似膏体粘弹塑性流变模型与流变方程研究

以浆体流变力学，粘弹性力学为基础，通过对似膏体充填料浆的微观结构分析。建立了其广义粘弹塑性流变模型。推导出流变方程的一般表达式；通过稳态和动态剪切条件下流变特性和流变参数的测试，得出了似膏体充填料浆的流变方程，研究结果为浆体输送的管路设计，阻力计算和参数优化等提供了理论依据。也为似膏体和其它高浓度（质量分数）浆体输送的管道损坏，机理以及解决措施的研究提供了新思路和新方法。     

废石尾砂混合料浆充填启动方式与管输阻力

针对金川矿山充填法采矿,研究了废石尾砂混合充填料浆配比设计与充填工艺,解决混合粗骨料料浆充填在启动阶段存在的沉淀离析难题,为废弃物在充填采矿中应用奠定基础.分别进行细砂引流、分级尾砂引流和直接放流三种启动方式的工业试验以及管道输送阻力损失试验.结果表明,直接放流启动方式可用于混合粗骨料充填料浆在起始阶段的管道输送.根据混合粗骨料的料浆管输阻力试验,建立充填料浆管道输送阻力与管径、料浆流速和料浆浓度的关系,确定废石与尾砂配合质量比为6∶4的混合粗骨料料浆可输送上限浓度为78%.在此条件下,混合粗骨料料浆管输阻力最小.     

废石-尾砂高浓度料浆的流变特性及输送参数优化

料浆的流变特性是实现料浆管道输送的基础,影响着管路设计与阻力计算等技术问题.废石-尾砂料浆的水灰比或骨料性质都不同于混凝土及全尾砂浆,料浆结构更加复杂,确定最佳管输料浆组合变得更加困难.通过对某矿山废石和尾砂的级配分析,选用废石和尾砂优化后的配合比(6∶4,7∶3,8∶2)制成高浓度料浆进行流变实验,首先回归流变曲线获取流变参数,其次应用灰色关联理论对屈服应力及粘度的影响因素进行排序与分析,最后应用Deport Expert软件确定优化后的料浆组合.结果表明水泥添加量和质量浓度是屈服应力的决定因素;废石-尾砂比是粘度的主要影响因素,水泥量、质量浓度次之;料浆的优化组合为废尾比取1.40,质量浓度取82%,水泥添加量取275.29 kg/m3.此研究为矿山自流充填管道输送提供了理论依据.     

全尾砂似膏体管输水力坡度计算模型研究

为了解决全尾砂似膏体管道输送的水力计算问题,利用Bingham流变模型分析全尾砂似膏体管道输送过程的流变特性,通过FLUENT流体分析软件三维模拟浆体管输过程,得到不同质量分数下浆体的流变参数,并采用MATLAB软件回归得到流变参数与浆体质量分数的关系式,进而推出基于管道内径、平均流速和浆体质量分数的全尾砂似膏体水力坡度计算新模型.结果表明:水力坡度与管道内径成反比,与充填料浆的平均流速成正比,且在管径和流速可调的前提下,水力坡度的大小取决于似膏体的流变参数.环管实验表明新模型的平均误差在6%左右.     

大红山铜矿粗骨料充填料浆的高浓度判定

高浓度充填是目前主要的充填方式,粗骨料高浓度充填料浆性质复杂、影响因素多,而且某些参数的变化又不易控制,所以粗骨料充填料浆的高浓度判定仍是一大难题.本文结合目前国内外的研究现状给出了粗骨料高浓度充填料浆判定式.采用大红山铜矿废石与分级尾砂为材料进行验证,首先通过级配分析,选用最优配合比(废石∶分级尾砂为7∶3)配置料浆,进行抗离析性、泌水性观察以及坍落度试验,同时计算出高浓度充填料浆判定式对应值,最终选出符合要求的实验组,确定判定式的上下限.实验结果表明本文提出的粗骨料高浓度充填料浆判定式合理,且准确度很高,具有实际应用价值.     

红泥坡铜矿全尾砂/废石充填料浆流变性及充填体强度实验研究

为探明废石掺量、灰砂比、料浆质量分数对红泥坡铜矿充填料浆流变特性、充填体单轴抗压强度的影响规律,开展了不同配比的充填料浆流变与充填体单轴抗压强度实验,得到了充填料浆流变参数及充填体单轴抗压强度值,在此基础上构建了红泥坡铜矿全尾砂-废石复合充填料浆流变模型,并对充填体强度值进行了拟合、预测与分析,结果表明:废石的添加会降低料浆的剪切应力与表观黏度,水泥掺量与料浆质量分数的提高会增加料浆的剪切应力与表观黏度;随着废石掺量的增加,充填料浆"临界质量分数"逐渐增大;两因素交互下,灰砂比与养护龄期的交互作用对充填体强度影响较为显著;灰砂比对充填体强度影响最显著,灰砂比由1:8提升至1:4时,充填体强度增幅最高可达380％.研究结果可为红泥坡铜矿现场充填提供一定的理论支撑.     

