基于環(huán)管輸送試驗(yàn)的全尾砂膏體充填料流變特性研究.pdf.doc

分類號密級編號U D C碩士學(xué)位論文基于環(huán)管輸送試驗(yàn)的全尾砂膏體充填料流變特性研究研究生姓名：指導(dǎo)教師姓名、職稱：學(xué)科、專業(yè)名稱：劉超楊仕教教授采礦工程研究方向：巖土工程2014年 9月 南華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南華大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：年月日南華大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文是本人在南華大學(xué)攻讀（博/碩）士學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的學(xué)位論文。本論文的研究成果歸南華大學(xué)所有，本論文的研究內(nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人同意南華大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保留學(xué)位論文；學(xué)校可根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文。同意學(xué)校將論文加入中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，并按中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。同意授權(quán)中國科學(xué)信息技術(shù)研究所將本學(xué)位論文收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。對于涉密的學(xué)位論文，解密后適用該授權(quán)。作者簽名：導(dǎo)師簽名：年月日年月日 目錄摘要. IABSTRACT.III第一章緒論.11.1項(xiàng)目來源 .11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .21.2.1國內(nèi)外膏體充填技術(shù)的發(fā)展 .21.2.2膏體充填料流變學(xué)特性的研究現(xiàn)狀 .41.3本文研究內(nèi)容 .71.4技術(shù)路線 .7第二章膏體充填料環(huán)管輸送試驗(yàn)設(shè)計(jì) .92.1前言 .92.2環(huán)管輸送試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) .92.2.1設(shè)計(jì)原則 .92.2.2設(shè)備及管路系統(tǒng) .92.2.3儀表及數(shù)據(jù)采集 .162.3環(huán)管輸送試驗(yàn)膏體組方、工況設(shè)計(jì).202.3.1膏體充填的定義與判別.202.3.2設(shè)計(jì)原則 .212.3.3材料性能 .212.3.4輸送沿程阻力測試的膏體組方、工況設(shè)計(jì).28 2.4試驗(yàn)方法 .312.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 .332.6小結(jié) .42第三章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 .433.1數(shù)據(jù)的可靠性.433.2管流沿程阻力計(jì)算.443.3管流沿程阻力分析 .513.4小結(jié).53第四章膏體充填料的流變參數(shù) .544.1前言.544.2流變參數(shù)的計(jì)算 .544.3昭通鉛鋅礦膏體充填料管道輸送沿程阻力公式-昭通公式的推導(dǎo).574.4昭通公式的驗(yàn)證.594.5小結(jié).61第五章結(jié)論.625.1結(jié)論.625.2項(xiàng)目需要開展的進(jìn)一步研究工作 .63參考文獻(xiàn).64附件（環(huán)管輸送試驗(yàn)部分壓力數(shù)據(jù)） .67 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與成果 .751公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 .752參與的項(xiàng)目及課題 .75致謝.76 摘要膏體充填技術(shù)與傳統(tǒng)的兩相流充填相比，具有穩(wěn)定性好、不離析、進(jìn)入采場后無脫水、充填體完整性好、充填總體成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，并能充分利用礦山的尾砂，解決礦業(yè)生產(chǎn)中的廢料排放問題。昭通鉛鋅礦出于安全生產(chǎn)、提高資源回收率和盡可能實(shí)現(xiàn)無廢開采的生產(chǎn)理念，提出以全尾砂為主要材料，實(shí)現(xiàn)膏體充填。