高浓度充填料浆自流输送浓度与管径匹配研究

以司家营铁矿区大规模充填开采为研究背景,通过物理试验分析全尾砂充填料浆的流变特性,结果得出质量分数大于或等于70%的充填料浆具有初始剪切应力,流变模型为宾汉体,质量分数大于76%的料浆流动性差。基于静力平衡理论分析高浓度充填料浆管道输送阻力损失,基于自流输送机理分析了充填倍线与阻力损失的数值关系,进而构建高浓度充填料浆自流输送本构模型。采用该模型进行理论计算,得到不同管径条件下的最佳自流输送浓度,分析得出最佳输送浓度随管径呈对数增长的变化关系,通过数值拟合提出自流输送浓度与管径的匹配公式。     

多场耦合条件下充填料浆管道输送数值模拟研究

为探究温度场对料浆管道输送过程的影响,揭示料浆大倍线输送规律,进行了流变场和温度场耦合条件下充填料浆输送过程的数值模拟。首先通过塌落度试验对充填料浆的流变特征进行了简要分析,确定高质量分数充填料浆的流变模型,在此基础上建立了高质量分数全尾砂管道输送的数值模型。利用COMSOL软件的多物理场耦合功能对温度场及流变场进行耦合,基于此对高质量分数料浆的管道输送过程进行模拟,分析温度场对充填倍线的影响,最后以冀东某铁矿为例,对模型进行了检验。研究结果表明,在温度场的作用下,料浆管道输送倍线显著增加,且其增长幅度与料浆质量分数呈正相关。在考虑温度场的条件下,模拟结果与其实际情况一致,证明模拟结果可靠,可为料浆大倍线输送的设计提供理论依据。     

充填料浆流变参数试验研究

针对某矿山全尾砂胶结充填料浆在管道内的稳定输送问题,对充填料浆流变特性进行了试验研究,通过设置质量分数为66%、68%、70%、72%全尾砂料浆和添加胶结剂情况下灰砂比1∶8的料浆流变参数试验,分析不同质量分数及灰砂比1∶8的充填料浆流变参数。试验结果表明:尾砂料浆的流变参数与料浆质量分数有关,质量分数越大,流变参数值越大;在相同的料浆质量分数下,添加胶结剂的尾砂屈服应力和黏性系数比没有添加胶结剂的尾砂大。     

基于FLUENT的全尾砂充填料浆输送特性模拟与分析

为了揭示矿山全尾砂充填料浆的管输特性,以鞍钢张家湾铁矿的充填系统为例,对全尾砂充填料浆在实际质量分数和流量下的输送特性进行FLUENT模拟和分析,研究结果显示:灰砂比为1∶8、质量分数为70%~72%的料浆在几何倍线3~4的实际充填作业中可以实现自流输送;当充填流量一定时,质量分数72%的料浆相对于70%的料浆流动状态更加稳定,呈现更好的结构流状态,故而在满足充填系统能够自流输送的前提下,料浆质量分数的增大可以提高充填系统的输送稳定性;相同质量分数下,沿程压力损失与入口流量呈正相关。     

某铜矿全尾砂胶结充填料配比实验研究

某地下矿山现行充填配比下,胶结充填体力学参数无法满足工艺要求。采用正交试验方法对全尾砂胶结料浆的坍落度、充填体试件养护28d和90d的力学参数进行研究。在此基础上,借助MATLAB软件进行多元非线性回归分析,建立各力学参数预测模型。根据预测公式及矿山实际充填要求,寻优后得出水泥用量14.3%、料浆质量分数76%时,胶结充填体的单轴抗压强度、弹性模量、内聚力分别为1.518 MPa、0.246GPa、0.618 MPa,此为最优充填料配比。     

磷石膏基材料在磷矿充填中的应用

利用磷石膏和磷渣可配制出性能优良的矿山充填料,提高矿山资源的综合利用率,防止山体崩塌开裂,同时综合利用了工业废渣,减轻环境污染。充填料浆体的浓度对工作性和强度有显著影响,适当的料浆浓度既能保证浆体具有足够的自流性能,同时其强度发展也较为理想;磷渣在激发剂的作用下逐步水化硬化,与磷石膏构成一个结晶结构体,其强度随着磷渣掺量的增加而提高。浆体的自流性能可简化充填工艺,降低充填成本。     

黄土-粉煤灰基新型充填材料性能研究

充填开采是实现矿山安全绿色开采的重要途径,要求充填材料来源广泛,成本低,且必须能满足充填工艺需求。为探究黄土含量对膏体充填材料流动性和力学性能的影响规律,通过室内试验测定了不同类型粉煤灰、不同黄土含量条件下膏体充填材料的屈服应力和抗压强度等参数。研究结果表明:用黄土替代粉煤灰制作充填体,取材方便,成本低,且黄土颗粒能很好地包裹大颗粒,减少颗粒输送中对管道内壁的磨损,提升料浆流动性;随着黄土含量增加,充填体抗压强度会逐渐增大,但当黄土含量超过12.5%(质量分数)后,黄土细颗粒会阻碍水泥和其他物料之间的黏结,导致抗压强度有所降低;黄土与粉煤灰质量比为2∶8、3∶7,养护期为28 d时,充填材料既符合充填工艺要求,又能最大程度降低充填成本。     

