基于尾砂级配的膏体充填料浆流变特性试验研究

基于尾砂级配的膏体充填料浆流变特性试验研究

0尾砂充填技术山东省胶东半岛连州湾。黄金矿床是目前世界上最大的地下采矿矿床。主要可采矿体均赋存于海底基岩中，是我国第一座大陆架滨海矿床地下开采的硬岩矿山。建有分级尾砂胶结充填系统，现有充填系统采用立式砂仓浓密后的尾砂添加胶凝材料制备成充填料浆，料浆自流至井下采空区。立式砂仓分级尾砂自流充填技术已沿用多年，具有泌水效果好，能满足快节奏生产需要的优点，但立式砂仓造浆浓度不稳定，充填料浆输送浓度低，充填至采场后充填体离析、分层、泌水现象严重，对采矿生产接续及井下安全生产造成严重影响。随着矿山开采逐步进入深井时代，膏体充填技术日渐成熟，特别是膏体充填具有充填料浆不离析、不分层、不泌水的特性，充填体沉缩率小，结构致密，可有效提高充填接顶率，目前已成为矿山充填研究的技术前沿1不同级别砂岩组合从该矿选矿生产工艺流程中提取全尾砂浆，利用100目的标准筛进行水筛筛分，筛分后对+100目和-100目的尾砂浆烘干后备用。1.1尾砂级配试验将烘干后的+100目粗尾砂按质量分数0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%添加至烘干后的-100目的烘干尾砂中，配置成不同级配的尾砂进行试验。配制后不同级配尾砂粒径分布测试结果见表1。1.2充填料浆配比试验尾砂为表1中的8种不同级配尾砂。胶凝材料为充填C料，拌合水为该矿生产用水，灰砂比分别为1∶4,1∶6,1∶10,1∶15,1∶20。料浆浓度分别为65%,70%,72%,74%,76%。试验内容如下：(1）根据灰砂比和浓度要求，称取相应质量的不同级配尾砂、充填C料、拌合水放入到混合容器，先人工搅拌均匀，再使用搅拌机强力搅拌3min;(2）充填料浆出搅拌机后，立即测定扩展度、屈服应力、粘性系数。2试验结果及分析2.1扩展度形态变化充填料浆的扩展度采用砂浆扩展度仪（Φ50mm×100mm×150mm）测定浓度70%、灰砂比1∶4的8组级配尾砂配成的充填料浆扩展度形态变化见图3。分析以上各图表试验数据可以得出：(1）在相同条件下，随着+100目粗尾砂的增加，制备成的充填料浆扩展度也高，充填料浆的流动性能越好；(2）相同级配及灰砂比的充填料浆，随着质量浓度的增大，充填料浆的扩展度逐渐降低，充填料浆的流动性能越差；(3）相同级配及浓度的充填料浆，随着灰砂比增大，充填料浆的扩展度逐渐增大，增大幅度较小，充填料浆的流动性能略好。2.2充填料浆屈服应力及粘结系数本次试验采用brookfieldRST-SST型流变仪对8种级配尾砂制备成的充填料浆开展流变特性测试。采用变剪切的方法对样品进行流变测试，采用Bingham模型描述料浆流变特性，得到不同级配尾砂充填料浆的流变特性参数本次试验选取不同级配尾砂制备充填料浆浓度为65%、70%和72%，灰砂比为1∶4和1∶10。试验采用CSR模式对该矿尾砂料浆进行流变参数测试。最大剪切速率取100s根据设计的方案取得了48组屈服应力试验结果，拟合出48组粘性系数试验数据，并对试验结果进行对比分析，试验结果见表3、表4；绘制相同配比、相同浓度和相同养护条件下，不同级配尾砂充填料浆的关系曲线见图5、图6、图7。分析以上各图表试验数据可以得出：(1）在相同条件下，加入粗骨料越多，屈服应力和粘性系数下降得就越多，这是由于粗骨料含量越高，混合料的比表面积越小，从而导致屈服应力及黏度的下降；(2）相同级配及配比的尾砂料浆，随着质量浓度的增大，料浆的屈服应力及粘性系数增大，这是因为料浆质量浓度越高，体系中自由水含量越少，细颗粒与黏滞水间的静电吸附作用越强，同时颗粒间的啮合作用增强导致屈服应力及黏度迅速增长；(3）屈服应力的大小与细颗粒的含量密切相关，由于屈服应力的产生是由黏性细颗粒形成网状结构引起的，因此存在一个出现屈服应力的最低悬液浓度，这一浓度的大小与细颗粒的粒径及含量密切相关，颗粒越细或含量越高，出现屈服应力的浓度也越低。2.3尾砂流变特性分析通过对8种不同级配尾砂的扩展度、屈服应力和粘性系数的测定发现，由表1中编号8级配尾砂制备的充填料浆流变特性最优。特选取该尾砂进行膏体综合性能试验。本次试验选取灰砂比为1∶4,1∶6,1∶10,1∶15,1∶20；充填料浆浓度为72%、74%和76%。尾砂膏体流变特性测试结果见表5和图8。随着充填料浆浓度的提高，料浆屈服应力相应提高。根据膏体流变理论，较为常见的屈服应力判定值为200±25Pa。据此分析，充填料浆在浓度74%～76%，灰砂比1∶4的条件下达到膏体状态，此时屈服应力最大为220.40Pa。通过测定编号8级配尾砂制备成的充填料浆并计算，其饱和率在105%以下，泌水率在5%以下，塌落度在18～25cm之间，屈服应力在200Pa以下，-20μm含量大于15%，满足膏体相关技术参数。3充填料浆流变特性分析(1）以某金矿选矿生产工艺流程中提取的全尾砂，按设计方案制备的8组不同级配尾砂，利用砂浆扩展度仪测定扩展度表征其流动性能，利用brookfieldRST-SST型流变仪测试充填料浆的流变特性，发现优化组合后的+100目含量35%、-100～+200目含量16.12%、-200～+325目含量7.67%、-325～+400目含量2.99%、-400～+325目含量38.22%的尾砂制备成的膏体充填料浆在同等条件下流变特性最优。(2）在相同条件下，随着+100目粗尾砂的增加，制备成的充填料浆扩展度增大，屈服应力和粘性系数减小，充填料