全尾砂充填料浆低密改性试验研究

为解决深井充填过程中充填倍线较小造成的堵管、爆管等事故,提出在充填料浆中加入低密剂进行料浆改性。通过对4种低密剂的改性效果研究,发现DR表现效果最佳,当充填料浆密度降低20%时,每吨尾砂将增加改性成本约6.8元。通过流变测试分析,发现充填料浆在改性前后均属于Bingham塑性体,低密剂的加入使得料浆屈服应力、塑性粘度分别增加了58.34%和27.93%,这主要是由于料浆中存在气泡使得包裹骨料颗粒的水膜厚度减小和气泡桥接作用增加了颗粒之间、颗粒与水化产物之间的凝聚力造成的。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

大倍线自流充填技术在低品位铁矿的应用

矿山充填工程中,为解决充填料浆的长距离管道输送难题,达到自流输送的目的,采用充填管道优选及料浆输送浓度优化的方法,经材质对比分析后选用轻质低阻管道,在适当降低浓度的条件下实现了料浆长距离管道自流输送。结果表明,与正常浓度相比,适当将料浆浓度降低1～2个百分点后在低阻管道中达到了大倍线(η>9)自流输送的理想效果,充入空区后形成的充填体流平性好,未曾出现明显的离析现象,且强度可满足开采技术所需。     

新型减水剂改善充填料浆性能试验研究

为了解决目前凡口铅锌矿因溢流尾砂充填料浆浓度偏低而导致的水泥单耗高、充填体强度偏低等问题,本文采用新型减水剂改善料浆流变性能,提高溢流尾砂料浆的输送浓度及管道输送性能。开展了基于新型减水剂的料浆扩散度、流变试验及充填材料配比试验。试验表明采用新型减水剂可明显改善充填料浆的流动性,对充填体强度产生有益影响。最终确定最优配比料浆的浓度为66%、灰砂比为1:6,节灰率达15.4%,充填体7d单轴抗压强度提高率为42.4%,充填体28d单轴抗压强度提高率为15.2%,实现充填成本降低了为4%,具有明显的经济效益及推广应用的意义。     

计算流体力学在充填料浆管道输送模拟分析的应用及研究发展方向

充填料浆的管道输送作为矿山充填的重要环节,直接影响着充填系统的效率,亟需新的研究手段对浆体管道输送试验方法进行探究。结合计算流体力学(CFD)在充填料浆管道输送分析的应用,介绍了CFD技术的计算方法及流程;分析了近些年CFD在充填料浆流动特性、管道输送特性及管网参数优化等方面的研究现状及应用难点;认为目前CFD应用于膏体输送存在复杂管道输送系统建模和网格划分困难、无法进行料浆输送过程的微观机理研究、料浆输送参数选择困难等问题;对CFD应用于充填料浆输送模拟分析的研究发展趋势进行了探讨,认为提高计算精度和工业化应用将成为CFD在充填领域应用的主要研究方向。     

氟石膏基充填胶凝材料试验研发

针对氟石膏作为胶凝材料用于矿山充填的技术问题,开展了以氟石膏为胶结剂的充填材料试验研究。通过氟石膏化学激发试验,得出氟石膏∶激发剂为2∶1时28d强度激发效果最佳。试验采用密封饱水的方法模拟充填体在井下采场的养护条件,开展了氟石膏、激发剂和全尾砂的固结试验,当激发剂∶氟石膏∶全尾砂=1∶2∶6、充填料浆浓度78%时,充填体28d强度达到2.629 MPa,满足充填采矿法强度要求,实现了氟石膏尾废的资源化利用。     

减水剂在充填料浆中的作用机理及应用研究

提高充填料浆的输送浓度是提高充填体质量、降低充填成本的有效途径之一。为此，开展了减水剂在充填料浆中的作用机理研究并在金川矿山进行了试验与应用，结果表明：在充填料浆中添加高效减水剂可以大大提高充填料浆的输送浓度，并显著改善高浓度充填料浆管道输送性能，减水效率可达15％，充填体强度增大25％～46％，并且可以进一步降低充填材料成本，节省排水排泥费用。     

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.     

奥尔托喀讷什锰矿粗骨料胶结充填体试验研究及配比优化

充填体材料的强度及充填体料浆的浓度、流动性和阻力坡降等是矿山充填体系统设计的关键指标,事关矿山的充填质量及矿山生产安全。为了保证矿山安全生产和降低矿山充填成本,针对奥尔托喀讷什锰矿矿山现状,选取了风化较少的青黑色废石和风化较多的土黄色废石,分别开展了材料基本物化性质试验、充填料胶结强度配比优化试验研究、充填料浆流变参数及输送性能研究等一系列试验。研究了不同粗骨料、水灰比、养护时间及料浆浓度对粗骨料胶结充填体单轴抗压强度、塌落度及充填体料浆流动性的影响,并进一步对粗骨料胶结充填体物料配比进行了优化。实验结果表明:当粗料为全粒径≤10 mm混合废石、灰砂比为1∶4时,充填体试块强度最大,料浆不易堵管或大量堆积于管道中;料浆浓度保持在82%～80%时,充填料浆的和易性和流动性较好;充填体料浆流速随浓度的下降快速上升,静料柱高也显著下降。     

