高浓度全尾砂浆大垂高长距离管道输送阻力计算与工程实践

甲玛矿选矿厂至充填站的尾砂浆输送工况为向上垂直高度398 m、距离2.2 km,属于国内罕见的大垂高、长距离输送范畴,技术上存在较大难度,准确确定浆体管道输送沿程阻力损失是进行管道输送系统设计的关键。为克服目前采用环管试验测定管道沿程阻力损失方法耗时耗力、成本高的问题,首先采用旋转式流变仪测定了甲玛矿高浓度尾砂浆的流变参数,通过数据拟合确定了尾砂浆浓度在64%～68%时,其流变特性符合宾汉姆（Bingham）流体模型。其次利用该模型,结合白金汉（Buckingham）定理,在理论上推导了管流沿程阻力损失理论公式,并对甲玛矿不同浓度尾砂浆体管道输送沿程阻力损失进行了计算,论证了甲玛矿隔膜泵额定泵送压力为9 MPa时可满足泵送要求。最后通过对甲玛矿充填系统尾砂供料隔膜泵实际运行出口压力监测,并与理论计算结果进行了对比。研究结果表明,采用该计算模型对甲玛矿高浓度全尾砂浆输送具有很好的适用性,为管道输送设计提供了理论依据,对类似矿山具有重要借鉴意义。     

全尾砂充填高浓度砂浆搅拌槽试验研究

以某铁矿选矿全尾砂为充填骨料, 通过配制不同灰砂比和不同浓度的高浓度砂浆, 对CKФ3 m×3 m高浓度砂浆搅拌槽样机的性能指标进行了现场试验研究。结果表明, 砂浆浓度不大于75%时, 样机搅拌能力足够, 搅拌均匀性较好, 最佳搅拌时间为15~20 min, 底部排浆口较溢流口排浆效果更好, 满足矿山高浓度充填中搅拌浓度和充填能力的要求, 适合全尾充填过程中高浓度砂浆搅拌制浆工艺。     

两种胶凝材料的全尾砂浆流变特性试验研究

通过对新型胶凝材料和水泥两种材料的对比试验,分析了影响全尾砂充填效果的因素,全面揭示了全尾砂充填作业中不同胶凝材料对流变特性的影响,论证了新型胶凝材料在充填作业中的优势,为优化充填料浆配比和管道输送参数奠定了基础。     

非恒温条件下全尾砂浆絮凝沉降规律研究

全尾砂浆的快速絮凝沉降对于充填工艺的完善与发展具有重要意义。通过控温设备进行全尾砂浆室内絮凝沉降模拟试验,得到不同温度下浆体絮凝过程中最大沉降速度的变化曲线,然后根据温度对最大沉降速度的影响效果将其划分为5个温度影响区间,并从双电层排斥力、分子动力学及高分子絮凝原理的角度对其影响机理进行阐述。研究结果表明:在APAM添加量为20 g/t、矿浆质量浓度为10%时,浆体最大沉降速度于20℃攀升至0.81 cm·s^-1,随后在25℃下降至0.42 cm·s^-1,且在5～20℃及25～40℃之间均呈上升趋势,不同温度区间内的最大沉降速度值相差可达193%。     

考虑温度影响的全尾砂料浆流变性能研究

为了探究考虑温度变化下的全尾砂料浆流变性能,以某铁矿全尾砂料浆为试验对象,采用正交设计方法设计实验,利用控温浆式流变仪对料浆进行流变测试,分析了质量浓度、温度和灰砂比对流变参数的影响规律。结果表明：料浆屈服应力的影响权重为质量浓度>温度>灰砂比,质量浓度影响最为显著;各因素间均存在一定的交互作用,质量浓度高于79%后,温度和浓度交互作用明显,屈服应力急剧上升;充填过程中料浆浓度控制在78%以下能够满足流动性和浓度的要求,并降低温度和灰砂比的影响。     

超声聚能器作用下全尾砂浆浓密沉降试验

为探究超声聚能器产生的超声波对全尾砂浆浓密的促进效果,采用自制砂仓模型进行全尾砂浆浓密沉降物理试验,基于控制变量法探究在全尾砂沉降不同时刻施加超声波,及不同功率的超声波对其浓密沉降效果的影响。研究结果表明：超声波在清水及全尾砂浆中的声强衰减规律类似,在距离上均可分为持续衰减阶段与波动衰减阶段两个阶段。在持续衰减阶段,超声波在清水中的声强值与功率的大小关系呈反比,在全尾砂浆中则呈正比;而在波动衰减阶段,两种情况下的声强值都随着功率的增大而增大。此外,两种情况下的声强衰减率在持续衰减阶段均与功率大小呈正比,在波动衰减阶段均呈反比;而从全过程来看,两种情况下声强最终衰减的百分比均随着功率的增大而减小。在实际生产中,并非施加超声波就能改善全尾砂浆的浓密沉降效果,超声波的功率大小及在全尾砂浆沉降过程中的施加时刻均影响全尾砂浆沉降效果,这种影响甚至会对全尾砂浆的浓密沉降起到反作用。     

