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金川矿山废石—全尾砂高浓度充填料浆管输阻力模型研究

王晓宇  
【摘要】:废石-全尾砂高浓度充填料浆是以普通硅酸盐水泥为胶凝材料,以矿山废石破碎集料为骨料,与全尾砂按一定的比例混合、搅拌而制成的重量浓度75%以上的非牛顿(似)均质浆体。该料浆具有良好的稳定性、流动性和可泵性,并且形成的充填体的强度高,成本低,可以适应不同矿山的充填要求。废石-全尾砂高浓度充填工艺是当前解决矿山固体废料排放的最有效途径,是绿色采矿的主体支撑技术之一,也是矿山充填研究的主攻方向。 为使废石-全尾砂高浓度充填工艺与地下矿山的深部、复杂条件下采矿相匹配,实现连续、高效的应用废石、全尾砂进行采场空区充填,废石-全尾砂高浓度充填料浆的输送就必须采用管输方式。由于粗粒级碎石的影响,料浆的流变特性和输送特性均会发生很大变化,因此其管输阻力也发生较大变化。充填料浆管输阻力直接影响到充填系统的设计与工程应用,因此充填料浆管输阻力的计算就显得尤为重要。但是,目前关于高浓度浆体的管输阻力计算方法尽管很多,但其局限性很大,不能适用废石-全尾砂高浓度料浆的管输阻力计算。 本次试验依托金川公司二矿区充填系统,进行了系统的废石-全尾砂高浓度料浆环管试验与理论分析,研究表明:①在合理的配比和浓度条件下,废石-全尾砂高浓度充填料浆的泵压管道输送是完全可行的。②废石-全尾砂高浓度充填料浆流变模型为τ=τ0+η(dv/dy)n,(n≥1),多属屈服胀塑性体。③在相同重量浓度和废石尾砂比条件下,料浆的管输阻力随料浆流速的增大而增大;在相同流速条件下,当废石尾砂比为5.0:5.0-6.5:3.5,料浆的管输阻力随重量浓度的增大而增大,且重量浓度不宜超过80%。相同重量浓度和流速条件下,当废石尾砂比在5.5:4.5-6.5:3.5之间,料浆的管输阻力随废石尾砂比的增大而增大,通过比较得出废石尾砂比为6.0:4.0是合理的配比。④多因素回归分析表明,各因素对废石-全尾砂高浓度料浆管输阻力影响的大小顺序为:废石尾砂比(t=7.377)平均流速(t=7.179)重量浓度(t=5.906)料浆容重(t=3.021)。⑤管输阻力数据回归结果表明,应用式.f=a+bvc回归的相关性系数很高,表明该公式可用来进行废石-全尾砂高浓度充填料浆管输阻力的计算,其误差很小,且公式中各参数的物理意义更为明确。 本文的研究成果目前已在金川矿山二矿区井下废石充填系统设计中得到了应用,并可为其它类似矿山提供借鉴。


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