膏體的長距離輸送是膏體充填的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前對于膏體輸送阻力、流變參數(shù)的研究雖有大量成果值得借鑒，但由于具體礦山的材料差異，直接使用這些成果可能會造成較大的誤差，因此，本文通過全尺寸環(huán)管輸送試驗(yàn)，開展昭通鉛鋅礦全尾砂膏體充填料管道輸送特性研究，以期為充填系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文主要研究內(nèi)容和成果如下：(1)在前期室內(nèi)材料試驗(yàn)的成果之上，分析了云南昭通鉛鋅礦全尾砂膠結(jié)充填料的基本物理特性，初步設(shè)計(jì)了云南昭通鉛鋅礦全尾砂膏體充填料的組方，材料試驗(yàn)的結(jié)果表明：云南昭通鉛鋅礦的全尾砂充填料，當(dāng)質(zhì)量濃度在 76%80%時(shí)，其坍落度、析水率等符合膏體的標(biāo)準(zhǔn)。(2)設(shè)計(jì)開發(fā)了適合于全尾砂膏體充填料輸送參數(shù)測試的環(huán)管泵送試驗(yàn)系統(tǒng)，輸送管道選用內(nèi)徑為 DN150mm、管壁厚度為 8mm的普通無縫鋼管，配內(nèi)徑 DN150mm、曲率半徑 R1500mm、壁厚 8mm的 90彎管，管道總長 138.85m(包括傾斜管、水平管、垂直管和彎頭)，布置成 1個(gè)環(huán)路。管路布置符合云南昭通鉛鋅礦全尾砂膏體充填的工程特點(diǎn)。(3)開展了全尾砂膏體環(huán)管泵送試驗(yàn)，采集大量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算了不同配比、不同濃度、不同輸送流量的全尾砂膏體充填料在水平輸送、傾斜下行輸送、傾斜上行輸送、垂直上行輸送和垂直下行輸送、 D150mm90彎頭等各種管道布置形式下的輸送阻力。(4)分析了全尾砂膏體充填料輸送阻力與膏體濃度、膏體流量、膏體配比之間的關(guān)系。分析結(jié)果表明：同一配比的膏體充填料，其輸送阻力與膏體濃度、輸送流量正相關(guān)；同一濃度的膏體充填料，其輸送阻力與流量正相關(guān)，隨灰砂比的變化而變化。(5)分析了全尾砂膏體環(huán)管泵送試驗(yàn)的壓力數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象及自動采集數(shù)據(jù)I 和手動采集數(shù)據(jù)的差異。(6)在阻力計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合流變學(xué)理論，用回歸分析的方法得出了云南昭通鉛鋅礦全尾砂膏體各個(gè)組方、濃度的初始切應(yīng)力和黏度系數(shù)，建立了初始切應(yīng)力、黏度系數(shù)與全尾砂膏體配比、濃度的關(guān)系，分析總結(jié)和推導(dǎo)了膏體充填料管道輸送沿程阻力計(jì)算的昭通公式關(guān)鍵詞全尾砂膏體充填輸送阻力流變參數(shù)環(huán)管試驗(yàn)II ABSTRACT Compared with the traditional two phase flow filling , the technique of pastefilling has many advantages such as good stability, no segregation , withoutdehydration, good integrality, low cost ,and it could make full use of mine tailings,solve the problem of discharge wastes on the mining production. In order to reach theobjective of safety production, increasing the resources recovers rate and come nowaste mining true as soon as possible, using the whole tailings to paste filling was putforward. One of the key technologies is the long distance transportation of paste. Atpresent, although many achievements about conveyor resistance, rheologicalparameters could be good for reference, but there could be a big error if they aredirect used, because materials among specific mine are different. Therefore, through atest of full size tubular loop conveying, this article researched characteristics of pastefilling pipeline conveying of the whole tailings in order to provide basis for the designof the system of filling. This papers main