红泥坡铜矿全尾砂/废石充填料浆流变性及充填体强度实验研究

为探明废石掺量、灰砂比、料浆质量分数对红泥坡铜矿充填料浆流变特性、充填体单轴抗压强度的影响规律,开展了不同配比的充填料浆流变与充填体单轴抗压强度实验,得到了充填料浆流变参数及充填体单轴抗压强度值,在此基础上构建了红泥坡铜矿全尾砂-废石复合充填料浆流变模型,并对充填体强度值进行了拟合、预测与分析,结果表明:废石的添加会降低料浆的剪切应力与表观黏度,水泥掺量与料浆质量分数的提高会增加料浆的剪切应力与表观黏度;随着废石掺量的增加,充填料浆"临界质量分数"逐渐增大;两因素交互下,灰砂比与养护龄期的交互作用对充填体强度影响较为显著;灰砂比对充填体强度影响最显著,灰砂比由1:8提升至1:4时,充填体强度增幅最高可达380％.研究结果可为红泥坡铜矿现场充填提供一定的理论支撑.     

基于BP神经网络的充填料浆流变参数预测分析

为了合理分析充填料浆在长距离管道中的输送阻力,基于流变参数对输配管网设计的重要性,在全面评估不同因素对流变性能影响的程度后,采用BP神经网络原理,建立起干料中水泥含量X1、料浆浓度X2、料浆坍落度X3、料浆容重X4对流变参数(屈服应力Y1、粘性系数Y2)影响的函数模型.此BP网络为4-Hn-2结构,隐层和输出层分别用tansig、purelin函数传递,利用Levenberg-Marquardt优化算法trainlm训练网格.计算结果表明:该模型在预测充填料浆屈服应力Y1和粘性系数Y2中适应性较强,误差也在可控范围之内,可为充填管网布设及输配系统沿程阻力分析提供可靠依据.     

基于L管试验的似膏体管流水力坡度模型

基于Bingham流变模型和非牛顿流体力学理论,借助L管试验研究了料浆质量分数、砂灰质量比、粉煤灰质量分数对似膏体流变参数的影响,推导了似膏体充填料浆流变参数与料浆质量分数、砂灰质量比、粉煤灰质量分数的回归方程,进而构建出全尾砂似膏体管道输送水力坡度的计算模型.结果表明:似膏体管道输送水力坡度与料浆质量分数成正相关,与砂灰质量比、粉煤灰质量分数呈负相关;环管试验验证了该水力坡度计算模型平均误差为3.30%.     

用L管测定膏体料浆水力坡度试验研究

全尾砂膏体料浆的水力坡度是浆体管道输送的关键参数之一。采用自制的L管,结合全尾砂膏体料浆的流态特性来测定其水力坡度,根据水力坡度来计算其流变参数,并用数据证明了膏体料浆的均质流特性。试验结果表明:全尾砂膏体料浆不沉粒径d0>dmax,属均质流;雷诺数Re<2 100,属柱塞流;流变参数为膏体料浆的固有属性,不同管径、不同流速下的水力坡度可根据其流变参数进行计算。     

减水剂下废石全尾砂充填料浆管输阻力计算模型

为优化废石全尾砂胶结充填料浆的流动特性,本文开展了掺有不同水平梯度聚羧酸减水剂的废石全尾砂充填料浆流变实验.研究结果表明:减水剂掺量为0时,料浆的屈服应力随废尾比的增大呈先减小后增大的趋势,料浆的屈服应力随质量浓度的增大而增大.当减水剂掺量为0.1％～0.5％递增时,减水剂大分子之间的物理堆叠作用使屈服应力的最优表征为...     

多目标条件下矿山充填材料配比优化实验

为准确确定某铁矿尾砂胶结充填材料最优配比,分别选择制浆水性、砂灰质量比和料浆质量浓度与充填体强度、料浆坍落度和料浆泌水率作为尾砂胶结充填材料配比优化的影响因素和充填性能评价指标.基于响应面–满意度函数耦合理论,采用Box-Behnken实验设计方法开展13组不同充填配比实验,构建充填性能评价指标的响应面函数,研究各影响因素与目标响应量的相关关系及多目标条件下的最优充填材料配比.结果表明,制浆水性对响应量影响不显著;砂灰质量比对充填体强度影响极显著;坍落度受料浆质量浓度、砂灰质量比影响较显著;砂灰质量比和料浆质量浓度对料浆泌水率的影响均极为显著,且二者之间存在极显著的交互作用.该矿尾砂胶结充填材料最优配比为:制浆水性为海水,砂灰质量比为8.44:1,料浆质量浓度为72%,该配比条件下对应的响应量预测结果为:充填体28 d龄期单轴抗压强度为2.00 MPa,料浆塌落度为27.15 cm,料浆泌水率为7.35%,与验证实验结果基本吻合,为现场工业实验提供强有力的理论支撑.     

