精度,为充填料性能预测提供了一种新途径。     

永平铜矿全尾结构流体胶结充填参数优选研究

为了解决永平铜矿现有充填系统存在的问题,减少尾矿排放,降低尾矿库安全风险,开展全尾砂结构流体胶结充填实验室试验,确定充填参数。试验测定了全尾砂物理化学性质、充填料浆配比试验、全尾砂料浆流动性能试验和实验室L管自流输送试验,计算和分析了流变参数、沿程输送阻力及充填备线等充填参数。研究结果表明,全尾砂性质满足结构流体胶结充填自流输送的工艺要求,应用此工艺技术上可行。     

基于微型塌落筒实验的充填料浆屈服应力表征

充填料浆的管道输送是充填采矿法的一个重要环节，而充填料浆的流变参数是评价充填料浆管输特性的重要指标，目前主要采用流变仪进行测定，但矿山现场通常不具备流变实验条件，主要通过塌落度实验来评价充填料浆的流动性能。本文采用微型塌落筒进行不同质量分数、灰砂比的充填料浆塌落度实验，建立微型塌落筒扩展度与屈服应力之间的解析模型，根据料浆停止流动后的形态得到简化计算模型，基于简化模型理论计算料浆的屈服应力，并将理论值与流变仪测试同等配比条件下得到的屈服应力实验值进行对比分析，同时通过双因素方差分析研究了不同质量分数、灰砂比对充填料浆扩展度的影响规律。结果表明，扩展度主要受质量分数的影响，灰砂比对其影响不显著，充填料浆的屈服应力随质量分数的增大而增大。在质量分数较低时，理论值与实验值的相对误差范围较大，二者的相对误差在25%以内，平均误差为16.79%；随着质量分数增大，误差逐渐减小至15%以内，平均误差为8.81%。综合考虑质量分数的影响，提出基于质量分数的修正系数，修正后的屈服应力理论值与实验值的相对误差降至10%以内，平均误差为3.54%。本研究微型塌落筒实验较传统塌落度实验不仅节省实验用料和劳动强度，还可有效表征料浆屈服应力，对于矿山充填料的流动性能评价具有实际指导意义。      

全尾砂高浓度胶结充填的环管试验

为探明全尾砂高浓度充填料浆的灰砂比、浓度和流速对管道阻力的影响规律，预测工业充填管道阻力，开展中试规模环管试验。根据管壁切应力与剪切速率关系建立管道阻力预测模型，利用灰关联法分析各因素对管道阻力的影响强弱，通过线性回归获取料浆流变参数。结果表明，管道阻力对料浆浓度的变化最为敏感，随浓度增加成二次函数增长。料浆流速对管道阻力的影响仅次于浓度，层流输送时管道阻力随流速增加成线性增长。灰砂比对管道阻力的影响有双重性，灰砂质量比小于1∶8时胶凝材料的黏结作用占主导并增加管道阻力，反之胶凝材料的润滑作用占主导并降低管道阻力。环管试验得到的料浆流变参数明显小于流变仪测试结果且更接近工程实际，管道阻力预测模型的误差小于10%。      

全尾砂胶结充填在某白钨矿山的应用

为防止或限制某白钨矿山采空区大面积塌方和地表沉陷,矿山对采空区进行了全尾砂胶结充填。该矿山根据尾砂粒级组成和胶结充填材料强度的试验结果,设计了全尾砂胶结充填系统的工艺流程,采用立式砂仓对低浓度全尾砂浆进行沉淀脱水形成高浓度全尾砂浆,将高浓度全尾砂浆、散装水泥及适量调浓水混合连续搅拌均匀后制备成充填料浆,经充填钻孔及井下充填管路自流或者加压输送至采场空区进行充填,并解决了一些胶结充填过程中的具体问题。     

全尾砂旋流器分级试验研究

为解决夏甸金矿分级尾砂胶结充填系统分级尾砂供应不足、采场采充失调的问题,开展了全尾砂旋流器分级试验研究。根据矿山全尾砂产率、井下充填分级尾砂需求量,确定出满足充填需求的分级尾砂最低产率。设定不同的工作压力及沉砂管管径进行全尾砂旋流器分级试验,根据分级尾砂最低产率确定出旋流器工作压力及沉砂嘴管径。根据试验结果对矿山充填系统旋流器组进行了选型改造,实现了夏甸金矿采充作业的持续平衡。     

基于正交试验的细尾砂—分级尾砂充填体强度研究

为解决某矿山细尾砂充填体流动性差、强度低的问题,通过正交试验和胶结充填试验,探究尾砂料浆浓度、胶凝材料掺量、外加剂掺量和细尾砂掺加比例对充填体强度的影响,得出了各因素影响充填体强度的重要性顺序.通过多元回归分析确定推荐配比参数,并结合试验结果和SEM分析,对充填体微观结构进行进一步的探究.结果表明:各因素影响充填体强度...     