棒磨砂-河砂-粉煤灰混合充填料配比试验研究

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生显著影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰三种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率的试验研究。结果显示,2:8的河砂+棒磨砂混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

矿浆管道输送临界流速试验研究

为了精确计算矿浆管道输送的临界流速,根据前人试验数据,分析了浆体浓度、管道直径、浆体粒径组成及浆体密度等对临界流速的影响,并进行机理分析。在研究前人计算临界流速公式的基础上,提出计算临界流速公式新模型及临界流速的新定义,通过量纲分析拟合出临界流速计算新公式,并对新公式进行验证。结果表明,临界流速随着浆体浓度和管径的增加而增大,随颗粒粒径和管径比值的增大而减小。本文的试验临界流速实测值与计算值最大误差为2.69%,平均误差为1.29%;文献中试验的临界流速实测值与计算值平均误差分别为4.18%、10.25%、11.45%;临界流速计算新公式平均误差均在12%以内,满足稀悬液浆体管道输送临界流速的预测要求。     

膏体倾斜管道自流输送水力坡度研究

通过倾角为40°、50°和60°的膏体管道输送试验结果,分析了膏体管道输送水力坡度的影响因素,研究了膏体屈服应力和刚度系数与膏体浓度的关系.在水平管道水力坡度计算公式的基础上,通过分析发现,倾斜管道中的水力坡度相对于水平管道水力坡度减少值与福氏数、浆体浓度和管道倾角有关.通过绘图分析以上参数对水力坡度减少值函数的影响规律,给出了水力坡度减小值函数的表达式,进而给出了膏体倾斜管道自流输送水力坡度的计算模型.采用70°倾角膏体输送试验结果对作者所提出的模型进行了检验,发现最大偏差在12％以内.     

掺加粉煤灰混合骨料胶结充填体强度试验研究

为了解决金川矿山废石粗骨料充填采矿存在的分层离析技术难题,首先对该矿-12 mm破碎废石、-5mm棒磨砂及粉煤灰等充填骨料进行级配特征粒径分析。分析结果表明,3种骨料均不适合作为单一充填骨料;然后以粉煤灰作为细骨料,开展废石棒磨砂粗骨料掺合料的级配优化与胶结充填体强度试验,通过不同掺量粉煤灰替代混合粗骨料的胶结充填体强度试验,研究粉煤灰掺量与充填体强度和沉缩率的关系。试验结果表明,粉煤灰对充填体早期强度增长不利,对后期强度增长的促进作用明显,28d强度是3d强度的3.4倍,是7d强度的1.8倍。最终确定的充填料浆最优配比为:胶凝材料添加量为290kg/m~3,粉煤灰掺量为200kg/m~3,料浆质量分数为82%。     

高海拔地区矿山全尾砂胶结充填配比研究

为了获得安全、经济、合理的充填配比,通过开展采场内充填体强度试验,运用极差、方差和回归分析法对充填体强度影响因素的敏感性进行分析,并结合Design Expert软件应用响应面法对各因素的交互作用进行分析,结果表明:充填体强度的影响因素排序为灰砂比养护龄期料浆质量分数;灰砂比、料浆质量分数与灰砂比、养护龄期之间交互作用影响显著,灰砂比对充填体强度的影响最大,料浆质量分数对充填体强度的影响不明显,在充填过程中应以料浆流动性为主要考查指标。因此,矿山在充填过程中应严格控制灰砂比,同时要保证充填体的养护龄期。     

矿山黄土膏体充填材料的试验研究

膏体充填材料是矿山采空区的主要充填材料,以黄土、粉煤灰为主料,以水泥、石灰碱性材料为辅料,采用5因素、4水平的正交设计方法对黄土膏体充填材料进行试验研究,分析每个因素水平对黄土膏体充填材料的工作性、凝结时间,结石率和抗压强度的影响.试验结果表明:料浆浓度为60％,黄土粉煤灰质量比为1:2,辅料占固料30％,外添加剂占固料质量6％,养护期为28 d时,充填材料在满足工作性,凝结时间和结石率的同时,充填材料的抗压强度最大,为降低充填材料成本提供了新的途径,对实际工程的应用有着重要的意义.     

基于模糊数学-层次分析法的水泥胶结充填料浆配比优化研究

针对某矿山残矿回采时充填效果存在的问题,采用水泥胶结全尾砂充填.根据充填料浆的力学性质和流动性能,初步确定影响充填效果较大的因素:28 d单轴抗压强度、单位沿程阻力和自然沉降速率.为了进行充填料浆配比优化研究,应用模糊数学和层次分析法分别建立各配比的隶属度矩阵和以上影响因素的权重矩阵,通过模糊决策确定该水泥胶结全尾砂充填料浆的最优配比:灰砂比(水泥用量∶全尾砂用量)1∶4、浓度72％.优化结果表明:在保证料浆充填体的强度前提下,最优配比可以有效改善料浆输送性能,减少充填成本.     

