三山岛金矿高质量浓度充填料浆流动特性及管道阻力研究

三山岛金矿西岭矿区由于充填倍线高及料浆质量浓度高,导致料浆输送困难,通过开展流变、L管自流及半工业加压环管试验,对该矿高质量浓度充填料浆流动特性及管道输送阻力进行相关研究.研究结果表明:充填料浆在质量浓度为７４％~７６％,灰砂比为１∶４的条件下达到膏体状态;由 L管自流试验可知,随着料浆质量浓度的增加,料浆屈服应力、塑性黏度及流动阻力明显增加,输送倍线减小,而随着灰砂比的降低,料浆屈服应力降低、塑性黏度增加,但流动阻力降低,导致料浆流速增加,输送倍线增加;充填料浆沿管道的输送阻力与充填料浆屈服应力、塑性黏度、输送流速及输送管道直径有关;通过半工业加压环管试验,管道压力损失与灰砂比、质量浓度和泵送流速均呈正相关,在灰砂比为１∶４、料浆质量浓度为７６％且流速最大(１．５ m/s左右)时管道压力损失最大,直管压力损失为４．３２４Pa/m.     

尾砂胶结充填料浆输送管道阻力及磨损分析模拟研究

采用计算流体动力学数值模拟软件CFD,依据某金矿井下管道实际布置情况,遵循质量、能量以及动量守恒定律,建立了ANSYS三维数值计算模型。设定充填料浆的灰砂比为1∶5和1∶10,充填料浆质量浓度分别为68%、70%、72%,开展了充填输送管路的速度、阻力以及磨损数值模拟试验。结果表明：直管中速度最大处位于管道中心,而弯管中速度最大处位于管道外侧;随着充填料浆质量浓度增大,管道阻力损失也随之变大。当灰砂比为1∶10,充填料浆质量浓度为72%时,管道阻力损失为19.86 MPa;随着流速的增大,冲蚀磨损率也在逐渐增加,尤其当速率大于6 m/s后,冲蚀磨损率急剧增加,并且因为惯性力作用,冲蚀磨损主要发生在管道外侧部分,数值模拟规律与现场实际相符。     

某钒钛磁铁矿充填用尾砂料浆流动性及强度特性试验研究

针对某钒钛磁铁矿全尾砂充填料浆质量浓度波动大、充填成本较高、尾砂综合利用率不足且充填质量较差等问题,通过开展全尾砂胶结充填材料试验,对充填材料的物理化学性质进行了测定,并进一步研究了不同质量浓度和不同灰砂比条件下全尾砂的流动性和强度特性.结果表明:全尾砂化学成分安全,粒径－２００目以下颗粒所占比例为４６％,－２０μm 颗粒含量占比大于１５％,可以形成“结构流”,适合用于井下充填;充填质量浓度为６４％~７４％,灰砂比为１∶４~１∶１２时,料浆屈服应力小于１００Pa,管道流动阻力小于６．０kPa/m,充填料浆流动性较好,输送性能较佳;为满足矿山安全开采２８d强度１MPa的要求,且考虑充填成本,确定充填料浆最佳质量浓度为７４％、灰砂比为１∶８.     

L型充填管道料浆输送压力损失及优化研究

全尾砂料浆管道输送作业中,料浆管道底部磨损问题比较严重,极大地影响了料浆管道的使用寿命。结合唐山某铁矿全尾砂料浆L型管道充填现状,以L型管道输送压力损失最小为原则进行研究,选择灰砂 比为1∶4、1∶6、1∶8,配比浓度为54%、58%、62%的充填料浆作为试验对象,以3、5、7 m/s为料浆流动速度,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,基于3D数值模型计算了管道直径为70、80、90、100 mm 4种情 况下的压力损失,分析了压力损失的影响因素并进行了优化研究。结果表明：管道直径越大,45°截面的压力越大,L型管道压力损失与管道直径呈二次多项式函数关系,管道直径减小到70 mm或增大到100 mm,都会 加速L型管道底部的磨损。为延长矿山L型管道服务时间,最大限度减轻管道底部磨损,建议该矿山L型充填料浆输送管道直径取85 mm,料浆流速3 m/s,灰砂比1∶4,质量浓度64%。     

罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验研究

针对罗河铁矿充填料浆浓度波动大,充填料浆灰砂比等关键指标难以控制,并最终影响充填体质量等问题,开展了罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验,对充填材料的物理化学性质进行了测定。同时采用全面法试验,对不同质量浓度和不同灰砂比的全尾砂流动性、流变及其强度进行了对比分析,试验结果表明：罗河铁矿全尾砂-74 μm占比达59.87%,属于细粒级尾砂;由于胶固粉中添加了表面活性物质,能够提高料浆的流动性,导致灰砂比越大,料浆的流动性越好;质量浓度为66%~68%时,料浆屈服应力均在100 Pa以内;在满足自流输送和强度要求的前提下,推荐罗河铁矿一步骤充填料浆质量浓度为68%,灰砂比为1∶10,二步骤充填料浆质量浓度为68%,灰砂比为1∶16。     

