煤矸石高浓度充填料浆流变参数测试方法研究与应用

近年来,采用煤矸石为骨料的似膏体或膏体充填采煤技术开采"三下"压煤已成为煤矿绿色开采的一个重要方向。分析充填料浆流变参数是充填管输系统设计的基础工作。针对常规流变仪无法测试煤矸石高浓度充填料浆流变参数的实际问题,根据充填料浆粗骨料、粘度高的物料特征和流变参数测试原理,研制了煤矸石高浓度充填料浆流变参数测试仪和相应的测试方法。采用自制流变仪对公格营子矿似膏体充填料浆的流变参数进行了测试分析,确定了充填料浆管道输送的摩阻系数,为该矿充填管道系统优化设计提供了科学依据。     

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。     

似膏体充填料浆质量神经网络辩识

似膏体充填是一种新的胶结充填模式。料浆的质量至关重要。为了保证似膏体充填料浆的质量，本文提出了用BP神经网络对其进行辨识，通过辨识初步建立了似膏体充填料浆质量的隐式模型，该模型具有较强的拟合功能和预测能力，为优化似膏体充填料浆质量提供了理论支撑。     

似膏体料浆流变特性及其影响因素分析

似膏体充填是一种新型的充填采矿模式在流变特性实验的基础上，对以凝石作胶凝材料的似膏体充填料浆的流变模型和流变参数影响因素进行了研究。建立了似膏体料浆的流变模型。并对似膏体料浆浓度、粉煤灰含量、凝石含量、料浆温度等因素对流变参数的影响作了定性与定量分析，揭示了其影响规律。结果表明，似膏体料浆近似呈宾汉塑性体。似膏体料浆浓度和粉煤灰含量对其流变参数有显著性影响，料浆浓度78％和粉煤含量20％是优化的料浆配制参数。     

膏体充填料浆流变性能的实验研究

在流变特性实验的基础上,测试膏体充填料浆的流变参数,回归料浆的流变方程,通过流变曲线,着重分析研究了料浆浓度、粉煤灰用量对流变参数的影响规律。     

金川全尾砂膏体物料流变特性的研究

金川有色金属公司是中国较早试验研究和生产应用胶结充填料浆管道输送的采、选、冶联合企业。早在1975年从浆体管道输送试验室发现了高浓度料浆的管道输送特性,并设计和建立了高浓度料浆重力管道输送弃填生产系统。80年代末期又开始试验研究新一代的高浓度充填工艺——全尾砂膏体泵送系统,对多种物料组分的全尾砂膏体物料进行了管流特性和流变特性的测试与研究,为设计提供了依据,建成了新的尾砂胶结自流系统和泵送系统。本文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。     

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。     

似膏体充填料浆流型和流态的研究

通过流变特性实验和分析,研究了以河砂和粉煤灰作骨料的似膏体充填料浆流型和流态.结果表明,河砂和粉煤灰作骨料的似膏体充填料浆流变模型近似于宾汉塑性体,料浆在管路中的流动呈层流状态.从料浆的流动性、均质性和脱水率考虑,适宜的料浆浓度为77%～78%,料浆中粉煤灰的合适含量为20%左右.     

固体废弃物膏体充填料浆质量的神经网络研究

固体废弃物膏体充填在我国煤炭系统是一种新的胶结充填模式．充填料浆质量的研究至关重要．它是一典型的多输入、多输出、非线性的模糊模型．一方面,运用神经网络结合遗传算法构造了膏体充填料浆质量的隐式模型,建立该模型的方法以神经网络为基础,用遗传算法来学习神经网络的权系数,既保留了遗传算法的强全局随机搜索能力,又具有神经网络的鲁棒性和自学习能力．该模型具有较强预测能力,为优化固体废弃物膏体充填料浆质量的影响因素提供了理论依据．另一方面,利用已训练好的膏体充填料浆质量模型获得遗传算法,对充填料浆质量的影响因素进行优化,该法在配比设计时,可在较少的试验次数下获得较好的配比．     

固体废弃物膏体充填料浆质量的神经网络研究

固体废弃物膏体充填在我国煤炭系统是一种新的胶结充填模式．充填料浆质量的研究至关重要．它是一典型的多输入、多输出、非线性的模糊模型．一方面,运用神经网络结合遗传算法构造了膏体充填料浆质量的隐式模型,建立该模型的方法以神经网络为基础,用遗传算法来学习神经网络的权系数,既保留了遗传算法的强全局随机搜索能力,又具有神经网络的鲁棒性和自学习能力．该模型具有较强预测能力,为优化固体废弃物膏体充填料浆质量的影响因素提供了理论依据．另一方面,利用已训练好的膏体充填料浆质量模型获得遗传算法,对充填料浆质量的影响因素进行优化,该法在配比设计时,可在较少的试验次数下获得较好的配比．     

