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。     

全尾砂充填料浆改性调压输送数值模拟研究

采用计算流体动力学 CFD软件,依据三山岛金矿井下的管路布置情况,建立了大型三维数值计算模型.设置料浆的灰砂比为１∶５,质量浓度分别为６８％、７２％,以及是否添加低密剂等工况,开展数值模拟仿真.根据数值模拟结果,充填料浆质量浓度越高,管道压力也越大.最大管道压力出现在－９６０m 中段,最小管道压力出现在－３３０ m 中段,数值模拟规律与现场实际相符.与不加入低密剂的对照组相比,加入低密剂后,当灰砂比为１∶５,质量浓度分别为６８％、７２％时,管道压力降幅分别为１８．７２％、１８．９７％,说明在充填料浆中加入低密剂能够降低管道压力,且管道压力的降低幅度满足了预期目标.     

减水剂对尾砂充填材料综合性能影响的实验研究

焦家金矿采用上向分层进路充填采矿法进行开采,目前现场使用的尾砂充填料浆固体浓度为68%,其对尾砂利用不够充分,且早期强度也较低,因此采用提高浓度的方式来增加尾砂利用率,由于提高浓度必然使得充填料浆的流动性能变差,不再满足自流输送的需求,因此在充填料浆中加入减水剂改善高浓度料浆的流动特性。经试验发现在加入萘系减水剂之后,明显提高了充填料浆的流动性,同时泌水率有所增加但增幅较小,凝结时间相应缩短,此外随着减水剂的加入,略微增高了尾砂充填体的强度,随着龄期的增长,减水剂对强度的增加作用越明显,相比不掺减水剂的分级尾砂充填体,3d强度提高了10.8%,28d强度增长了29.6%。     

泵送剂对膏体料浆流动性能作用的微结构模型

泵送剂是一种在混凝土工业中应用广泛的外加剂,近年也逐渐应用在矿山膏体充填中,因此研究泵送剂对膏体料浆的作用对膏体充填有着重要的意义。通过R/S型四叶桨式旋转流变仪测定不同浓度下新拌膏体料浆的屈服应力,揭示其流变特性随泵送剂掺量的变化规律,探讨泵送剂对膏体浆体的作用影响。以单粒径悬浮分散体系为前提假设,结合泵送剂的作用机理,建立新拌膏体浆体微结构模型,揭示膏体料浆中颗粒絮凝结构种类及其存在形式、水的存在形态。研究结果显示,泵送剂的加入有效改善了膏体料浆的流变性能,实质上是通过改变膏体中颗粒之间相互作用优化浆体微结构所致;泵送剂改善膏体料浆流动性是打破浆体中絮团结构释放出絮凝水的过程。通过环境扫描电镜观测新拌膏体微结构形貌,验证了模型的合理性。     

脱硫灰渣的改性及其对矿渣基充填料性能的影响研究

为解决脱硫灰渣堆放所带来的环境污染问题,并以其和其他固废为主要原料生产矿山井下充填所需的低成本充填料,在对脱硫灰渣进行改性的基础上,以改性脱硫灰渣、增强剂、石膏、矿渣、尾砂为原料进行了充填料性能试验,并对充填料试件的水化产物进行了SEM分析。结果表明:(1)改性剂CHJ-1可在掺量为2%、改性温度为120℃、改性时间为12 h情况下使脱硫灰渣中CaSO_3的含量降低48.30%。(2)改性脱硫灰渣掺量的变化对充填料浆流动性影响不大。改性脱硫灰渣掺量从10%提高至15%,充填料浆的沉缩率明显减小,各龄期试件的抗压强度均明显增大;改性脱硫灰渣掺量继续提高至20%,充填料浆的沉缩率显著增大,各龄期试件的抗压强度均明显减小。改性脱硫灰渣掺量为15%时充填料浆扩展度为152 mm、沉缩率为1.41%,充填料试件7 d、28 d的抗压强度分别为1.28 MPa和2.86 MPa,满足矿山井下充填要求。(3)改性脱硫灰渣能成功激发矿渣发生水化反应,水化产物主要是棒状的钙矾石、团簇状的水化硅酸钙凝胶,它们之间相互穿插形成的空间网络结构使充填料试件具有结构强度,且随着养护龄期的延长,水化产物数量增多,充填料试件的抗压强度提高。     

