[分析细粒尾矿充填料浆的流变性及充填能力研究] 细粒尾矿脱水

　　摘 要 本文以中钢集团山东富全矿业有限公司铁矿石细粒尾矿作为填充材料，然后对不同浓度下的充填料浆进行了相关流变性规律的研究，并测定了不同浓度下充填料浆的充填能力（粘度及屈服能力）。
　　关键词 细粒尾矿；重填料浆；流变性；充填能力
　　中图分类号P618 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）80-0151-02
　　为了确保矿山生产高效且安全，我公司采用的开采方式为向上分层充填采矿法，此种方法除了可以治理地下的采空区，避免塌陷及安全隐患，还能提高回采率，利用尾矿、废石等废弃物，减轻了废弃物对矿山及周边环境的影响。随着充填采矿法的应用越来越普遍，对其研究也逐渐增多，而在具体的采矿中，更加关注重充填料浆的流变性。对于流变性而言，其影响因素有充填物料的配比、充填物料的粒度大小等。为了保障采矿安全，必须控制充填骨料的流变性，使其规律，这样才能对危险情况进行预测并及时做好防御措施。本文以我公司矿山为例，其主要选择的是细粒尾矿作为充填骨料，然后通过一定的试验，得出了在充填料浆不同的浓度下相应塌落度、流变速度及流变参数等的变化规律，从而对其具体的充填能力进行了系统化的研究与分析。
　　1 试验研究材料
　　我公司铁矿石尾矿，发现其尾矿矿粒主要以微细粒为主，其表观密度为3.08t/m3；经过了一定的测定之后，发现添加PC32.5硅酸盐水泥之后，比表面积为370m2/kg，表观密度为2.99t/m3。通过对微粒的具体分析后，得知此尾矿微细粒达到了70%之多，其中尾矿中最大粒度约为0.44mm，其平均粒径约为0.096mm。
　　2 试验研究方法
　　2.1 充填料浆塌落度测量
　　一般而言，对于不同浓度下的充填料浆塌落度而言，主要测量工具为圆锥筒，本文中采用的是圆锥筒桶高为300mm，上口的直径为100mm，下口的直径为200mm，在具体的测量过程中，必须按照建筑工程的相关规范进行。
　　当开始塌落度的测量试验时，首先要对充填料浆进行均匀搅拌，然后将这些料浆装入桶内（装入时必须按照标准《（GB/T50080）普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行），最后提起塌落桶，里面的浆体便会由于重力作用向四周流动扩散，而高度也会逐渐下降，浆体最后的塌落高度则为充填料浆的塌落度。总之，塌落度越大，则充填料浆的流动性就越好。
　　2.2 斜管试验
　　对于不同浓度充填料浆在相同条件下的自流输送的流速大小的测定，一般采用的是斜管试验（倾斜管道试验装置），以此测定料浆浓度的变化引起的流动变化情况。
　　在具体的试验中，倾斜管道采用的是一种有机玻璃管，长度在1.8m左右，而直径一般为25mm，对于入料口与出料料口而言，一般需要设置为高度差0.85m左右。和前一个试验一样，要用搅拌桶对预先设计的不同浓度的充填物料进行搅拌，等到充填物料均匀之后，匀速将其倒入受料的漏斗之中，等到料浆的流速呈现一种均匀状态后，便可以测定料浆的流动速度。
　　2.3 料浆流变参数的测量
　　对于料浆流变参数的测量而言，应先将料浆的物料（水泥灰、尾矿、水）按照一定的比例配好，然后放入相应的搅拌机中搅拌，一般而言，先慢速搅拌约两分钟后，继而用刮刀迅速刮下搅拌罐壁上的浆体，然后再快速搅拌约两分钟，最后倒入相关的测量容器中，并采用旋转粘度计测定料浆的粘度，同时还需要利用流变仪测定其相关的屈服应力。对于试验的每一组都需要测量至少三次，然后对其求平均值，最后得出相关的流变参数。
　　3 试验的结果及讨论
　　3.1 不同浓度的料浆塌落度结果及分析