investigation content and the results are asfollows：(1) Put forward to use ”water segregation rate + collapsed slump” to checking upand judging backfill paste. Water segregation rate can reflect the anti-segregatingabout the backfill paste, collapsed slump can reflect the fluidity about the backfillpaste. Both of the two index were detected simply and quickly. In previous indoormaterial test results, analyzes the basic physical properties of whole tailings andcement filler of lead-zinc mine, preliminary design the composing prescriptions. Theresult of material test show that when the concentration of the filling material is76%-80%. The water segregation rate and collapsed slump meet the standard.(2) According to the characteristics of filling material of the lead-zinc mine, Idevelop a loop test system of pasting filling parameters test. Loop test as asemi-industrial test, its productivity can meet the demand of transferring of actualfilling mine. Piping layout have the engineering futures of the tailings paste filling oflead-zinc mine.Full-size pumping test platform use loop with DN150mm diameter,III 8mm wall thickness general seamless steel tubes, DN150mm inner-diameter,R1500mm radius of curvature, 8mm thickness elbow of 90 .They are all formed aloop. The total pipe length is l38.85m, including the tilt tube, horizontal tube, verticaltube and elbow.(3) It carried out a all-paste tailings pumping test, collected large amounts ofdata, calculated and collated piping resistance of all-paste tailings pumpingtransferring of different ratio, different concentrations and different flow ofconveying tailings in horizontal transmission, tilt downward transport , tilt uplinktransmission, uplink transmission and vertical upward vertical transport, D150mm90 elbow, and other form of transmission respectively.(4) It analyzed the relation between pasting filling resistance and paste flux,Paste flow and Paste ratio .The results showed that the same paste ration, its Conveyorresistance and paste concentration, conveying flow have positive correlation; the sameconcentration of paste filling, its conveyor resistance and flow are related withcement-sand ratio changes.(5) HuanGuan paste to the tailings of pumping test abnormal pressure data isanalyzed and summarized, HuanGuan trials analyzed data and manual acquisitionautomatic data collection of data, and analyzes the difference of temperature transportprocess.