金川矿山混合充填材料配比试验

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生重要影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰3种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉降损失率的试验研究。试验结果显示,河砂与棒磨砂配比为2∶8的混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉降损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

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。     

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。     

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。     

戈壁砂和全尾砂充填骨料在金川矿山的应用研究

充填骨料是充填材料的重要组成部分,充填骨料的选择与应用直接影响充填采矿成本和采矿经济效益。戈壁砂和全尾砂在金川充填采矿中的应用,是降低金川充填采矿成本的重要途径之一。根据金川矿山充填系统和工艺参数,采用高浓度料浆和1∶4高灰砂比,开展了戈壁砂、全尾砂和棒磨砂的混合料配比试验。试验结果表明,作为充填骨料戈壁砂与棒磨砂不存在本质上差异,可以替代棒磨砂用于金川矿山充填法采矿。全尾砂与棒磨砂混合充填骨料的胶结充填体强度试验发现,当全尾砂掺量控制在30%以内,3 d充填体强度高于纯棒磨砂充填骨料,同时7 d和28 d充填体强度达到金川矿山充填体设计强度。该研究成果应用于金川矿山充填采矿生产,为戈壁砂和全尾砂的工业化应用奠定了基础。     

金川二矿区胶结充填料浆可泵性影响因素分析

根据金川二矿区废石-全尾砂充填料浆在管道输送中的可泵性要求,试验测试充填料浆的塌落度、扩散度和分层度,通过测试结果分析料浆浓度、水泥添加量、配合比等因素对可泵性的影响程度,初步确定充填料浆的合理配比和浓度,为矿山进一步进行工业试验提供参考依据。     

矸石似膏体充填料浆临界流速影响因素研究

为探究矸石似膏体料浆在管输过程中的流变参数的影响因素,以公格营子矿矸石似膏体充填料浆为工程背景,使用CRT流变仪测试了不同浓度、矸石颗粒粒径下的矸石似膏体充填料浆的流变参数,运用流体力学和粒状物输送水力学分析了矸石颗粒在似膏体料浆的受力情况,运用Fluent软件对管道输送过程中不同流速、矸石粒径以及料浆浓度下的料浆流动状态以及粒子运动轨迹进行了模拟验证。结果表明,矸石似膏体料浆的矸石颗粒粒径大小和浓度会影响料浆的塑性粘度和初始切应力,进而对管道输送的临界流速产生影响。具体表现为在管输过程中,矸石粒径为15mm、20mm、较5mm和10mm更易下沉,料浆浓度达到76%时,料浆初始切应力增幅会出现急剧增加,随着料浆浓度增大,管输过程中矸石颗粒更不容易沉降。     

膏体充填管道输送阻力损失计算方法

针对云南会泽铅锌矿膏体充填,进行了充填料浆流变特性研究,并对其流变参数与浓度的关系进行了分析,建立了两者间的数学关系式,进而建立了会泽铅锌矿膏体充填料浆管道输送阻力损失计算的经验公式。经生产验证,该公式具有较好的实用性。     

充填管道磨损形式及机理分析研究

针对充填管道易磨损的问题,对金川矿区的充填钻孔进行调查,分析发现料浆在自由下落段的冲击磨损是充填管道的主要磨损形式。建立料浆流动的物理力学模型,从动量和能量的角度探讨充填管道的磨损机理。研究表明,自由下落段的高度越大,料浆到达空气砂浆交界面的速度越大,对局部管壁的冲击磨损就越严重。提出管壁单位面积耗能量的概念,得出管壁单位面积耗能量越大,管壁磨损速率越快的结论。     

金川二矿膏体泵送充填系统可靠性研究

基于金川二矿膏体泵送充填系统的显著特性，提出了并定义了介质元件、关联系统等新的概念和理论；同时，给出了关联系统的可靠性逻辑模型。借助于关联系统的可靠性函数模型，通过对金川二矿膏体泵送充填系统生产试运行的实地跟踪，对该系统的工程可靠性进行了分析、研究，并提出了若干针对性的改进和完善意见。