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。     

粗骨料长距离复杂工况下向泵送充填技术与应用

针对某磷矿山粗骨料长距离复杂工况下向泵送充填技术难题,开展粗尾矿破碎筛分试验,确定合理的充填骨料级配;通过研发型号为CSKY01的粗骨料浆充填改性剂,改变料浆性能,保证料浆在管道中长时间不分层不离析且兼具良好的流动性,确定了合理的充填材料和最优级配。同时,通过研发高稳定性膏体大管径低流速输送、大转弯半径零紊流减阻输送、胶凝料浆与非胶凝料浆分流输送、低浓度料浆稳态满管超前导流下向泵送等成套技术,解决了传统充填系统中堵管事故频发、管道阻力大、系统破损严重等技术难题,在长为8 km管道、20 km²大矿区实现了低能耗充填、高可靠性下向泵压输送,取得了良好的经济效益。     

磷石膏充填材料的管道输送研究

参照金属矿山膏体泵送充填理论技术,通过环管输送试验研究了以磷石膏、尾砂、水泥为膏体充填材料的输送性能和流变特性。根据采矿设计要求,在质量浓度为71%,膏体充填材料配比水泥∶尾砂∶磷石膏分别为1∶4∶12,1∶8∶24,1∶12∶36时,测试了不同配比情况下的料浆流变参数。试验结果表明3种配比均呈现宾汉流体的特性,得出料浆特性及管道输送参数,为充填采矿设计提供了依据。     

铜矿全尾砂新型胶凝材料试验

针对铜矿全尾砂含泥量高、颗粒细的特点,试验制备出一种通过复合激活剂激活工业废料的新型胶凝材料。充填体强度测试结果表明,充填料浆总浓度为65%时,新型胶凝材料胶砂比1∶6充填体28 d强度是水泥胶砂比1∶3充填体的1.44倍,高达3.9 MPa,新型胶凝材料胶砂比1∶8 充填体28 d强度为2.5 MPa,接近水泥胶砂比1∶3充填体强度2.7 MPa,满足矿山要求;充填料浆的沉降试验和坍落度试验结果表明,新型胶凝材料充填料浆保水性能好,流动性能满足矿山充填输送要求。新型胶凝材料具有较好的市场推广价值。     

极细全尾砂胶结充填参数优化的试验研究

针对极细全尾砂胶结充填的充填体强度低、胶凝材料消耗量大等问题,以某矿山为实例,通过细粒全尾砂性能评价、自然沉降试验、塌落度试验、配比强度试验和自流输送试验及计算和分析,获得了最佳的充填技术参数。试验结果表明:全尾砂浆沉降24h后其最大浓度为73.4%,仅靠自然沉降无法满足矿山连续充填作业的要求。当全尾砂浓度为78%以上时,难于实现自流输送。为全尾砂浆浓度为74%～76%、料浆流量为150m~3/h、管道内径为150mm时,管内料浆流速为2.36m/s,管道输送阻力为2.1kPa/m～4.4kPa/m,可实现自流输送的充填倍线为4～11。当全尾砂浆浓度为76%、灰砂比1∶4～1∶8时,充填试块60d的强度为1.78MPa～3.62MPa,可满足矿山采空区充填的强度要求。     

基于 L管实验的全尾砂膏体流变特性研究

膏体的流变特性是影响膏体管道输送的重要因素。为获取膏体充填料浆真实的输送流变特性,利用 L 管实验装置,基于宾汉塑性模型获得膏体料浆的屈服应力及塑性粘度,得到不同料浆浓度和灰砂比条件下的管道输送阻力和充填倍线。结果表明：料浆浓度和灰砂比的上升都会导致剪切应力的增加,充填倍线的降低,其中,料浆浓度是影响充填体流动特性的最关键因素,而灰砂比是影响膏体强度的关键因素,但是膏体浓度的影响也不能忽视。根据 L 管和强度特性实验结果以及一二步骤采场的强度和输送需求,分别推荐了采场最佳膏体配比。     

矿山充填尾砂型料的横压成型工艺及模具设计

国家自然科学基金资助项目“浆体管道输送尾砂型料的理论研究及矿山充填的技术创新”提出了“尾砂型料砂浆管道输送和砂浆胶结尾砂型料砖垒式矿山充填”的新概念，这是型料管道输送技术在充填采矿法方面一个突破性的应用，它的思路是将散粒体尾砂压制成为具有一定形状和强度的防水耐磨的密实体型料，然后注入水力输送管道，以掺有胶结材料的尾砂料浆为载流体，泵送到矿山采空区以实现输送浓度高、充填强度高的砖垒式胶结充填。