凡口铅锌矿高浓度尾砂充填材料特性试验研究

针对凡口铅锌矿目前充填浓度低,生产成本高,尾砂利用率不足等问题,研究了不同充填材料的配比参数,分析了不同条件下料浆流动性变化规律和管道输送阻力特性。结果表明,为满足采场机械化开采需要,采场浇面充填宜选择分级尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为76%,充填体强度R3≥3.0 MPa;非浇面充填可选择混合尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为70%,充填体强度R28≥3.0 MPa。充填料浆采用内径130 mm管道输送,流量为60 m~3/h时,分级尾砂料浆和混合尾砂料浆管道输送阻力分别为1.77 MPa/km和1.97 MPa/km。基于矿山现有充填管网系统及管道参数,采用高质量分数充填时,管网系统充填倍线均小于料浆自流充填倍线,均可实现自流输送。     

深井充填料浆改性调压输送技术试验研究

针对千米以深充填竖管低倍线、高压头料浆输送存在的管道底部压力大、磨损严重、存在爆管隐患等问题,结合"十三五"国家重点研发项目考核指标要求,提出利用改性剂实现料浆的全程降压输送。其主要思路是在料浆的制备端添加低密剂,低密剂在料浆中产生致密均质气泡,并使得料浆的密度降低,由此实现充填料浆的改性调压输送。料浆中气泡的存在势必将降低充填体强度。因此需在管道末端对料浆消泡,并加入增强剂,以此来恢复或提高充填体强度。料浆的低密试验和增强试验主要从料浆比重与充填体试块强度两个方面进行研究,根据试验结果,结合经济效果分析,最佳的改性剂配方方案为每立方充填体中,低密剂A1∶低密剂B∶增强剂C∶增强剂D=1∶0.25∶2.2∶3.2。研究成果为下一步现场工业试验奠定了良好基础。     

金属矿山露天坑尾砂胶结充填治理

以石人沟铁矿露天采坑为工程背景,采用理论分析与数值模拟联合手段,提出了利用地下三期富余的尾砂胶结充填治理露天采坑的合理方案。给出了各等级充填料浆灰砂比和浓度、充填总高度、阶段高度、分层高度、不同阶段充填料浆灰砂比等方案结构参数确定的方法与原则,制定了充填治理过程中的安全控制措施。确定了露天采空区充填料浆灰砂比为1∶8、1∶10、1∶20 3个等级,料浆浓度为70%,充填高度为80 m,阶段高度为20 m,分层高度为1.5 m;4个阶段充填料浆灰砂比为1∶8、1∶8、1∶10、1∶20。方案实施后既能消除露天采坑安全隐患问题,又能避免尾矿库建设难题,也为露天采坑的恢复治理奠定了基础。     

考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力研究

为了探究壁面滑移效应影响下的充填料浆管道输送阻力的变化特征，建立了考虑壁面滑移效应的管道输送模型，利用Comsol数值模拟软件分析了料浆浓度、管径及灰砂比对管道阻力损失的影响。研究表明 ：①模型计算结果的相对误差在合理范围内，该模型用来计算考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力是可靠的；②考虑壁面滑移效应的情况下，各因素对管道阻力的影响程度依次为管径>质量浓度>灰砂比，管径 增大，壁面剪切作用力减小，颗粒迁移运动变缓，滑移效应减弱，管道输送阻力降低幅度减小；③在不同浓度范围内料浆滑移层厚度的主控因素不同，导致输送阻力随浓度增大的幅度不同；④灰砂比较低时，管道输 送阻力的增长速率较低，随着灰砂比增大，管道输送阻力快速增大。以冀东地区某矿山为研究背景进行了数值模拟，得到充填料浆管道输送的最佳参数为质量浓度66%、68%，灰砂比1∶8。     

基于响应面分析法的戈壁料充填体强度影响因素研究

:针对戈壁料充填矿山,为确定最优的充填体强度配比试验方案,以金龙沟矿区为研究对象,基于室内充填体强度及流动性试验,确定了灰砂比、料浆质量浓度、粉煤灰占比３种因素的试验设计范围,并利用响应面分析法设计了１７组试验方案,研究了３种因素及其交互作用下对戈壁料充填体强度的影响规律,同时建立了３种因素与３d、７d、２８d养护龄期时戈壁料充填体强度间的响应面回归模型,优化了金龙沟矿区戈壁料充填料浆的材料配比.研究结果表明:灰砂比是影响戈壁料充填体强度的最大因素;３种因素交互作用下对戈壁料充填体强度的影响程度为灰砂比与料浆质量浓度＞灰砂比与粉煤灰占比＞料浆质量浓度与粉煤灰占比;在满足充填体强度条件下,金龙沟矿区戈壁料充填料浆的最优配比:灰 砂 比 为 １∶８、料 浆 质 量 浓 度 为 ８２％、粉 煤 灰 占 比为１０％.     