我国全尾砂高浓度（膏体）胶结充填简述

先进充填设备的成功研制促进了充填技术的提高，加速了全尾砂高浓度（膏体）胶结充填的广泛应用。通过分析全尾砂高浓度（膏体）胶结充填特点，简要介绍了我国全尾砂高浓度（膏体）胶结充填研究及胶结充填系统设计，并提出了我国全尾砂高浓度胶结充填的发展重点。     

高位差输送全尾砂浆体的水力计算研究

全尾砂充填是目前充填技术发展的主要趋势,而关于全尾砂的水力计算国内外研究者做了大量的试验工作,得出了不同形式的经验公式。详细介绍了全尾砂输送的计算过程,首先对尾矿的性质进行试验,确定尾砂出选厂时的体积比、密度、平均粒径、沉降速度,然后确定一定的流量和临界流速及相应的输送管道管径,从而确定水力坡度、摩擦阻力系数,最后根据流量、扬程和总水头确定水泵,同时在计算过程中解释了相关的概念,根据实际情况推荐了合理的计算公式。与传统的多方案比较法相比,该高位差输送全尾砂浆体的水利计算方法具有计算简便、准确的优点,此法对一般的管道输送方案优化也具有指导意义。     

新型充填胶凝材料全尾砂浆工作特性试验研究

针对全尾砂开发的以铁矿渣、石膏、石灰为主要胶凝剂的新型充填胶凝材料,胶结效果明显优于水泥,且此新型胶凝材料成本较低,具有很高的经济效益。对新型充填胶凝材料全尾砂浆的塌落度、稠度、泌水率等充填砂浆工作特性进行了试验研究,由此评价新型充填胶凝材料全尾砂浆的自流输送特性。通过对实验数据的回归分析,获得了新型胶凝材料全尾砂浆的工作特性曲线。结果表明:新型胶结材料全尾砂浆的最佳浓度范围为79%~81%,料浆保水性能良好,没有产生粗细颗粒分离及脱水或大量泌水等不良现象。对新型充填胶凝材料与水泥两种材料的全尾砂浆工作特性对比分析结果表明:两种胶凝材料的全尾砂浆都具有良好的流动性和稳定性,不存在本质上的差异,新型充填胶凝材料可以替代水泥用于全尾砂管道输送充填系统,并发挥低成本高效益的优点。     

废石-全尾砂高浓度充填料浆管输阻力影响因素分析

在废石-全尾砂高浓度充填料浆泵压管输方面,由于粗粒级废石骨料的加入,料浆的流变特性和输送特性均发生很大变化,因此其管输阻力也发生较大变化。文中对环管试验所测得的管输阻力数据进行了分析,在一定范围内表明了流速、质量浓度、废石尾砂比等因素对管输阻力的影响。     

运动状态下全尾砂胶结料浆流变参数时变性研究

全尾砂胶结料浆在管路输送过程中流变参数具有时变性。以连续搅拌方式模拟料浆在输送过程中的运动状态,借助Brookfield流变仪研究了不同质量浓度和灰砂比条件下,搅拌时间对料浆流变参数的影响规律及作用机理。研究结果表明:1)当搅拌时间逐渐增加时,灰砂比1∶5,质量浓度分别为72%、74%和76%的全尾砂胶结料浆其屈服应力和黏性系数均随之增大,且料浆质量浓度越高,搅拌时间对料浆流变参数的影响越显著;2)质量浓度74%,灰砂比分别为1∶5、1∶10和1∶15的全尾砂胶结料浆屈服应力和黏性系数也随搅拌时间的增加而增大。料浆流变参数增大的主要原因为:料浆中水泥水化反应产生的具有凝聚网络结构的凝胶成分含量随时间的增加而不断增加。     

特大型铁矿全尾砂胶结充填试验

影响胶结充填体强度的因素主要有料浆浓度、灰砂比、养护时间等。不同灰砂比的胶结充填体具有不同的物理力学特性,灰砂比大、水泥含量过高,胶结充填体有较好的承载和自稳能力,但对于特大型铁矿采场中的大体积充填体而言,会大幅度提高充填成本。因此,在大孤山选厂全尾砂特性试验研究的基础上,进行了系统的全尾砂胶结充填试验,确定了合理的料浆浓度和灰砂比等参数,为制定特大型铁矿充填采矿方案提供科学的依据。     

全尾砂胶结充填作用机理实验及数值模拟研究

采用钢筒实验,得到了岩柱被不同配比的全尾砂胶结充填料包围受压时的强度特征曲线,根据曲线特征将受压过程分为了三个阶段,充填体配比为1：6时,其单轴抗压强度增大了42.9%,表明充填体与围岩共同作用,可显著提高岩柱的抗压强度。以某铁矿采用充填法开采为例,采用FLAC数值模拟,当空场在充填30%~65%时,空场底板应力及矿柱的竖向应力集中区域均变小,充填体施压于围岩,对围岩起柔性支护的作用。研究结果表明,充填体对围岩的支护类型为被动支护,可有效限制围岩继续变形作用,使采场处于稳定状态。     

