粗骨料膏体充填料浆流变特性与管道输送阻力计算

通过粗骨料膏体充填料浆流动性及泌水率试验,测试了粗骨料膏体流动性及泌水率,确定了粗骨料膏体可实现管道输送的质量浓度范围,并理论分析建立了基于流变参数计算粗骨料膏体料浆管道输送阻力数学模型;同时,在可实现管道输送粗骨料膏体料浆质量浓度范围内,采用美国Brookfield公司的RST-SST型软固体流变仪测试了不同浓度、灰砂比条件下的粗骨料膏体料浆流变参数;结合管道输送阻力数学计算模型,计算不同浓度、灰砂比、管径及流量条件下的粗骨料膏体料浆管道输送阻力;最终根据计算结果及矿山生产情况,选取了最佳的粗骨料膏体料浆管道输送参数,为粗骨料膏体充填料浆管道安全、可靠输送提供了支撑。     

粗骨料对膏状浆体管道输送阻力的影响

通过粗骨料对泵送膏状浆体管道输送阻力影响的分析认为，管输阻力主要发生在润滑剪切应力区，其大小与有效粘度有关；膏状浆体的粗细骨料级配存在一个合理的配比；在相同浓度下，粗骨料的增加（不能超过一定的量），管输阻力下降．     

金川矿山混合充填料浆环管试验系统与管输特性研究

料浆流变特性是影响管道输送的重要因素,其流变参数是进行料浆管道输送阻力分析的重要指标。针对金川矿山充填材料的复杂多变性,开展了多种混合充填料浆流变特性研究和管输阻力因素分析。首先,简要介绍了金川矿山充填料浆管道输送的环管试验系统及检测技术;然后,概述了金川矿山充填料浆环管试验的部分研究成果。通过分析不同条件下的充填料浆管道输送试验成果,揭示了多种混合充填骨料粒径级配、料浆浓度、管道流速和水灰比对管输阻力的影响规律。最后,给出棒磨砂集料的高浓度充填料浆优化配比,为金川矿山安全、高效和高浓度充填法采矿奠定了基础。     

废石-铜渣尾砂混合骨料配比优化试验

针对金川矿区粗骨料充填料浆离析问题,选择掺铜渣尾砂改善骨料级配,在混合骨料粒径级配分析基础上,进行废石-铜渣尾砂混合骨料充填体强度试验和料浆管输特性试验。试验结果表明:掺入适量铜渣尾砂,能有效改善粒径级配,提高充填体强度;铜渣尾砂添加量、胶凝材料添加量和料浆质量浓度对充填料浆管输特性的影响各不相同,但在一定范围均对料浆管输特性有益。最后以单位充填成本为优化目标,以各龄期强度和28d沉缩率为约束条件,得出满足充填强度要求的最低成本配比方案,即胶凝材料为270kg/m~3,废石为857.4kg/m~3,铜渣尾砂为423.2kg/m~3,料浆浓度为80%,水为420.2kg/m~3,此方案下的充填成本为92.6元/m~3,相比当前156元/m~3的充填成本,降低了约40.6%。验证试验结果为:3,7,28d强度和28d沉缩率分别为1.62,3.80,6.91MPa和9.23%,均满足矿山胶结充填要求。     

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。     

掺石灰石粉的混合骨料充填料浆配比优化研究

针对金川矿山采用的废石-棒磨砂混合粗骨料级配不良,导致充填料浆离析的问题,通过掺石灰石粉来改善骨料级配,进一步改善充填效果。对骨料进行了物化分析,在此基础上开展了混合骨料粒径级配 分析,并进行了掺石灰石粉混合骨料充填体强度试验和料浆管输特性试验;根据试验结果采用BP神经网络建立模型对充填体强度和料浆管输特性进行预测,并进行了混合骨料充填料浆配比优化。研究表明：掺入适量 的石灰石粉,不仅能有效改善粒径级配,提高充填体强度,而且能提高充填料浆流动性,对充填料浆管输特性有益,能明显改善充填效果;充填料浆优化配比为胶凝材料添加量310 kg/m3,石灰石粉掺量12.3%,料浆 质量浓度80%,经过工业充填时取样验证,其塌落度、稠度、泌水率以及3 d、7 d和28 d抗压强度分别为25.41 cm、9.31 cm、6.7%、2.7 MPa、5.1 MPa和10.6 MPa,均满足矿山工业充填的要求,并且单位充填成本较 原来降低了21%。     