基于Buckingham方程的大倍线充填料浆输送优化与应用

大倍线充填料浆管道输送困难及输送浓度偏低等问题是影响矿山充填效益的关键因素,如何低成本实现大倍线高浓度充填料浆的输送,是充填管道输送研究的重要课题。基于宾汉流体(B-H)的Buckingham方程,开展高浓度尾砂浆大倍线自流输送管道优化研究,结合安庆铜矿马头山矿段充填浓度低和输送倍线大的实际情况,采用分段计算、局部优化的方式,以较低的成本实现了安庆铜矿马头山矿段充填管线的优化工作,通过优化改造,输送效果得到明显改善,充填浓度提高了2%,为矿山创造了良好的综合效益。     

分级细尾砂胶结充填体早期水化放热及强度演化特性

对分级细尾砂胶结充填体的早期水化反应及力学演化特性进行研究,对不同灰砂比充填体料浆进行水化放热及电阻特性测试,并根据扫描电子显微镜对早期水化产物进行微观形貌特征分析,最后在单轴压缩力学试验结果的基础上,分析早期水化反应进程及产物对充填体强度演化的影响。研究表明,灰砂比越大,水化放热速率及放热量越大,生成水化产物越多,体积电阻率越大。同时水化反应速率直接决定了充填体自身强度形成的快慢,生成的Ca(OH)₂减小了料浆体积电阻率,加快充填体自身强度的增长;随后生成的钙矾石（Aft）导致颗粒间孔隙更加致密,抑制了离子的溶解,减缓放出热量速率,从而阻碍了充填体强度的增长;当水化反应进行14 d基本结束后,充填材料凝结固化成为一个整体,强度基本稳定。充填体强度的变化呈现先迅速增加随后增加趋势逐渐减小直至稳定的趋势,为矿山采用分级细尾砂进行井下采空区充填、控制深部采场温度提供理论支撑及科学指导。      

铅锌冶炼渣充填胶凝材料研究及应用

为充分利用广东某铅锌矿大宗固体废弃物与尾矿,研发了基于铅锌冶炼渣的充填胶凝材料。通过机械活化试验研究,确定铅锌冶炼渣研磨时间为70 min。通过化学活化试验研究,确定原料组成为冶炼渣、水泥熟料、硅酸钠和石膏。其中,冶炼渣与水泥熟料的质量比为8∶2,硅酸钠掺量为3%,石膏掺量为8%。该胶凝材料与分级尾砂制备的充填料浆浓度为75%且灰砂比为1∶6时,3 d强度达2.68 MPa,28 d强度达3.97 MPa,均优于相同浓度条件下以P.O42.5水泥作为胶凝材料且灰砂比为1∶4时的充填体强度。扩散度试验表明,该类型胶凝材料制备的充填料浆流动性能好,能够满足该矿山的自流输送条件。SEM测试分析结果表明,以该类型胶凝材料制备的充填试块内部早期生成了大量的钙矾石,后期生成了大量的水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,结构较致密。     

浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理

针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限,且屈服应力增大,流动性降低等问题,研究了絮凝剂?浓密增效剂共同作用,进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度,降低料浆屈服应力,并从微观角度进行机理分析. 结果表明:通过沉降与流变试验发现,最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂,固相质量分数可提高8.57%～10.13%,同时屈服应力降低6.68～12.85 Pa;多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本,还可以提高膏体充填材料的抗压强度;灰砂质量比1∶12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28 d抗压强度为2.5 MPa,与灰砂质量比1∶6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度相差小于20%;通过总有机碳（TOC）吸附试验与Zeta电位试验发现,浓密增效剂具有吸附与分散的作用,会打开絮凝结构,释放絮团间水,从而提高尾砂浓度,并改善尾砂颗粒的流动性.