某铅锌矿尾砂胶结充填配比试验

胶结充填工艺的关键在于充填材料、充填配比、料浆浓度、充填体强度等的确定以及充填方案的适用性和经济性.从充填材料的成分、粒径分布入手,通过不同配比、不同浓度试块的强度试验,探究经济合理的灰砂比及浓度,为矿山实施尾砂胶结充填提供依据.最终确定,回收矿柱时,灰砂比为1:6,处理采空区时,灰砂比为1:16,料浆浓度均为65％～...     

全尾砂充填性能试验研究

针对拟使用充填法将深部矿产资源采出的某矿山,为研究充填性能,取其尾砂进行试验,通过探索充填料浆性能在灰砂比和质量浓度有差异时的变化情况,判断灰砂比和质量浓度对充填料浆性能的影响。采用极差分析法获取两者影响充填料浆性能的主次关系,明确充填料浆配比的适合范畴,随之建立代表料浆性能参数和两因素之间的回归方程。由试验可得:在灰砂比1∶4～1∶12、料浆浓度66%～74%的情况下,料浆流动性能受质量浓度的影响较灰砂比大,但影响充填体强度的关键要素还是灰砂比。根据该矿山的生产需要及室内试验,再联系灰砂比、浓度与充填料浆性能参数间的回归方程,推荐选择最佳参数,灰砂比1∶8,料浆浓度72%。     

基于灰色理论的膏体充填料浆凝结性及流动性分析

膏体料浆的强度是评价充填质量的重要指标,屈服应力是管道输送系统设计的基础。将砂灰比、质量浓度及尾废比(尾砂与戈壁集料比)视为一个灰色系统,运用灰色关联度分析方法,研究3个影响因素与膏体强度及屈服应力之间的关系。分别建立了28d抗压强度、屈服应力与砂灰比、质量浓度及尾废比的灰色模型GM(1,4),确定出最优充填料浆配比。分析结果表明,砂灰比对抗压强度影响最大,质量浓度次之,尾废比最小;质量浓度对屈服应力影响最大,尾废比次之,砂灰比最小。28d抗压强度及屈服应力GM(1,4)灰色模型精度分别为93.41%、94.24%,充填料浆砂灰比为5、质量浓度为78%、尾废比为6时,满足强度及流动性要求,为最佳充填配比。此研究为矿山确定合理充填配比、减少充填成本提供了理论依据。     

金厂河多金属矿充填料浆长距离反坡输送研究

为了保障金厂河多金属矿D采区安全可靠的长距离反坡输送,通过开展充填料浆扩展度试验和流变试验,测试了不同浓度及灰砂比条件下的充填料浆流变参数。基于充填料浆管道沿程阻力理论公式和数值模拟耦合分析,计算了管道输送阻力和充填工业泵出口压力,进而确定了D采区合理的充填工艺参数。根据矿山D采区充填管网工程条件,制定了相适配的充填管道输送方案,实现了D采区膏体充填料浆安全、高效泵送充填。     

基于环管试验确定粗骨料膏体充填料浆管道输送参数

以粗骨料膏体充填料浆管道输送为研究背景,基于环管试验测试了不同质量浓度、不同灰砂比、不同充填流量、不同管径条件下的粗骨料膏体管道输送阻力;分析了影响粗骨料膏体充填料浆管道输送阻力的影响因素;最终依据矿山实际生产现状,结合环管试验结果,确定最佳的粗骨料膏体充填参数为:输送能力90m3/h、膏体充填料浆质量浓度80%、灰砂比1∶10~1∶6、输送管径Φ165×12、输送流速1.6m/s。从而为矿山粗骨料膏体充填系统设计及管道输送系统设计提供可靠的数据支撑。     

高沙充填材料的流变特性研究

通过控制变量法,利用流变仪研究了高掺量风积沙充 填料浆的流变模型,揭示了粉煤灰掺量、灰沙比和料浆浓度 对高沙充填料浆流变参数的影响.研究结果表明,高沙充填 料浆的流变模型属于宾汉体模型,具有明显的剪切稀化特 征.粉煤灰掺量、灰沙比与质量浓度对高沙充填料浆流变特 性均有显著影响,但并不改变其流变模型.随着灰沙比和质 量浓度的增加,料浆的屈服应力总体呈增长趋势,粉煤灰掺 量的增加会导致屈服应力降低;水泥与粉煤灰的质量比为 １∶２,灰沙比为１∶１２,浓度在７９．５％~８０．５％之间时,高沙 充填料浆的塑性黏度较低,流变特性较好.     