鞍钢矿山全尾砂充填料浆输送特性L管试验研究

为了揭示鞍钢矿山全尾砂充填料浆的管道输送特性,基于流体力学中Bingham流体模型,结合鞍钢矿山充填系统,开展了L管充填料浆自流输送试验研究。通过胶砂比分别为1:6、1:8、1:10及质量浓度分别为66%、68%、70%、72%条件下的充填料浆管输特性的L管试验,分析了不同工况条件下的管道输送摩阻力试验数据。结果表明:料浆质量浓度比胶砂比对其屈服应力、黏率系数以及管输阻力影响显著;当料浆浓度达到70%和胶凝材料添加量为11%,管输阻力损失为7.02 k Pa/m,料浆自流输送的最大充填倍线为3.29。试验结果对鞍钢矿山的充填系统设计具有指导意义。     

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。     

多元粗骨料膏体稳态制备系统研究

本研究针对戈壁料粒径较大,且级配不连续,出现两头大中间小,通过添加一定冶炼渣优化其级配组成。通过开展充填物料基本性质测试、最优配合比试验等,确定了戈壁料与冶炼渣的最佳配合参数及核心工艺参数,即戈壁料∶冶炼渣=7∶3、充填浓度为78%至80%、灰砂比在1∶6至1∶10;同时由于戈壁料中含有大量的大颗粒骨料、冶炼渣比重较大,难以实现制备高质量均质膏体料浆的技术难题。本研究提出基于进料源头实现精准计量,多环节控制混合搅拌精度的技术;并以此标准,根据戈壁料、冶炼渣的特性,研发了多元粗骨料均质混拌技术系统、混合骨料精准给料与计量技术与装置、混合骨料料浆搅拌技术与装置。实现粗骨料从进料源头上开始精准计量,严格控制多元骨料连续稳定给料,提高多元粗骨料搅拌效果,从而确保多元粗骨料膏体稳态制备,保障充填质量。     

混合充填集料粒径与级配对料浆流动性影响

在充填采矿中利用选矿尾砂、采掘废石是降低充填采矿成本的重要途径,混合料浆集料的粒径级配对充填料浆管道输送的流动性、抗离析及管道阻力具有显著影响。采用土力学中的曲率系数及不均匀系数来评价集料级配不能合理评价混合充填骨料级配优劣。针对金川矿山棒磨砂、全尾砂和戈壁砂混合充填骨料,开展了混合充填料浆的塌落度和流变特性试验,研究混合骨料的细度模数、-75μm细颗粒含量及粗细比对料浆塌落度和流变参数的影响。试验结果表明,在一定质量浓度的范围内,充填料浆塌落度与粗细比呈凸二次曲线关系,与-75μm细颗粒含量呈负线性关系,与细度模数呈正相关关系;料浆的初始剪切应力和粘度系数与细度模数、粗细比呈负相关关系,与-75μm细颗粒含量呈正相关关系。由此可知,采用混合骨料时,细颗粒含量和粗细比两个指标能够合理评价混合骨料的级配优劣。     

杜达铅锌矿粗骨料充填料浆流动性研究

杜达铅锌矿充填系统由于尾砂性质等原因,充填骨料不能采用单一的全尾砂或分级尾砂。根据现场情况决定在分级尾砂中掺入粗骨料(戈壁集料或水库沉砂),充填料浆由于粗骨料的掺入,骨料平均粒径变粗且级配发生变化,料浆和易性变差,易离析。为了研究"粗骨料充填料浆"的流变性能,现场采用了L管模型对充填料浆的流变参数进行了测定和计算。研究表明,当"粗骨料充填料浆"满足"结构流"所需的基本条件且浓度控制在一定范围内时,可以获得比较好的充填料浆流态。     

