云南某铜矿全尾砂膏体充填系统设计实践

云南某铜矿区内保有铜矿石量4118.20万t,含铜金属量44.57万t,平均品位1.08％,设计二期产能118万t/a,为大型规模.采用罐笼竖井+平硐+辅助斜坡道联合开拓,采矿方法采用无轨铲运机出矿为主的中深孔阶段空场嗣后充填法和浅孔留矿嗣后充填法,矿山尾矿库剩余库容不足150万m3,且无持续增容和新建尾矿库条件,要实...     

全尾砂充填膏体固-流转换阶段的流变行为

全尾砂充填膏体具有多尺度、高浓度颗粒悬浮液的特征,传统黏塑性流变模型是否适应于膏体的流变行为是需要研究的重要问题。本文从传统H-B流体对全尾砂膏体的适应性研究入手,首先建立H-B流体的适应性约束条件,选择适宜多尺度、高浓度膏体的流变测量系统与数据转换方法,采用控制剪切速率(CSR)、控制剪切应力(CSS)两种流变测量模式,开展全尾砂膏体流动曲线测量实验。结果表明:流动曲线在CSR测量模式下具有负斜率现象、CSS测量模式下具有剪切条带现象。传统H-B流体在对应阶段内不再适应于全尾砂膏体流变模型,存在固、流态共存的固-流转换阶段,其范围受临界剪切速率■控制,正比于全尾砂膏体的质量浓度。依据全尾砂膏体出现固-流转换阶段的特征,提出工程流变问题应依据临界剪切速率■区别对待,以及膏体充填流变问题中不同剪切速率范围内全尾砂膏体流变模型的合理形式。     

膏体泵送特性及减阻试验

基于管流流动基本理论，对金川有色金属公司充填膏体的水平环形试验管路流动阻力进行了理论分析。为了检验理论分析结果的正确性和试验外加剂在减少膏体泵送阻力的作用，在现场约90m的水平环形管路中进行了由混凝土泵驱动的充填膏体输送阻力试验。 结果表明：该充填膏体可以划归为宾汉姆流变体，用基于宾汉姆流变体理论的公式能够预计膏体输送过程中的泵压损失；提供试验的泵送外加剂能够显著地降低膏体的泵送阻力。     

全尾砂膏体管道输送壁面滑移减阻模型

为定量表征全尾砂膏体管道输送过程中壁面滑移效应的减阻效果,基于膏体柱塞流动模型和H-B流变模型推导出考虑壁面滑移效应的管道阻力公式。滑移层厚度可根据尾砂平均粒径、膏体体积浓度和极限体积浓度进行计算。当H-B流变模型退变为宾汉流变模型时,考虑壁面滑移效应的管道阻力公式由小于1的无量纲系数对目前广泛使用的白金汉公式进行修正得到,修正系数与管道直径和滑移层黏度正相关,与滑移层厚度和膏体黏度负相关。工业环管试验结果表明,白金汉公式的压降预测值比实测值平均大36.6%,壁面滑移减阻模型的压降预测值比实测值平均大14.4%,壁面滑移减阻模型预测结果偏保守的原因是未考虑膏体触变性的影响。     

搅拌速度对全尾砂膏体流变性能的影响

为研究搅拌对膏体流变性能的影响,通过控制搅拌速度制备膏体样品,并测试其细观结构、流变、电位及离子浓度等参数,从物理化学角度分析速度对膏体流变的影响。结果表明：膏体搅拌存在速度阈值(本研究中该值为1000～1500 r/min),当搅拌速度小于阈值时,由于膏体中各类膜包裹的颗粒被搅拌分散,细观结构尺寸随搅拌速度增加而变小,膏体流变参数随搅拌速率增加而降低,其流变曲线符合Bingham模型;而当搅拌速度超过阈值时,强搅拌剪切促进了早期水化物及无机盐离子溶解到溶液中,其离子浓度升高,颗粒表面电势由-0.7655 mV变为-0.4760 mV,测得细观结构及流变参数均随搅拌速度增加而变大,且流变曲线更符合H-B模型(n<1)。结合Hattori-lzumi理论和Debye-Hückel理论,通过引入剪切速率因子,建立颗粒表面电化学与吸附力、流变与颗粒聚集状态关系方程,分析了搅拌剪切对膏体流变特征的影响机制,为膏体搅拌技术发展提供理论支撑。     

膏体充填管道流量在线检测系统

随着科技的发展,充填采矿在采矿中占的比例越来越大。为了更好地对膏体充填过程进行控制,实时监控物料的使用情况,准确计量充填材料的使用量,使操作员可以实时掌握膏体充填运行过程中物料的使用量以满足井下的要求,减少充填材料的浪费以减小煤矿的投资成本,应实时检测充填过程中管道内的膏体流量,实现对膏体充填过程中膏体流量的在线监控,以提高膏体充填过程的可控性。运用超声波检测实现了对膏体充填管道流量的在线检测。     