利用脱硫石膏固结全尾砂的试验研究

在矿山开采过程中，会产生大量的尾砂。将尾砂胶结后用于充填采空区，可以减少环境污染和地表破坏。为了保证地下采矿的安全，尾砂须先固化后充填.针对尾砂的胶结和脱水的技术难题，以工业烟气脱硫石膏作为胶结剂，进行了全尾砂充填的试验研究。分析表明，全尾砂充填可以降低充填成本。     

高大型采场全尾砂充填挡墙可靠性的力学分析

冬瓜山铜矿床埋藏距地表深达1000m,矿区构造应力复杂,属高地应力分布区域,采用大空场嗣后全尾砂胶结充填法开采．按充填料浆3种不同力学性质状态对充填挡墙进行了受力分析和计算,指出了影响充填挡墙可靠性的因素并提出了首采地段8#采场充填挡墙实施方案．     

金川镍矿混合充填集料胶结充填体强度试验研究

针对金川矿山棒磨砂充填集料存在的成本高和供不应求的矛盾,开展了棒磨砂、戈壁砂和尾砂3种充填集料不同配比的混合集料胶结充填体强度试验研究。通过9组混合充填集料的胶结充填体强度试验和数据分析,揭示了影响胶结充填体强度的因素与规律。研究结果表明:合理添加尾砂的棒磨砂和戈壁砂混合充填料,不仅可以提高充填体强度,而且还能够减小充填料浆的分层和离析,有利于提高充填体整体质量。通过建立神经网络模型,进行不同配比的混合集料胶结充填体强度预测和回归分析,获得了满足金川矿山充填法采矿安全高效生产的充填材料配比:灰砂比为1∶4、料浆浓度大于80.8%、混合集料平均粒径不大于1.692 mm和非均匀系数不小于38.4,由此对应的3 d充填体试块密度不小于2.24 g/cm3。该研究成果为混合集料在金川镍矿充填采矿奠定了基础。     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质（粒级组成、化学成分）,并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示：全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水（1%~0.6%）,充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

铁铝型高水速凝全尾砂充填材料的试验研究

铁铝高水速凝全尾砂充填材料是一种以铁铝型高水速凝材料为胶凝材料的新型充填材料,介绍了铁铝型高水速凝材料的组成及特点,分析了全尾砂的物理化学性质,重点对铁铝型高水速凝全尾砂充填材料的配比及其物理化学性质进行了试验研究,结果表明,该材料是一种成本低,适于单管输送的优良充填材料,具有矿山推广应用的价值。     

尾砂坝内不同位置尾砂对充填体强度的影响

以实验室尾砂物理性质分析和强度试验的基础，结合水口山矿务局康家湾矿区实际充填资料，论证了尾砂内不同位置尾砂对充填体强度的影响，为实现全尾砂胶结充填提供了依据。     

全尾砂絮凝沉降影响因素研究

充填料浆的制备是充填采矿过程中的一个必要环节,而全尾砂絮凝沉降更是料浆制备的核心部分.由于全尾砂粒径较小,沉降速度较慢,尾砂絮凝沉降也就变得十分困难.因此,采用三种不同的絮凝剂对某金属矿全尾砂进行静态絮凝沉降实验,探究絮凝剂种类、入料浓度及絮凝剂单耗对固液分离界面的沉降速度、全尾砂的底流浓度及单位面积固体处理量的影响程度,并应用Slogistic3方程、Ex-pAssoc方程对底流浓度进行非线性曲线拟合,应用parabola2 D方程对全尾砂单位面积固体处理量进行非线性曲面拟合.实验结果证明:1#絮凝剂的使用效果要优于2#絮凝剂及3#絮凝剂且入料浓度为20％,絮凝剂单耗为60 g/t,沉降效果达到最优,对矿山安全高效生产具有一定的指导意义.     

基于坍落度测试的粗骨料充填料浆流动性检验

针对某矿充填法开采,为使充填料浆的流动性满足长距离管道输送形成的充填体力学强度满足采矿生产,需对其流动性进行坍落度测试以确定合理的输送浓度。由试验测试可知,对于相同表观流动性的料浆,随着戈壁料用量比例的加大其浓度也得到提高,戈壁料∶分级尾砂为2∶1、1∶11、∶2的各灰砂比料浆制备输送浓度分别为82%-78%、80%-76%、78%-74%时的管输性能好,相应的坍落度约为25-27 cm、24-27 cm、24-26.5 cm,形成的充填体强度可满足采矿需要。