　　本文以充填料浆浓度在53.5%～68.1%为例，随着浓度的不断增加，试验中所得结果表明，塌落度会逐渐减小，当浓度小于68.1%时，充填料浆的塌落度一般都在22cm及以上，这满足了实际的输送要求；但是，当尾矿浓度在63%左右时，塌落度的速度改变非常剧烈，其具体的下降速度从平缓一下骤减，这表明了当尾矿浓度在63%左右时，具有流动性变差剧烈的特性。基于此，为了保障充填料浆保持一个良好的流动性，便相应地要求尾矿浓度必须保持在63%以下。
　　3.2 不同浓度的料浆斜管输送速度大小测量结果
　　本文以充填料浆浓度在61.4%～68.1%为例，相关试验结果表明，料浆浓度在63.3%的时候为转折点，也就是说在大于63.3%的时候料浆的流速远远低于了小于63.3%浓度的料浆流速。换句话说，63.3%属于本试验中的料浆临界浓度。
　　3.3 不同浓度的料浆流变参数测量结果
　　本文以充填料浆浓度在53.5%～65.7%为例，通过现场的实际试验表明，在不同尾矿浓度与相同灰砂比情况下，随着充填料浆的浓度增加，其自身的屈服能力及粘度都会呈现出一种增加的趋势。当充填料浆浓度大于了58.4%之后，粘度呈现出的增速更快，而屈服应力增速的临界点则为充填料浆浓度63.3%的时候。总的来说，当屈服应力与粘度太大，则会相应地增加在管道中的流动阻力，从而降低流速，这不仅会导致实际填充能力不足，也会造成堵管事故。因此，最为理想的情况为保证充填料浆的浓度保持在63%以下。
　　3.4 自流充填能力探讨
　　3.4.1 充填流速的选择
　　当充填料浆的浓度在50%～60%时，便属于高浓度浆体，而在具体的输送中便会存在一个临界流速。对于这个临界流速而言，一旦实际流速高于此临界点，则会导致管道的磨损加重；反之，则会造成堵管事故。通过分析对比，总结出了在实际的应用中，尽量选择流速在临界点之下。
　　3.4.2 理论结果计算
　　根据相关的理论，便可以计算出充填料浆的充填能力，本文计算的是宾汉姆流体水力坡度与自流输送水力坡度，利用这两个方面的相关数据，便可以测出具体的充填能力。具体来讲，与充填能力有关的因素主要有：料浆水力坡度、料浆屈服应力、料浆粘度、料浆流速、管道的总长度、总高度差、局部的阻力折后10%的总长、管道直径及料浆密度等。
　　3.4.3 充填能力的选择
　　根据以上的相关计算及分析，我们可以得到以下几个方面的结论：
　　1）对于同一管径而言，当料浆的浓度增加，充填料浆的流量与流速都呈现出一种减小的趋势，而根据相关的临界流速需求，则需要对每一个管径设置相关的适宜充填浓度。比如管径为50mm、100mm、125mm时，适宜的充填料浆浓度分别对应为53.5%、60.9%、63.3%。
　　2） 对于同一浓度而言，当管径增加，料浆的流量及流速都会相应增加，根据具体流速的设计要求，每个浓度下都应设置一个合理的管径。一般而言，当料浆浓度为3.5%、60.9%、63.3%时，其对应的合理管径分别为50mm、100mm、125mm，同时在各自适应的管径下，其最大的充填能力分别为16.49、64.05、97.59m3/h。
　　4 结论
　　通过试验，可以测出不同充填料浆浓度下的塌落度、料浆流变参数等，这些数据表明料浆浓度往往会影响整个料浆的流动性，随着浓度的变化，料浆流动性也会变化，并且存在一个临界值。一旦料浆浓度高于此临界值，流动性就会急剧降低。总之，对于细粒尾矿充填料浆的流变性及充填能力进行研究，对于采矿事业有着非常重大的意义，这是采矿行业必须长期探索与研究的课题。
　　参考文献
　　[1]吕宪俊，金子桥，胡术刚等.细粒尾矿充填料浆的流变性及充填能力研究[J].金属矿山，2011（5）：32-35.
　　[2]吕宪俊，胡术刚，金子桥，等.细粒尾矿充填料浆的流变特性及输送工艺参数研究[D].第五届中国充填采矿技术与装备大会论文集，2011：92-95.

推荐访问:充填 细粒 尾矿 流变