(6) in friction calculation basis, combining the rheological theory with regressionanalysis, the method have the yunnan zhaotong city paste tailings all lead-zinc deposit,the concentration of each prescription initial shear stress and viscosity coefficient,established the initial shear stress, viscosity coefficient and the ratio of paste tailings,the concentration of relationship is deduced, analyzing and summarizing and pastefilling pipeline frictional resistance calculation formula of zhaotong cityKEY WORD test of tubular loop; the whole tailings; paste filling.IV 第一章緒論1.1項(xiàng)目來源昭通鉛鋅礦是云南省重要的鉛鋅資源基地，隸屬云南冶金集團(tuán)總公司，鉛鋅資源豐富，品位高，且富含銀、鎘、鍺、銻、鎵、砷、硫等。礦山地質(zhì)條件較差，充填采礦法是其安全生產(chǎn)、提高高品位礦石回收率的必然選擇，但是，從礦山生產(chǎn)的實(shí)際特點(diǎn)來看，傳統(tǒng)的充填工藝并不能滿足生產(chǎn)要求：其一，礦區(qū)地處云南省昭通市彝良縣，屬滇東北高原長期抬升、河溪強(qiáng)烈切割破壞的高原峽谷地帶，溝谷深切，地形陡峻，自然坡度達(dá)到 5565，不宜找到適合礦山生產(chǎn)的尾礦庫選址建廠，且當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境較脆弱，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，不宜建立規(guī)模大的尾礦庫，因此，必須最大限度的利用尾砂，而傳統(tǒng)的膠結(jié)充填發(fā)尾砂利用率低；其二，昭通鉛鋅礦建于 1956年，但當(dāng)?shù)氐牟傻V活動可追溯至明末清初，長期以來，留下了大量的古采遺留空區(qū)和民采空區(qū)，這些采空區(qū)的治理工程使用的骨料也是選廠的尾砂；礦山尾砂產(chǎn)率相對較低，充填料來源不足，如不充分利用，很難滿足空區(qū)治理和充填采礦的需求，且引入其他充填料必將大大提高充填的成本?；谏鲜鲈?，昭通鉛鋅礦的充填工程，應(yīng)以開采安全、提高資源回收率和盡可能實(shí)現(xiàn)無廢開采為基本的生產(chǎn)理念，全尾砂膏體充填技術(shù)是其必然選擇。膏體充填技術(shù)是一種新型充填技術(shù)，最早應(yīng)用于上世紀(jì) 80年代初德國的格隆德礦，膏體是水和細(xì)粒固體物料的一種高濃度混合物，其水含量低(10%25%)，用泵輸送井下進(jìn)行充填，屬于一種新型充填技術(shù)1。目前在世界范圍內(nèi)已逐步得到推廣和應(yīng)用，并成為充填技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。國內(nèi)外研究者認(rèn)為2，全尾砂膏體充填的關(guān)鍵技術(shù)可歸結(jié)為三點(diǎn)：全尾砂濃密脫水技術(shù)及膏體充填料的配合比、膏體充填料的長距離泵壓輸送技術(shù)、充填系統(tǒng)的監(jiān)測與控制（主要是濃度）。目前，關(guān)于膏體充填料的配比、膏體充填料的輸送性能的研究已有大量的試驗(yàn)和成果，但實(shí)際生產(chǎn)中，礦山充填都是就地取材，并優(yōu)先利用礦山生產(chǎn)的廢料（主要是尾砂），以降低充填工程的生產(chǎn)成本。由于不同礦山的充填料在物理、化學(xué)性質(zhì)等方面的巨大差異，這些成果并不具有普適性，不能直接應(yīng)用。因此，1 本文以昭通鉛鋅礦全尾砂膏體充填料為研究對象，在充填材料性能試驗(yàn)已取得初步成果的基礎(chǔ)之上，著重研究和優(yōu)化膏體充填料輸送參數(shù)，建立膏體充填料管道輸送的管流沿程阻力公式和流變力學(xué)模型，為昭通鉛鋅礦充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外膏體充填技術(shù)的發(fā)展材料 3對膏體充填的定義是：將一種或多種充填材料與水進(jìn)行優(yōu)化組合，配制成具有良好穩(wěn)定性、流動性、可塑性的牙膏裝膠結(jié)體，在重力或泵壓等外加力作用下以柱塞流的形式輸送到采空區(qū)的生產(chǎn)過程。最早應(yīng)用膏體充填技術(shù)的是德國4，1978年西德 Preussage金屬公司首先在格隆德鉛鋅礦進(jìn)行全尾砂膏體泵送充填試驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)了世界上第一個(gè)膏體充填系統(tǒng)。