废石-石粉混合骨料固结粉胶凝材料充填体强度试验研究

为了降低金川镍矿下向分层胶结充填的采矿成本,应用固结粉新型胶凝材料和废石粗骨料进行充填法采矿。针对废石粗骨料充填料浆存在的分层离析问题,以石粉作为细骨料,开展废石-石粉混合骨料的胶结充填体强度试验。首先,开展废石-石粉不同配比混合骨料的粒径级配分析;然后,针对不同石粉掺量,开展了混合骨料固结粉胶结充填体强度正交试验。通过对试验结果进行极差分析和二次多项式逐步回归分析,获得的充填料浆优化配比为:石粉质量分数30%、固结粉体积质量3 100kg/m~3、料浆质量分数80%;最后,对充填料浆优化配比进行验证试验。试验结果表明,废石-石粉混合骨料固结粉胶结充填体3d、7d、28d强度分别达到1.68MPa、3.06MPa、7.80MPa,满足该矿下向分层进路胶结充填强度要求,已在该矿山成功应用,获得了显著的经济、社会与环保效益。     

高沙充填材料的输送性能研究

通过研究质量浓度、灰沙比、减水剂、缓凝剂等对高沙充填料浆的坍落度、泌水率、初凝时间等输送性能的影响规律,确定了满足充填料浆自流输送性能要求的高沙充填材料配比:灰沙比为1:8,质量浓度为85％,聚羧酸高效减水剂为0.3％～0.4％,葡萄糖酸钠缓凝剂为0.07％.研究结果表明,随着料浆质量浓度增大,泌水率下降,初凝时间减小.风积沙掺量增加,料浆流动性变差,初凝时间逐渐减小,泌水率增加.减水剂的加入使得泌水率得到大幅度的下降,坍落度显著改善.缓凝剂的加入有效延长了充填料浆的凝结时间,有利于长距离管道输送,葡萄糖酸钠缓凝剂掺量在0.05％～0.09％范围内缓凝效果明显.     

无机高分子絮凝剂在胶结充填应用中的选择及影响分析

对絮凝剂作用于胶结充填的各个环节进行筛分试验,选出的絮凝剂解决了国内某矿山充填砂仓沉砂不足、充填料浆采场沉降脱水困难等问题,并对所选絮凝剂对胶结充填影响进行试验分析。通过筛分,最终确定选用800万和1800万分子量的阴离子型聚丙烯酰作为该矿山胶结充填的添加剂。同时试验证明所选絮凝剂可以增加充填体的早期强度,对充填料浆粘度的影响也在可控范围内。     

某矿山全尾砂充填试验研究

某矿山多年来一直使用分段空场法开采,形成了大量空区,且随着开采深度的增加,地压对采场稳定的影响越来越显著,安全问题突出,故决定使用充填法开采深部矿体。针对该矿山的全尾砂进行了试验研究,得知当料浆灰砂比相同时,坍落度与其质量分数呈负相关关系,然而灰砂比的变化对坍落度产生的干扰并不大,充填体的抗压强度与灰砂比和料浆质量分数均呈正相关关系。为满足不同时期对充填体不同强度的要求,最终选择最优的灰砂比为:打底或胶面时为1∶4,一步骤采人工矿柱时为1∶6,二步骤采矿房及嗣后充填时为1∶12,料浆质量分数为72%。     

充填体中全尾砂、江砂和水泥混合材料配比研究

针对某矿选厂的全尾砂硫含量较高,不利于充填体输送的问题,将江砂掺入胶结充填体的骨料中,并按不同的江砂与全尾砂比、灰砂比制备全尾砂、江砂和水泥的混合充填体料浆。通过全尾砂、江砂混合配比的可行性分析、单轴抗压强度试验、沉降性能与脱水性能分析,再结合该矿的充填能力与技术要求,最终确定最佳配比为:江砂与全尾砂比1∶4,灰砂比1∶8,料浆质量分数70%。     

粘土水泥浆材流变性能及其对灌浆的影响

粘土水泥浆材性能优越,已广泛应用于水利、矿山、垃圾填埋场等防渗堵漏及基础加固工程,浆材的流变性能对其可灌性和扩散距离有重要影响.利用Broolfield+ R/S流变仪对层流状态下不同配比的粘土水泥浆材的流变参数进行了试验研究,探讨水固比、粘土掺量、温度和岩土体吸附作用及压滤作用等因素对其流变性能的影响.结果表明:粘土掺量对水固比为0.6∶1与1∶1的浆材流变参数影响显著,对水固比为1.5∶1与2∶1的浆材影响微弱;同配比浆材在不同温度下有不同的流变模型.由于岩土体对浆材的吸附作用,浆材的粘度和屈服应力随时间逐渐增大;浆材在岩土体中的压滤效应对粘土水泥浆的流变特性影响较纯水泥浆小,但是同样空隙条件下,粘土水泥浆材更易发生压滤效应.浆材流变性能对其扩散距离的影响显著,粘土水泥浆材的扩散距离明显小于水泥浆材.