尾砂单管胶固充填在金矿中的应用

指出尾砂单管胶固充填是以具有高水、速凝、早强特性的“全水胶固材料”作胶结料的尾砂胶结充填新工艺。详细介绍了该充填新材料和工艺的特点、主要技术参数、工业试验和实际应用的情况。     

减水剂对细粒级尾砂膏体流变性的影响

为提高非胶结细粒级尾砂膏体的流动性能,探究不同减水剂对细粒级尾砂膏体料浆流动性的影响,以及絮凝剂对减水剂作用的影响,采用流变仪进行了不同类型、不同用量下减水剂对料浆静态屈服应力的影响实验,通过对比实验和理论分析,解释减水剂的影响机理。结果表明：絮凝剂在常规用量下对尾砂料浆的流动性和减水剂作用效果均具有抑制作用;无机盐类和木质素类减水剂均可显著减小料浆静态屈服应力,同等用量下三聚磷酸钠改善流动性的效果最好;聚羧酸系减水剂在一定用量范围内将增大料浆静态屈服应力,随着用量进一步增加,减水剂将减小料浆静态屈服应力从而改善流动性。最后从聚羧酸分子特性出发,分析不同用量下其改善与降低细粒级尾砂膏体流动性的作用机理。     

养护压力对膏体充填体强度影响规律及机理分析

为了模拟与现场膏体充填体(CPB)较为相近的养护环境,分析养护压力对其强度的影响机理,以某铜矿全尾砂为研究对象,研究养护压力和养护时间对膏体充填体强度的影响规律.采用扫描电镜观察膏体充填体的微观结构,并对扫描电镜图像进行二值化处理,应用分形理论从定量角度对其机理进行分析.结果表明:随着养护压力的增加,膏体充填体的强度呈...     

大红山铜矿全尾砂充填的试验研究

大红山铜矿全尾砂充填工艺采用选矿厂的尾砂,通过溢流脱水,将全尾砂制成高浓度的充填料,以管道全自流的输送方式,充入采空区,形成整体性较强的大体积充填体。试验证明,全尾砂充填体的整体性较好,脱水工艺可行,能满足充填要求,达到预期的目的。     

我国全尾砂料浆浓密研究进展与发展趋势

全尾砂料浆的高效和深度浓密是获得合格膏体浓度、决定膏体充填质量的关键.全尾砂高效絮凝是全尾砂料浆浓密的前提,全尾砂絮团的快速沉降决定全尾砂料浆浓密的效率,而全尾砂浓密床层的深度脱水决定全尾砂料浆浓密的效果.为此,本文对近20年来我国在全尾砂料浆浓密方面的研究方法和研究成果进行了分析与总结,详细分析了全尾砂絮凝行为及其动...     

高寒地区尾砂胶结充填体固结特性试验研究

将充填技术引入高寒地区可有效减少采矿对环境的破坏。针对低温下尾砂胶结充填体力学性能和固结机理研究的不足,开展5℃养护下充填体试块的单轴抗压、XRD分析、热分析和SEM观测试验研究,根据定性和定量分析结果探讨低温下尾砂胶结充填体的强度演化规律与固结机制。结果表明：低温对尾砂胶结充填体早期强度影响较大,其中各主要因素的影响程度由大到小依次为灰砂比、养护龄期、质量浓度;低温下的水泥净浆的AFt、C-S-H主特征峰均低于常温下的水泥净浆,7 d龄期无外加剂的水泥净浆未出现AFt衍射特征主峰,而7 d龄期掺外加剂的水泥净浆出现了AFt衍射特征主峰,有利于早期充填体强度的提高;无论低温下的水泥净浆是否掺外加剂,两者的TG-DSC、DTG曲线类似,存在5个吸热峰和4个失重峰;7 d龄期掺外加剂的水泥净浆的TG曲线位于无外加剂水泥净浆的TG曲线下方,其失重峰也高于无外加剂水泥净浆,有利于早期充填体生成更多水化产物;低温环境下,添加Na₂CO₃、NaOH可明显提高充填体早期强度,但不利于中后期强度增长。     

腐蚀环境中铝土矿超细尾砂-水泥充填材料的损伤特征研究

为了对铝土矿资源进行资源化利用和保障矿山安全作业,利用铝土矿超细尾砂制备水泥基充填料。开展单轴压缩试验和计算机断层扫描(CT)试验,研究了样品在腐蚀环境中的性能和结构劣化规律,并通过显微图像揭示了腐蚀作用的微观机理。结果表明：在0至360天的腐蚀时间内,超细尾砂-水泥充填材料的抗压强度和变形模量逐渐下降,变化速率先慢后快;细观裂隙在腐蚀过程中逐渐扩张,面孔隙率呈指数型增长趋势;提高充填料浆的浓度有利于材料强度的提高,但提升效果在腐蚀溶液的长期影响下逐渐减弱;抗压强度与面孔隙率负线性相关关系,说明宏观力学性能与细观结构的损伤具有一定同步性;腐蚀性离子的侵入和化学作用使得水化产物微观形态发生演变,导致材料强度的衰减。     