粉煤灰掺加量在充填料浆管道输送中的减阻作用

充填料浆在管道中的输送过程就是料浆与管壁碰撞摩擦的过程,摩擦阻力不同,管道使用年限有所不同。主要分析了掺加粉煤灰后,不同配比料浆在充填管道内输送的减阻性能。通过试验发现,粉煤灰自身含有细小的玻璃球状颗粒,在充填管道内能够起到滚珠作用,同时增加管道内颗粒之间的润滑功能。因此,粉煤灰的掺加对于延长充填料浆远距离输送管道寿命,提高料浆流动性,降低输送阻力有着重要作用。     

减水剂对尾砂充填材料综合性能影响的试验研究

上向分层进路充填采矿法是焦家金矿的主力方法,为提高尾砂的利用率和充填体的早期强度,该矿尝试将充填体的浓度提高,由目前的68%提高到71.5%。将浓度提高到71.5%之后发现充填料浆的流动性明显下降,不再满足自流输送的需求。因此本次实验主要研究在充填料浆中加入减水剂后对高浓度料浆流动特性的改善情况,同时测试减水剂对充填材料的其他性能是否有影响。本次研究采用敞口容器、Marsh筒法、圆锥截膜法、单轴抗压强度试验等对加入减水剂前后充填材料的沉降速率及泌水率、流动性、凝结时间、抗压强度进行测定,发现在加入萘系减水剂之后,明显提高了充填料浆的流动性,同时泌水率有所增加但增幅较小,凝结时间相应缩短;此外随着减水剂的加入,略微增高了尾砂充填体的强度,随着龄期的增长,减水剂对强度的增加作用越明显,相比不掺减水剂的分级尾砂充填体,3d强度提高了10.8%,28d强度增长了29.6%。结果表明加入减水剂后的充填料浆满足焦家金矿的自流充填工艺,这为充填料浆的自流输送提供了强有力的理论和工程依据。     

搅拌参数对尾盐充填料浆流动特性及强度的影响

为了提高尾盐充填料浆的质量,实现矿山尾盐低成本、高质量充填,研究了机械搅拌因素对尾盐充填料浆质量的影响.通过分析不同搅拌时间和不同搅拌转速下尾盐料浆的扩展度、塌落度以及试块的3 d、7 d和28 d强度测试结果,探究了不同搅拌条件下充填料浆的搅拌效果.结果表明:随着搅拌转速和搅拌时间的增加,尾盐料浆的均质性有所提 升,料浆中的大块颗粒明显减少;机械搅拌强度的增加能够提高充填料浆的流动性,当搅拌转速为1120 r/min、搅拌时间为150 s时,搅拌叶轮对充填料浆的搅拌效率最高,此时料浆的流动性较好;搅拌时间和搅拌转速的增大可以提高料浆中物料颗粒的碰撞次数,从而强化尾盐和氧化钙之间的反应效果,在一定范围内提高尾盐充填体的强度.     

不同种类引气剂对充填料浆流变特性及力学性能的影响

为探究不同种类引气剂对尾砂充填体力学性能的影响,用矿渣硅酸盐水泥(P.S.A42.5)、某矿全尾砂、城市自来水及3种主流引气剂制备全尾砂充填胶凝料浆,探究不同引气剂对充填料浆的流变特性和充填体早期强度特性的影响,并用SEM探究引入不同引气剂的充填体的孔隙结构。结果表明:十二烷基硫酸钠(K12)的引入使料浆塑性黏度和屈服应力下降,但可改善料浆的流动性;加入引气剂使充填体早期强度下降,加入K12时下降幅度最小。SEM微观结构显示,引气剂引入的气泡使充填体内部产生更多的孔隙结构,孔隙结构增多是充填体强度下降的主要原因;气泡越小越均匀,强度下降幅度越小。综合考虑料浆流变特性和充填体的7 d单轴抗压强度,结合对充填体微观结构的探究,针对市面上的3种主流引气剂,在料浆质量浓度为60%、灰砂比为1∶4的条件下,认为K12最适合用作充填料浆的引气剂。     

焦家金矿充填物料的颗粒级配优选研究

本文通过试验,研究了焦家金矿尾砂的粒级分布规律,分析了尾砂固结材料充填料浆的级配与流动性的关系、尾砂堆积率与溢流尾砂含量关系、最大堆积率与浆体流动性的关系及充填料浆级配与充填体强度的关系。充填物料堆积率越大,浆体的坍落度越大,流动性就越好。研究发现,焦家金矿分级尾砂细粒级尾砂的最佳含量在30%左右,料浆的充填浓度最好介于70%~75%之间,一般现场选用70%左右的料浆浓度。在尾砂固结剂与溢流尾砂含量之和在25%~30%时,统一配比浓度条件下试件强度最大,因此焦家金矿选择料浆浓度为68%,分级尾砂∶溢流尾砂∶尾砂固结剂体积比为70∶20∶10或70∶15∶15比较适宜。     