废石—棒磨砂混合充填料浆工作特性与流变参数试验

为了得到满足管道稳定自流输送的废石—棒磨砂混合充填料浆配比最优组合,基于正交试验设计方案,开展了 48 组不同配合比参数的废石—棒磨砂混合充填料浆管道输送特性以及流变特性试验,并利用回归分析法研究了废砂比、胶砂比和料浆质量浓度变化对料浆特性参数的影响规律。同时,基于响应曲面法原理,以塌落度和泌水率达到最优为目标,对混合料浆配比进行了分析和优化设计。研究结果表明,混合充填料浆工作特性随胶砂比及料浆浓度的变化规律相同,料浆浓度是影响工作特性的最显著因素。混合充填料浆的流变关系显示其为具有屈服应力的伪塑性体,屈服应力主要影响因素是料浆浓度,粘度系数主要影响因素是胶砂比。当料浆废砂比为 0.62、胶砂比为 1∶5、料浆质量浓度为 81.85% 时,料浆塌落度为 27.24 cm、泌水率为 9.25%,满足矿山充填采矿管道自流输送要求且达到最优。     

废石—棒磨砂混合充填料浆工作特性与流变参数试验

为了得到满足管道稳定自流输送的废石—棒磨砂混合充填料浆配比最优组合，基于正交试验设计方案，开展了 48 组不同配合比参数的废石—棒磨砂混合充填料浆管道输送特性以及流变特性试验，并利用回归分析法研究了废砂比、胶砂比和料浆质量浓度变化对料浆特性参数的影响规律。同时，基于响应曲面法原理，以塌落度和泌水率达到最优为目标，对混合料浆配比进行了分析和优化设计。研究结果表明，混合充填料浆工作特性随胶砂比及料浆浓度的变化规律相同，料浆浓度是影响工作特性的最显著因素。混合充填料浆的流变关系显示其为具有屈服应力的伪塑性体，屈服应力主要影响因素是料浆浓度，粘度系数主要影响因素是胶砂比。当料浆废砂比为 0.62、胶砂比为 1∶5、料浆质量浓度为 81.85% 时，料浆塌落度为 27.24 cm、泌水率为 9.25%，满足矿山充填采矿管道自流输送要求且达到最优。     

细粒级全尾砂膏体充填配比优化试验研究

针对某金矿细粒级全尾砂膏体充填的充填体强度低,且矿山污水排放要求严格等问题,展开细粒级全尾砂物理化学性质试验、絮凝沉降试验、流动性试验、充填体强度试验及充填体浸出毒性试验.获得了符合该矿的最佳充填配比参数.试验结果表明:全尾砂的-20μm 超细颗粒含量达到45.91％;絮凝沉降6h,底流质量浓度可达65.3％,沉降20h以后,底流质量浓度可达73.2％,可满足制备充填料浆的浓度要求;相同配比下,胶凝材料选择 P.O42.5水泥较 M32.5水泥制备的料浆,其流动性更好,单轴抗压强度更高;采用上向分层充填采矿方法,打底充填时,可采用 P．O42.5水泥制备质量浓度为67％,灰砂比为1:8的全尾砂料浆,充填体７d强度可达0.3MPa以上,可满足充填体自立要求,浇面充填时,可采用 P．O42.5水泥制备质量浓度为67％,灰砂比为1:4的全尾砂料浆,充填体７d强度可达1.2 MPa,可满足设备运行的要求.充填体试块浸泡液的重金属离子浓度皆低于国家排放标准,说明该矿的选矿废水可用于制备充填料浆.     

金厂河多金属矿尾砂胶结充填试验研究

为保障金厂河多金属矿充填系统的正常运行,亟需确定适合矿山条件的最佳充填参数。通过矿山取样和实验室试验研究,结合矿山采矿方法所需的胶结充填体强度,确定了一步骤采场充填料浆浓度为72%,底部采用分级尾砂胶结充填,灰砂比为1∶4;中上部采用全尾砂胶结充填,灰砂比为1∶6。研究成果可为确定同类矿山尾砂胶结充填参数提供参考。