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%。     

沙溪铜矿全尾砂沉降性能及絮凝剂选型试验研究

全尾砂沉降特性决定其在深锥浓密机中的浓密效率,进而影响充填料浆制备及采场充填效率。为保证沙溪铜矿大规模开采的采场充填效率、提升充填料浆连续稳定制备能力,拟对矿山极细全尾砂深锥浓密控制参数进行优化调整,为此开展了矿山全尾砂自然沉降和絮凝沉降对比试验研究,结果表明：矿山全尾砂自然沉降速率无法满足充填生产需要,需添加絮凝剂加速尾砂沉降;考虑絮凝沉降效果及絮凝剂成本,优选天润P-6型絮凝剂更适合本矿山全尾砂;增加絮凝剂的添加量,能有效提高深锥浓密机中全尾砂沉降速率,但同时会显著降低浓密机底流浓度;综合深锥浓密机中的全尾砂浓密效率及底流浓度,优化确定在15%入料浓度下的絮凝剂添加量为30g/t。可为同类矿山新建深锥浓密机沉降参数管控提供方法参考。     

某铜矿全尾砂/废石复合充填料浆流变特性研究

全尾砂充填料浆流变性能对管道输送及充填体强度有重要影响。对某铜矿充填料浆采用不同配比实验,通过实验数据选取合适的流变模型,用Origin模拟出回归方程,研究了屈服应力、表观黏度与质量浓度、废石掺量、灰砂比的关系。结果表明,屈服应力随质量浓度升高而增大,当全尾砂质量浓度超过70%,屈服应力显著增大;质量浓度为72%时,适量掺入废石能提高充填料浆的初始表观黏度,废石量超过10%,初始表观黏度则会逐渐降低;浓度低于66%,对初始表观黏度几乎没有影响;废石掺量为0时,灰砂比越大,屈服应力越大;废石掺量为10%、20%时,灰砂比大小对屈服应力几乎无影响;废石掺量为30%、40%时,灰砂比越大,屈服应力越小;质量浓度对屈服应力影响最为显著。     

超细全尾砂深锥浓密试验研究

随着膏体充填的广泛应用,超细全尾砂在膏体充填中的使用已越来越普遍,针对铅硐山矿的全尾砂,开展了实验室深锥浓密试验。试验尾砂密度为2.879g/cm^3、渗透系数为0.167cm/h,尾砂中-20μm颗粒含量为46.76%且最大粒径不到1000μm,属于脱水性较差的超细全尾砂。通过对3种不同进料浓度的砂浆进行深锥絮凝沉降试验,得知在完成进料后1h的沉降时间基本可达到最大底流浓度,随着进料浓度的增加,底流浓度无显著提升;结果分析得知,铅硐山全尾砂砂浆可实现的底流质量浓度约为67%。试验结果为超细全尾砂充填工艺设计及深锥浓密机选型提供了重要依据。     

分级尾砂充填料浆的工作特性及多因素影响规律

流动性和强度是决定充填料浆工作特性的两个关键指标。为研究分级尾砂高浓度自流充填的工作特性以及相关因素的影响规律,采用A1.2U6均匀设计法开展了配合比试验,以水泥掺量、料浆浓度、充填剂掺量为变量,以单轴抗压强度、扩散度和塌落度为考察指标,开展了充填料浆的工作特性与影响因素研究。结果表明:料浆浓度与流动性成负相关,Minefill和水泥掺量与流动性成正相关,且料浆浓度对流动性影响最大,Minefill次之,水泥掺量最小;Minefill对高浓度料浆的作用更明显,浓度在68%～70%时,可将其扩散度提高30cm、塌落度提高1～6cm。水泥掺量和料浆浓度与强度成正相关,且水泥掺量对强度的影响性更大,而Minefill对强度基本无影响;Minefill掺量为550mL/t时,水泥掺量提高1%,强度可提高0.1MPa,料浆浓度提高1%,强度可提高0.05MPa。     

某铁矿全尾砂胶结充填体力学性能研究

安徽某铁矿山针对西部矿区-370 m以上的矿体,以及前期预留的矿柱拟采用分段空场嗣后充填采矿法进行回采。利用该矿选场产生的全尾砂作为井下充填骨料,不仅可以减少尾矿长期堆存而产生的各种问题,节约筑坝、防灾和防洪等的工程建设费用,还能改善尾矿对环境造成的污染,为企业取得一定的社会、经济和环境效益。本文从该矿山全尾砂的物化性能入手,通过对全尾砂的物理性质测试和化学元素分析,充填体的单轴抗压强度测试、抗剪强度测试和承压变形试验,获得了不同充填料浆浓度和砂灰比与全尾砂胶结充填体力学性能的关系,为全尾砂作为矿山充填骨料提供了数据支持及理论依据。