用粗磷尾矿制备胶结充填材料

为解决湖北三宁矿业挑水河磷矿选厂重介质作业尾矿直接堆存存在的污染环境和土地占用等问题,在对该尾矿进行性能测定的基础上,开展了将其作为胶结材料用于充填采矿的可行性试验。结果表明：磷尾矿颗粒表面粗糙,有害元素含量低,可以作为胶结材料;磷尾矿为骨料制备的充填体不同龄期抗压强度均随灰砂比和料浆浓度增加而增强,但料浆浓度对充填体抗压强度影响相对较大;充填料浆坍落度、坍落扩散度和稠度均随灰砂比和料浆浓度增大而增大。为进一步降低胶结材料成本,还进行了粉煤灰部分替代水泥作为胶结材料的可行性正交试验。结果表明：粉煤灰的添加有利于充填体强度的增高,尤其是后期强度的增长;充填料浆坍落度随灰砂比、料浆浓度和粉煤灰掺量增大均先增后减,且影响程度由强到弱依次为灰砂比>料浆浓度>粉煤灰掺量。由于粉煤灰颗粒粒度细,且部分颗粒呈球形,使其在料浆中可以发挥滚珠轴承效应,减小了磷尾矿颗粒之间的摩擦力,进而提高了料浆的和易性;粉煤灰内部空隙多,随着粉煤灰掺量的增加,需水量也随之增大,导致充填料浆的黏稠性增大,阻碍了料浆中骨料的移动,进而使得坍落度和稠度随粉煤灰掺量增加呈现先增后降的规律。试验确定的胶结材料最佳配比为灰砂比0.250、料浆浓度80%、粉煤灰掺量1.00。利用粉煤灰和粗磷尾矿进行胶结充填具有显著的经济、环境和社会效益。     

外加剂对锡尾砂充填料流动特性及抗压强度影响规律研究

充填料浆的流动特性及强度特性对矿山充填质量有着重要影响。为研究外加剂对锡尾矿充填料浆流动特性及充填体抗压强度的影响规律,选用混凝土复合泵送剂、液体早强剂开展了不同添加量条件下充填料浆塌落度、扩展度,以及3、7、28 d充填体单轴抗压强度试验。结果表明：复合泵送剂的添加大幅增加了锡矿尾砂的塌落度及扩展度,有效改善了充填料浆的流动特性。泵送剂在改善充填料浆流动性的同时会影响充填体的强度,针对锡矿全尾砂充填料浆泵送剂较为合理的添加量范围为0.5%~0.8%。早强剂对锡矿尾砂充填体早期强度影响显著,添加后充填体前期抗压强度大幅度增大,同时对后期充填体抗压强度影响较小,针对锡尾矿充填料早强剂较为合理的添加量范围为0.05%~0.15%。     

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。     

胶结分层充填体抗弯特性试验研究

为研究多层充填体的抗弯特性,用灰砂比为1∶4和1∶8的充填体料浆浇筑各料浆不同占比下的多层充填体试件,开展3点抗弯实验,同时借助颗粒流PFC2D软件进行相同尺寸试件的数值模拟,得出如下结论:当分层充填体的各料浆所占比重相等时,灰砂比为1∶4的充填料浆处于下层时的峰值荷载明显高于其处于上层时的峰值荷载;当灰砂比为1∶4的充填料浆处于上层时,随着其比重从25%增加至75%,峰后面积所占的比重从18%增加至80%,由此说明,当高灰砂比的充填体料浆处于上层时,可以极大地改善充填体的峰后抗弯性能,并且改善程度随着其比重的增加而愈发明显;试件在3点加载的弯曲破坏过程中,按颗粒的接触类型可以分为拉伸区和压缩区,试件的破坏主要是由颗粒间拉伸裂纹的产生和发育而引起的,并且随着裂纹的发育,其两侧颗粒之间的接触力迅速递减为0;分层充填体试件中上下层的分界线具有改变裂纹发育方向的作用,使其沿着分界线不断发育。     

聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化性能研究

为保证聚丙烯腈纤维调控水泥基复合充填料浆满足深井矿山管输要求，以纤维掺量、纤维长度、激发剂掺量、磷石膏掺量为影响因素，开展正交试验，研究各因素对充填料浆凝结时间、稠度、分层度、泌水率及流变性能的影响。研究结果表明：随着激发剂掺量的增加，料浆凝结时间和和易性能呈先降低后增加的趋势，磷石膏对复合充填料浆具有显著缓凝作用。纤维对充填料浆具有促凝增稠作用，当纤维长度为11 mm、掺量为0.2%时，初凝时间为311 min,终凝时间为426 min;当纤维长度为11 mm、掺量为0.15%时，初凝时间为268 min,终凝时间为372 min。掺纤维复合充填料浆流变曲线符合Hershel-Bulkley模型，纤维消耗了胶凝体系的自由水和水化产物，增加了固相颗粒间的碰撞接触，增强了水化产物间的黏滞力和摩擦力，提高了料浆的屈服应力和黏度。     