1991年德國礦冶技術(shù)公司與魯爾煤炭公司合作，首次把膏體充填技術(shù)引入煤礦生產(chǎn)，并在沃爾薩姆煤礦應(yīng)用，其膏體充填材料無膠結(jié)料，僅由粉煤灰、浮選矸石、破碎巖粉制成5。膏體充填技術(shù)在德國成功應(yīng)用后，隨后首先在南非四大金礦6 7（蘭德方丹(Randfontein、CI Drefontein WelcomFredbies和 Westernhoeding)）得到推廣，膏體充填技術(shù)迅速走向成熟，并以其卓越的技術(shù)優(yōu)勢在全世界范圍內(nèi)獲得采礦界的關(guān)注，在加拿大、澳大利亞、德國、美國等礦業(yè)發(fā)達(dá)國家得到應(yīng)用。如美國的幸運(yùn)星期五8 (LuckyFriday)銀鉛鋅礦，加拿大的多姆9 (Duomu)金礦，澳大利亞的坎寧頓礦10，奧地利的布萊堡11 (Bleiberg)鉛鋅礦等。澳大利亞與 1997年 8月在大型礦山卡寧頓（Cannington）礦建立了本國第一個(gè)膏體充填系統(tǒng)，隨后芒特艾薩銅礦為開采深部礦體 1998年建立了膏體充填系統(tǒng)12，使用全尾砂為單一骨料，膏體充填站設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 158t/h，。加拿大 1992年在克萊頓（Creighton）礦首次使用膏體充填技術(shù)，并隨后在國內(nèi)多家金屬礦山建立膏體充填系統(tǒng)。膏體充填技術(shù)可以使用全尾砂,具有料漿不脫水離析、充填體強(qiáng)度高、水泥耗量小等優(yōu)點(diǎn)13,是充填技術(shù)的發(fā)展方向。國外膏體充填技術(shù)在國內(nèi)首先引起有色金屬礦山的重視，甘肅金川有色金屬公司在二礦區(qū)建成了我國第一條膏體充填工藝系統(tǒng) 14，采了德國施維英公司生2 產(chǎn)的 KSP-140HDR礦用充填泵、自制雙軸連續(xù)攪拌機(jī)、以及美國霍尼韋爾公司生產(chǎn)的 TDC-3000型工業(yè)集散控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，充填泵的泵送壓力 13MPa，充填能力 100m1994年湖北大冶銅綠山銅礦應(yīng)用膏體充填技術(shù)15水泥，充填濃度 84%87%，采用德國施維英公司生產(chǎn)的 KSP80充填泵，泵送壓力 6 MPa，充填能力 50 m /h。/h。，充填料為尾砂、爐渣、云南會澤鉛鋅礦的膏體充填 16，以全尾砂 水淬渣為骨料，充填濃度76%78%，系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 60m3/h。膏體充填料采用接力輸送的方式，地面泵站和坑內(nèi)接力泵站均選用 DHC 21180-8E型全液壓雙缸活塞泵站，排出壓力12MPa。南京棲霞山鉛鋅銀礦的全尾砂膏體充填系統(tǒng)17，充填濃度 72%73%，膏體制備采用壓氣造漿，制備好的膏體充填料以自流的方式輸送至井下進(jìn)行充填，大大簡化了充填工藝流程，降低了充填系統(tǒng)投資及維護(hù)的費(fèi)用。山東濟(jì)寧太平煤礦182006年建成了國內(nèi)煤炭行業(yè)第一個(gè)膏體充填系統(tǒng)，使用河沙、粉煤灰、膠結(jié)料做充填材料，充填濃度 80%81%，使用 KSP220V型充填泵泵送膏體充填料，泵壓控制在 020bar，充填流量 6075m3/h。國內(nèi)外大量的應(yīng)用實(shí)踐表明，與傳統(tǒng)的兩相流輸送等充填工藝相比，具有以下優(yōu)勢：表1-1膏體充填與兩相流充填性能對比對比膏體充填兩相流充填項(xiàng)目輸送濃度輸送濃度低且濃度上調(diào)的余地非常有限，否則有可能發(fā)生堵管事故輸送濃度高，不易發(fā)生沉降堵管事故充填體強(qiáng)度的提高往往以加大水泥用量為代價(jià)，提高了材料成本；需排泥排水，污染井下環(huán)境，增加成本充填成本濃度高，材料成本較低；不需要脫水故不會增加井下排泥排水的費(fèi)用充填效果尾砂利用率料漿進(jìn)入采場后發(fā)生離析，使得充填體整體的配比不均衡，降低了充填體的質(zhì)量充填體質(zhì)量高，完整性好不需脫水，因此充填料中細(xì)顆粒含量可相對較高，大大提高了尾砂的利用率，甚至可用全尾砂進(jìn)行充填充填料進(jìn)入采場需脫水，因此細(xì)粒級無聊含量不能太高，往往只能使用分級尾砂3 膏體充填的諸多優(yōu)勢并不能并不能掩飾其目前的缺點(diǎn)：首先是基建投資大、工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜、管理維護(hù)難度大，其次是生產(chǎn)能力有限，目前從大量的應(yīng)用實(shí)際來看，膏體充填系統(tǒng)的生產(chǎn)能力大約為 6080m3/h。故此，膏體充填在技術(shù)力量相對薄弱的地區(qū)目前還沒有大范圍普及，世界上有多個(gè)國家的科研機(jī)構(gòu)、礦業(yè)集團(tuán)等仍在不斷研究和優(yōu)化膏體充填技術(shù)，以期簡化其工藝流程、提高膏體充填生產(chǎn)能力、減少投資、方便維護(hù)管理。