粉煤灰掺量对泵送膏体充填料浆的抗离析性能影响规律

为揭示粉煤灰掺量对泵送膏体充填料浆抗离析性能的影响规律,通过物化试验分析粉煤灰颗粒形状、粒径和组成物质.根据泵送膏体充填料浆中粗骨料颗粒在水平管道、垂直管道和采场内的受力状态,提出了抗离析性能指数K.为验证该指数,开展不同掺量流变、泌水率和分层度试验,发现掺量与K指数呈正比关系,K指数与泌水率和分层度呈反比关系.结合泌...     

水化反应和温度对新鲜胶结尾砂充填料浆流变特性的耦合效应(英文)

新鲜胶结尾砂充填料浆的流动性取决于它的流变特性,所以理解新鲜料浆的流变性具有重要的意义。此外,料浆的流变性又与料浆中所发生的水泥水化反应进程和温度的发展变化相关。基于此原因,建立数值模型以分析和预测在水化反应和温度耦合作用下充填料浆流变特性的演化规律。在实验室通过试验研究了料浆的流变行为,并将试验结果与模拟结果进行对比来验证模型的有效性。在不同的条件(料浆的初始温度、灰砂比、水灰比)下,利用所建立的模型对水化反应和温度耦合效应下的料浆流变规律进行模拟研究。研究结果有助于更好地理解胶结尾砂充填料浆的流变性。     

分段胶结充填法非胶结充填体顶水高度的力学模型

为了预防分段胶结充填过程中非胶结充填体顶水高度过大导致充填挡墙破坏而发生跑浆事故,在满足一定假设条件和必要前提的基础上,建立非胶结充填体顶水高度力学模型,并进行理论求解.以某铁矿充填采场为工程分析实例,采用控制变量法(CVM)研究非胶结充填体顶水高度随充填沉降比和充填挡墙承受荷载的变化规律.结果表明:在充填挡墙承受荷载...     

基于结构参数的超细尾砂充填料浆双变量流变模型及应用

超细尾砂已成为金属矿山充填处理的最大宗固体废料,流变模型是刻画超细尾砂料浆流动特性及确定管输参数的主要依据.基于超细颗粒絮凝结构形成机制,引入结构参数来描述超细尾砂料浆剪切响应过程.采用旋转黏度计对某矿山质量分数72％、74％、76％和水泥添加量240、260 kg/m3的超细尾砂充填料浆进行24组不同剪切强度下的流变...     

冲击荷载作用下全尾砂胶结充填体的能耗特征与损伤特性

为研究冲击载荷作用下全尾砂胶结充填体的能耗特征和损伤特性,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对全尾砂胶结充填体进行冲击加载试验.结果表明:充填体的动态抗压强度、单位体积吸收能和单位质量破碎耗能随平均应变率的增加均呈指数函数递增规律;充填体试样的透射能、反射能随入射能增加呈线性增长,而吸收能随入射能增加呈指数函数增...     

用于研究纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩性能的新型人工智能模型

为降低纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩强度数据的获取难度,综合分析常规充填材料参数与纤维参数对其单轴压缩性能的影响,结合元启发式算法(樽海鞘算法,SSA)与极限学习机技术(ELM),提出一种新型人工智能模型(SSA-ELM).为检验模型可靠性,开展720组不同灰砂质量比、固体质量浓度、纤维含量、纤维长度和养护时间的纤维尾砂...     

基于SVM的粗骨料膏体性能预测及优选方法

膏体充填能够改变矿区周围岩石的应力状态,减少矿区周围的环境问题,在国内外地下矿山得到广泛应用。膏体合理配比的确定需要进行大量实验,亟需寻找一种简单有效的方法去对膏体的性能进行预测。对此,本文开展了27组配比的强度和坍落度测试,采用PSO、Grid和GA算法优化后的支持向量机(SVM)进行训练,对比分析预测结果对算法进行优选。基于算法模型进行膏体性能预测,采用极差分析手段揭示了不同影响因素对充填体性能的影响,最后采用线性规划原理得到了最佳配比参数。结果表明：核函数的参数c和惩罚系数g随算法不同而变化,不能作为评判预测精度的依据。Grid算法和PSO算法可以分别对坍落度和强度进行精准预测。由于膏体中自由水含量的影响导致坍落度受粗骨料-尾砂比和浓度的影响较大。不同龄期条件下水泥掺量和浓度对充填体强度的影响始终处于主导地位,随着龄期增加粗骨料“骨架”效应逐渐显现。以金川矿山实际充填需求为例,获得其最低成本配比条件为水泥掺量为280 kg/m³,粗骨料-尾砂质量比为1∶1,废石-棒磨砂比为1∶1.44。