新型胶凝材料的流动性试验研究

为了检验开发的新型胶凝材料充填料浆的流动性,开展了不同胶砂比和不同质量浓度的全尾砂充填料浆的塌落度、稠度和分层度的试验。试验结果表明,在相同胶砂比、相同质量浓度条件下,新型胶凝材料充填料浆与32.5#水泥充填料浆的流动性相差不大;新型胶凝材料充填料浆能满足管道输送的要求;该新型胶凝材料对全尾砂的固结效果远远超过了水泥。     

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。     

尾砂—戈壁料胶结充填技术研究

阿舍勒铜矿充填采用戈壁料作为粗骨料,尾砂作为细骨料,经添加水泥搅拌均匀后通过管道自流输送至充填采场,与粗骨料细磨和泵压输送工艺相比,其流程大为简化且运营成本低,系统生产能力大,充填料浆在管道及采场中呈结构流动,不产生分层、离析等不良现象,避免了管道堵塞,减小了管道磨损。该充填工艺技术制作的灰砂比为1∶8,1∶3的充填体,28 d强度分别达到1.027,3.83 MPa,满足阿舍勒铜矿不同采矿方法的生产要求,为矿山取得了良好的经济效益和技术支撑。     

井下泵送混凝土充填工艺配比参数试验研究

兴发集团兴隆矿利用经废石破碎成-10mm且具有连续级配的碎渣作为充填骨料,采用泵送混凝土充填工艺,经充填料浆流动性试验及强度配比试验确定,其充填浓度为82%、砂灰比为4时,能够满足泵压输送及回采强度的要求。     

破碎风化砂粗骨料高浓度充填料浆输送阻力特性分析

矿山充填管道输送系统的设计主要依据充填料浆输送阻力的特性参数,依此来确定输送方式、管径、流速等输送参数,某银矿通过改造矿山闲置的一套混凝土搅拌站,采用矿山周边地表丰富的风化砂经破碎后作为充填骨料制备充填料浆,为了确定管道输送参数,通过流变仪对不同配比的充填料浆的流变参数进行测定,计算不同工况条件下的管道阻力损失数据,同时与经验公式计算的结果进行比较,从而为矿山充填输送系统设计提供依据。     

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。     

高浓度全尾砂结构流胶结充填材料试验研究

对中钢集团山东矿业有限公司进行了充填材料试验研究,以确定合理的充填料浆制备输送参数及充填料配比,实现高浓度尾砂结构流胶结充填工艺。研究结果表明:该公司采场充填尾砂粒级分布较好、级配较均匀,尾砂沉降速度较快;水泥-尾砂充填料浆制备输送浓度为68%~72%时的管道流动输送性能较好,保水性能良好,基本不产生离析、沉降等不良现象;不同灰砂比的充填试块凝固硬化正常,后期强度增长稳定,试块强度总体较好,在一定条件下,多加水泥提高料浆浓度有利于充填体强度的提高。     

杜达铅锌矿充填骨料粒级组成分析研究

充填骨料粒级组成对充填料浆的流动性、保水性、粘聚性均有较大影响,杜达铅锌矿采用戈壁集料作为充填骨料,针对其大块率高、含泥量低、级配不均等缺点,将戈壁集料混入少量土后进行破碎分级得到3种物料,并对这3种物料按一定比例组合后进行坍落度试验,试验结果表明:当-1mm粒径累计含量35%以上时充填料浆可以获得比较好的和易性,推荐粒级配方在工业试验中取得了成功,实现了大颗粒、粗骨料充填料浆的顺利输送与胶结充填。     

泵送剂对膏体料浆管道输送的影响

膏体泵送系统沿程阻力大,常造成管路爆裂、接头泄漏等事故,严重制约着膏体充填技术的进步与发展。以流变性能极差的某铜矿膏体料浆为例,在满足充填强度和泵送要求的前提下,通过添加泵送剂改善膏体的流变特性,与不添加泵送剂作对比实验,分析了时间对添加泵送剂后料浆流变特性的影响。实验表明,该铜矿全尾砂膏体符合宾汉体特征,添加泵送剂减小了浓度对流动性能的影响,在满足输送条件下,可使流变性能极差的膏体料浆浓度提高到78%。结合理论分析,探讨了充填料浆在添加泵送剂条件下的减阻作用及长时间作用下膏体坍落度损失机理,认为泵送剂可以有效应用于膏体料浆管道输送减阻、降低管道磨损,且负面影响很小。