加拿大礦物能源中心（CANMET）提出一種流態(tài)化技術(shù) 23，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)尾砂倉內(nèi)通過濃縮和流態(tài)過程制成膏體，大大簡化了膏體充填系統(tǒng)，降低了成本。會澤鉛鋅礦在借鑒美國 Eimco公司和 Alcan公司深濃縮機(jī)的基礎(chǔ)上，研制成全尾砂膏體連續(xù)制備及貯存機(jī)構(gòu) (Paste Continuous Preparation and StorageMechanism)，能夠制備出性能良好的全尾砂膏體，且能夠在深錐立式砂倉中長期貯存而不影響其性能，該機(jī)構(gòu)工藝簡單，占地面積小，且大大降低了投資。澳大利亞在芒特艾薩建成了世界上最大的膏體充填料制備場 25，其小時(shí)生產(chǎn)能力可達(dá)到 500干 t。伴隨著膏體技術(shù)的革新，膏體充填在礦山充填中的使用比例必將進(jìn)一步擴(kuò)大。1.2.2膏體充填料流變學(xué)特性的研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)部分應(yīng)用膏體充填技術(shù)的礦山，實(shí)際充填生產(chǎn)并沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，有些礦山的膏體充填系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間之后被證明，其充填料漿并未達(dá)到“膏體”的要求，僅僅是高濃度的結(jié)構(gòu)流，也有些充填倍線小的礦山出現(xiàn)輸送困難等問題。出現(xiàn)上述問題的原因，主要是對于膏體充填料的性質(zhì)尤其是流變特性缺乏深入的研究。國內(nèi)外目前已有近十種有關(guān)固料水力管道輸送管流沿程阻力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，如金川公式、新汶公式、紐緯特公式、杜蘭德公式等。但是。對于膏體充填料，目前國內(nèi)外還沒有相應(yīng)的管流沿程阻力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式可完全借鑒選用，而且由于充填料的復(fù)雜性，僅僅依靠理論計(jì)算會產(chǎn)生較大的誤差。近十幾年來，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)研究膏體充填料，最主要的重點(diǎn)就是流變參數(shù)的測量和流變模型的建立。目前，對于膏體充填料的流變模型研究已有定論：膏體充填料的流變模型為非牛頓流體的賓漢體模型，流變特性應(yīng)視為黏塑性體的流變特性，其流變方程為：4 t =t0 +h(du /dy)(1-1)式(1-1)表明：具有塑性粘度系數(shù)h的膏體，開始流動的條件是在克服屈服應(yīng)力t 0，膏體流動后，其剪應(yīng)力t的大小與塑性黏度系數(shù)h和流速v的導(dǎo)數(shù)(du dy)的大小成正比。由此可知，對膏體流變特性的研究，主要是要掌握屈服應(yīng)力t 0和黏度h這兩個(gè)參數(shù)。屈服應(yīng)力t 0和黏度h的的獲得有多種方法26：(1)槳葉測量法槳葉測量法可測量膏體的靜態(tài)屈服應(yīng)力，其剪切速率直接對應(yīng)量測的屈服應(yīng)力。(2)平行板黏度測量法平行板黏度測量法分為兩類：a、擠壓平行板，通過測量兩平行板之間的距離變化和時(shí)間變化的關(guān)系來求黏度；b、旋轉(zhuǎn)兩平行板，測量平行板上的黏結(jié)力來求黏度。(3)旋轉(zhuǎn)圓筒式黏度測量法通過使圓筒與物料做相對運(yùn)動，測定以一定角度旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的粘性力矩即可求出黏度。(4)環(huán)管試驗(yàn)測算3環(huán)管試驗(yàn)并不是直接測量膏體充填料的流變參數(shù)，而是通過采集壓力參數(shù)，通過回歸分析的方式求出流變參數(shù)。其原理將在第四章節(jié)詳細(xì)論述。在上述的許多方法中，從泵壓輸送工藝適用的角度來看，利用環(huán)管試驗(yàn)測算流變參數(shù)的方法是最符合工程實(shí)際的3，環(huán)管試驗(yàn)分為開路管實(shí)驗(yàn)和閉路管試驗(yàn)兩類，一般來說，閉路管試驗(yàn)適用于泵壓輸送，開路管實(shí)驗(yàn)適用于重力輸送。大多數(shù)研究膏體料輸送技術(shù)的國家和機(jī)構(gòu)都建有環(huán)管輸送試驗(yàn)平臺。