细粒级尾砂高浓度胶结充填试验研究与工业应用

以某金矿细粒级尾砂高浓度胶结充填为研究背景,通过试验对比分析了料浆浓度和灰砂比对充填体性能和料浆流动性的影响.结果表明:料浆浓度和灰砂比的增加,能显著提高充填体强度;料浆浓度的提高以及灰砂比的降低,均能够提高料浆的流变参数(屈服应力和塑性黏度),使得料浆流动性降低.为提高计量精度和料浆搅拌效果,提出间歇制备连续充填工艺...     

泡沫剂对充填胶结材料强度和流变特性的影响

矿渣尾砂复合充填胶结材料是一种新型的胶结材料,该材料充填体与水泥充填体相比具有强度高、无污染和成本低的特点。通过强度和流变实验对加入泡沫剂的新型尾砂充填胶结材料砂浆进行分析,发现泡沫剂的适当加入不仅不降低胶结材料的强度,反而增加了料浆的均匀性,相同条件下降低了胶结材料用量,改善了料浆的流动性。     

三山岛金矿采场充填脱水工艺改进措施

采场充填脱水效果对充填体初凝时间及其短期和长期强度产生较大影响,三山岛金矿采用溢流管溢流脱水和充填挡墙的土工布渗透脱水,脱水效率不能满足现场工作要求。为此,在充填脱水理论研究的基础上,分析了影响充填脱水速度的主要因素,提出了多项充填脱水改进措施。增设竖直或倾斜的脱水管,更有效地排出充填采场中的重力水,同时避免充填料浆中细粒级颗粒堵塞脱水管。改进充填挡墙设计和滤水布的选取,避免细粒级颗粒短时间内聚集在滤水布附近,影响渗透脱水效果。设计充填管道滤水器,在充填料浆进入采空区前,过滤充填料浆中的部分自由水,提高了充填采场中料浆的浓度,减小了采场充填脱水工作量。改变矿山简单脱水方式,进一步提高采场充填脱水效率,避免影响下一步开采工作的顺利开展。     

泵送剂掺量对充填料浆流动性能及充填体力学性能的影响

泵送剂作为改善充填料浆流动性能的添加剂,已经被广泛应用于矿山,但泵送剂对料浆凝固后充填体力学性能的影响却尚不明确。针对某矿不同泵送剂掺量的充填料浆,开展了料浆塌落度试验、流变试验 、充填体试块单轴抗压强度试验及试块电镜细观试验。结果表明：泵送剂对塌落度呈非线性梯度影响,随着泵送剂掺量不断增加,同剂量的泵送剂对塌落度的影响能力慢慢减弱;屈服应力与塑性黏度均随泵送剂掺量 的增加而降低,泵送剂掺量在超过3%后,屈服应力的下降幅度明显减缓,而对于塑性黏度,掺量超过2%时,其下降幅度就已经开始明显减缓;泵送剂对3 d养护龄期试块强度的影响较弱,而对于7 d、28 d养护龄期试 块,掺量为1%和2%时,对充填体抗压强度的影响是正面的,当掺量大于2%时,充填试块抗压强度呈下降趋势;掺量在1%时充填试块的细观结构是最致密的,随着泵送剂掺量的增加,大孔隙逐渐增加。综合考虑泵送剂 成本、料浆流动性及抗压强度,针对试验中的料浆配比,推荐泵送剂掺量为2%。     

钢渣胶凝体系下矿山充填料的流动性研究

讨论了在无熟料钢渣胶凝材料体系下,矿山充填料流动性的主要影响因素。料浆流动性试验结果表明掺加粉煤灰能明显改善体系的流动性,在一定范围内浆体流动性随着粉煤灰掺量增大而增大,掺量为15%的粉煤灰流动度最高达到220 mm;矿渣对充填料浆体流动性的改善效果不如粉煤灰,但能提高充填体各龄期抗压强度;粗细颗粒级配合理的尾矿对流动性的改善有积极的作用,流动度能最多提高46.7%;料浆浓度对体系流动性和强度影响很大,73%浓度的充填料浆和易性好,流动度最高达到240 mm。