新型胶凝材料全尾砂浆流变特性探析

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1、新型胶凝材料全尾砂浆流变特性探析　　摘要：胶结充填采矿的料浆制备是将矿山尾砂或者加工后的惰性材料加入适量的胶凝材料，按适当的水砂比混合，搅拌均匀后通过管道等向采空区输送，然后在采空区堆放并使浆体脱去多余的水，形成可以达到一定工业强度要求的充填体。本文针对石人沟铁矿尾砂的物理特性与化学特性开展研究，并对新型胶凝材料对全尾砂浆的流动性的影响进行对比性试验，为优化充填料浆配比和管道输送参数奠定基础。关键词：采矿工程；新型胶结材料；全尾砂浆；流变特性中图分类号：X752文献标识码：A1引言7矿山胶结充填过程中充填物料的成本占采矿成本的1/3~1//2，而胶结材料是充填采矿成本的重要组成部分。全尾砂

2、充填采矿过程中，采用“高水速凝固化材料”作为胶凝材料，选用矿山选厂的分级尾砂作为惰性材料，配置成充填料浆。在满足回填充填体强度的基础上，如何开发低成本、高强度的新型胶结材料以及提高料浆输送浓度成为研究新型胶凝材料的关键[1]。本文针对胶结充填采矿中所涉及的六要素、五参数和四目标，开展了石人沟铁矿充填法采矿技术项目的研究工作：首先，以高谦老师的开发出以水淬渣为主要原料的新型胶凝材料作为胶凝材料；然后，进行了全尾砂充填物料的物化性质分析和颗粒级配研究；第三，针对新型胶凝材料的全尾砂高浓度充填技术，进行全尾砂料浆流变特性测试，揭示料浆输送特性、充填体强度与料浆浓度、胶砂比的关系，从而为充填料浆优

3、化配比奠定基础。2试验研究方法2.1流变参数测试涉及的内容在充填采矿技术中高浓度结构流的输送性能与流变特性对于系统与技术的成功应用非常重要，充填料浆的流变参数主要包括初始切应力和塑性黏度，这两项指标是衡量料浆输送性能的重要指标[2]。对充填料浆进行黏度实验是为了是用流变参数去考察充填料浆输送的水力坡度，确定沿程摩阻损失的计算方法，这些内容可以通过对膏体充填料浆的输送性能进行的试验来获得[3]。黏度是指在流动过程中管壁对流体的阻抗能力。黏度主要包括动力黏度和运动黏度，本次试验所测的黏度为动力黏度。动力黏度是液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力，以Pa·s为单位。本试验采用R/S

4、+SST软固体流变仪，使用Rheo30001.0(2007）软件进行测定。2.2高浓度砂浆的临界流态2.2.1高浓度全尾砂浆的流态特性7全尾砂具备均质流态的基本条件，即含有一定量的细小粒状尾砂。当充填过程中的全尾砂浆浓度达到一定限度时，砂浆中的细粒尾砂就会形成维持固体颗粒悬浮而不发生沉降的絮网状结构[4]。当形成絮网状结构时，高浓度就是两相流从非均质流态向均质流态过渡的起始浓度，此时对应的砂浆浓度即为临界流态浓度或简称为临界浓度。由于该浓度是全尾砂浆呈现均质流态的最低浓度，因此也称为高浓度的下限浓度。可见，全尾砂浆的砂浆均质和非均质流态的分界浓度即为临界浓度或下限浓度[5]。也就是说，高浓

5、度全尾砂浆是胶结充填料浆的流态从一般的两相流的非均质流态，转变为似均质非牛顿流，高浓度就是指大于临界浓度的料浆浓度。2.2.2高浓度料浆的起始浓度试验本实验中主要采用砂浆的泌水率试验确定高浓度料浆的起始浓度。7将配制出不同浓度的料浆放置在量筒中，静止一段时间后，测定料浆的泌水率，料浆的泌水率达到最小时的料浆浓度即为临界浓度。由于不同矿山的全尾砂颗粒粒径与细砂含量不尽相同，因此，相应的高浓度浆体的起始浓度或临界浓度也不尽相同。因此，需要通过大量的试验加以确定。根据前人研究，对于含有粗骨料的充填料浆的临界流态浓度变化区域在76%～78%之间，而全尾砂充填料浆的临界浓度一般在68%~70%的范围

6、内[6]。需要指出的是，对于添加胶凝材料的全尾砂浆，胶凝材料与胶砂比对全尾砂浆的高浓度临界值产生影响。因此，需要采用胶凝材料和选定的胶砂比进行试验，由此确定高浓度充填砂浆的临界浓度以及上限浓度。2.3流变特性参数的测试方法配制1000ml砂浆，用标准砂浆稠度仪检测砂浆的稠度，采用R/S+SST软固体流变仪检测砂浆的流变参数，流变参数检测程序设置如下：（1）转子选择：30/15桨式转子；（2）转速设置：初始值30rpm，终了值120rpm；（3）检测频率：4.8秒；（4）检测次数：50次。2.4流变测试中的剪切速率采用R/S流变仪检测砂浆的流变参数，确定剪切速率的范围极其重要。对于特定的输送

7、管道，剪切速率与管道的平均速率相关。因此，根据矿山充填充填系统能力要求，合理选择管径和流速，由此根据来确定剪切速率的合理范围。根据矿山充填系统单套充填能力和采用的管径，确定剪切速率的范围100Pa·s。7流变特性参数的测试主要在本学院的实验室内进行，所选用的充填材料为石人沟的尾砂，制备两种不同胶结材料（新型胶凝材料和水泥）的全尾砂料浆进行试验，料浆浓度：66％、68%、70%、72%，胶砂比（胶结材料：尾砂）：1：8、1