德國埃森(Essen)礦業(yè)研究與發(fā)展公司有 2套環(huán)管輸送試驗(yàn)系統(tǒng)，1套小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安裝 D25mm和 D40mm管道，能完成管道粘度試驗(yàn)；1大實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安裝 D80200mm的管道，能完成生產(chǎn)規(guī)模的半工業(yè)試驗(yàn)3；南非約翰內(nèi)斯堡威特沃特斯蘭德(Witwaterstand)大學(xué)，建有兩個(gè)獨(dú)立的閉路環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)，供料泵選用一臺普茨邁斯特公司帶 S閥的雙缸活塞泵，一臺選用Schwing公司帶提升閥的雙缸活塞泵，兩套系統(tǒng)安裝 D120mm的管道，一套可進(jìn)5 行簡化整個(gè)系統(tǒng)壓力損失的模擬試驗(yàn)，另一套能進(jìn)行準(zhǔn)確測量管道沿程阻力的試驗(yàn)；這兩套試驗(yàn)系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中的壓力、流速變化3；美國礦業(yè)局的全尺寸泵送環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)采用一臺正排量泵輸送物料，安裝D114mm、D127mm和 D152mm三種規(guī)格的管道，管道總長度 149.4m，并利用充填料泵送實(shí)驗(yàn)獲得的壓力梯度和經(jīng)驗(yàn)，成功的研制了一臺膏體物料泵送模擬器，該模擬器可大大減小試驗(yàn)的工作量3；澳大利亞芒特艾薩(Mount Isa)礦業(yè)公司的環(huán)管試驗(yàn)平臺27，使用 1臺輸送能力為 100m3/h的雙活塞混凝土泵，一臺 Warman6/4型離心泵，管徑有 D150mm、D200mm、D250mm三種規(guī)格，管道長度 180m，管道材質(zhì)有橡膠襯里鋼管、聚氨酯襯里鋼管和普通鋼管，管道上安裝有壓力表、溫度探測器、流量計(jì)、磨損探測器和數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。我國金川有色金屬公司 1972年以來先后建過 4套環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)。1989年在該公司二礦區(qū)東部攪拌站建成了地面膏體環(huán)管試驗(yàn)平臺。環(huán)形管路總長 200m，布設(shè)有三種管徑、三種變徑管、二種管道間連接方式、三種管道材質(zhì)，并可按需要布置成 13圈環(huán)路。制備膏體的設(shè)備有兩臺可移動式上料皮帶和兩臺雙軸連續(xù)攪拌機(jī)；泵壓設(shè)備為德國普茨邁斯特(Putzmeister)公司生產(chǎn)的 KOS-2170型全液壓雙缸活塞泵，泵最大出口壓力 6MPa，額定流量為 50m3/h；監(jiān)測儀表有同位素流量計(jì)，電磁流量計(jì)，壓力傳感器等。另外，1997年工業(yè)化試驗(yàn)階段，在膏體泵送充填工藝系統(tǒng)廠房外敷設(shè)了地表環(huán)形管路，可按需要進(jìn)行閉環(huán)管路試驗(yàn)(長 60m)或開路試驗(yàn)(長 250m)，管徑 150mm。管路上安裝有什維英(Schwing)公司的遠(yuǎn)傳壓力傳感器。其它主要設(shè)備、儀表均使用泵送車間的生產(chǎn)裝置。葡萄牙索米柯(Somincor)公司內(nèi)維什科爾沃(Neves Corvo)銅礦在 1997年初建成了環(huán)管試驗(yàn)平臺，該系統(tǒng)與我國金川公司 1989年建造的環(huán)管試驗(yàn)平臺在規(guī)模、裝備和測試內(nèi)容上非常相似，可按需要長短和不同管徑選用環(huán)管配置，管道規(guī)格有 D154mm、102mm兩種，管道總長 250m；云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤采選廠全尾砂水淬渣膏體充填的全尺寸環(huán)管泵送試驗(yàn)平臺 28，選用 178mm、150mm和 125mm等三種鋼管，配R600mm、R1500mm和 R275mm的 90彎頭，包含水平管道和上行垂直管道、下行垂直管道三種管道布置形式，并試驗(yàn)了不同材質(zhì)管道 (普通鋼管和陶瓷襯里鋼6 管)的阻力差異；試驗(yàn)平臺管路總長度為 220m，布置成 2環(huán)路；充填材料組方考慮了膠結(jié)充填、非膠結(jié)充填及添加石灰漿膠結(jié)充填三個(gè)系列，每個(gè)系列設(shè)計(jì)了 3種灰砂比、3種骨料配比、4個(gè)濃度、4個(gè)流量的工況試驗(yàn)；試驗(yàn)和分析計(jì)算了不同管徑、不同材質(zhì)、不同彎頭、不同料漿流向、不同濃度、不同流量、不同骨料配比、不同水泥含量的管道阻力和坍落度、抗壓強(qiáng)度、漿體溫度等料漿性能指標(biāo)以及屈服應(yīng)力、塑性粘度等流變參數(shù)，得到了不同配比膏體料的輸送參數(shù)，提出了膏體充填中潛在的堵管影響因素。1.3本文研究內(nèi)容本文以昭通鉛鋅礦全尾砂膏體充填為背景，開展如下內(nèi)容的研究：(1)在前期材料試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，針對昭通鉛鋅礦充填料基本物理、化學(xué)性質(zhì)特征，確定膏體充填料的濃度范圍，并考慮礦山提出的具體要求，設(shè)計(jì)環(huán)管試驗(yàn)的膏體充填料組方、工況。(2)針對昭通鉛鋅礦實(shí)際生產(chǎn)特征，開發(fā)適合于昭通鉛鋅礦全尾砂膏體充填料輸送參數(shù)測試的試驗(yàn)平臺，保證實(shí)驗(yàn)平臺的管路系統(tǒng)符合實(shí)際生產(chǎn)中膏體充填料輸送線路的特征、生產(chǎn)能力滿足礦山實(shí)際充填生產(chǎn)能力的要求。(3)設(shè)計(jì)合理可行的試驗(yàn)方案，開展全尾砂膏體環(huán)管泵送試驗(yàn)，獲得充填料管道輸送的壓力參數(shù)，應(yīng)用 MATLAB編程進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性的篩選。(4)根據(jù)全尺寸環(huán)管泵送試驗(yàn)結(jié)果，研究全尾砂膏體充填料管道輸送的流變參數(shù)，計(jì)算全尾砂膏體充填料管道輸送的管流沿程阻力，推導(dǎo)管流沿程阻力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，為充填系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1.4技術(shù)路線本課題采取現(xiàn)場調(diào)研、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場半工業(yè)試驗(yàn)、理論研究等相結(jié)合的研究方法，通過現(xiàn)場調(diào)研、勘察，充分掌握礦山地質(zhì)條件、生產(chǎn)狀況、采空區(qū)及圍巖狀況，并進(jìn)行尾砂的取樣進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，對不同配比的尾砂充填料進(jìn)行流動性、強(qiáng)度等試驗(yàn)，掌握全尾砂充填料轉(zhuǎn)變?yōu)楦囿w的濃度、坍落度等條件，掌握膏體充填料的基本物理、化學(xué)特性，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)全尾砂膏體環(huán)管輸送試驗(yàn)平臺，設(shè)計(jì)可行的環(huán)管試驗(yàn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場的全尺寸環(huán)管輸送試驗(yàn)，采集充填料輸送的壓力參數(shù)，結(jié)合流變學(xué)理論研究云南昭通鉛鋅礦全尾砂充填料的流變特性。技術(shù)路線如圖 1.17 現(xiàn)場調(diào)研，掌握礦山具體生產(chǎn)現(xiàn)狀；尾砂取樣室內(nèi)試驗(yàn)與測試尾砂物理化學(xué)性能測試膏體充填料配合比研究膏體充填料基本性能測試環(huán)管試驗(yàn)平臺、方案設(shè)計(jì)現(xiàn)場環(huán)管試驗(yàn)，采集數(shù)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析數(shù)據(jù)可靠性檢驗(yàn)流變特性研究、輸送阻力公式圖 1.1技術(shù)路線圖8 第二章膏體充填料環(huán)管輸送試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1前言對于水力充填而言，充填料的輸送性能是工業(yè)生產(chǎn)上比較重要的參數(shù)，管道輸送沿程阻力的大小直接關(guān)系到充填料能否順利到達(dá)采場和空區(qū)。大量的研究機(jī)構(gòu)都曾重點(diǎn)論述過充填工藝中管道輸送阻力的基本理論與計(jì)算方法，目前國內(nèi)外對于水力充填管道輸送管流沿程阻力的計(jì)算有十余種經(jīng)驗(yàn)公式，如杜蘭德公式、紐緯特公式、金川公式、撫順公式、新汶公式3等。由于具體礦山膏體充填使用的材料千差萬別，其流變特性也差別較大，既有的充填料輸送參數(shù)及輸送阻力計(jì)算公式雖然有參照的價(jià)值，但直接引用往往會造成較大的誤差。國內(nèi)外礦山膏體充填技術(shù)研究和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明 2934，對于特定礦山的充填（尤其是膏體充填）而言，通常必須通過半工業(yè)或工業(yè)試驗(yàn)來系統(tǒng)膏體充填的流變學(xué)性能。如前（第一章）所述，國內(nèi)外大量的研究單位及使用膏體充填技術(shù)的礦山都建有生產(chǎn)規(guī)模環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)，以便了解和掌握膏體料管道輸送的工藝參數(shù)，獲得必要的的設(shè)計(jì)依據(jù)。為了使實(shí)驗(yàn)研究的成果更好地切合礦山的工業(yè)生產(chǎn)，環(huán)管試驗(yàn)必須在管路布置、生產(chǎn)能力等方面符合礦山的生產(chǎn)實(shí)際，這是環(huán)管試驗(yàn)作為半工業(yè)試驗(yàn)的最基本出發(fā)點(diǎn)。因此，本章根據(jù)昭通鉛鋅礦生產(chǎn)實(shí)際并結(jié)合其充填系統(tǒng)基本方案，開發(fā)適合于測試全尾砂膏體輸送參數(shù)的試驗(yàn)平臺，并設(shè)計(jì)相