武拴軍,辜大志,張海軍
(金川集團有限公司, 甘肅金昌市 737100)
降低膏體料漿沿程阻力損失的試驗研究*
武拴軍,辜大志,張海軍
(金川集團有限公司, 甘肅金昌市 737100)
膏體充填系統(tǒng)沿程阻力損失大,嚴重影響膏體系統(tǒng)的正常運行,制約著膏體充填技術的進步與發(fā)展。結合金川鎳礦實際,在膏體料漿中添加減水劑對此進行了研究。研究表明,在膏體料漿中添加1% ~1.5%的JKJ-NF型泵送減水劑,能夠降低泵的工作壓力,提高膏體料漿的流動性,提高充填體的各齡期強度,有利于改善礦山在高強度采礦條件下的安全生產環(huán)境。
膏體充填;阻力損失;減水劑;料漿流動性;齡期強度
從世界范圍及長遠發(fā)展來看,膏體充填工藝技術是充填采礦技術發(fā)展的主力方向。然而,膏體泵送充填系統(tǒng)從地表通過充填小井、充填鉆孔、主充填道到采場完成充填作業(yè),整套管路系統(tǒng)拐彎多、總輸送距離大,造成管路系統(tǒng)的沿程阻力損失很大,導致膏體充填泵的工作壓力增大,進而造成管路爆裂、接頭泄漏等,嚴重影響著膏體充填系統(tǒng)的正常運行。金川鎳礦是我國膏體充填技術成功運用者,對此進行了研究,在膏體料漿中添加1% ~1.5%的JKJNF型泵送減水劑,能夠降低泵的工作壓力、提高膏體料漿的流動性、提高充填體的各齡期強度,有利于改善礦山在高強度采礦條件下的安全生產環(huán)境,有利于促進膏體充填系統(tǒng)的進一步完善和向深部開采系統(tǒng)的延伸,解決了制約我國膏體充填技術發(fā)展的關鍵問題。
試驗原材料選用實際生產中使用的全尾砂、-3 mm棒磨砂、粉煤灰和P·O32.5普通硅酸鹽水泥,減水劑選用JKJ-NF型泵送減水劑,各材料的主要理化指標分別見表1、表2。
表1 試驗材料的主要化學成分
表2 試驗材料的物料性質
根據金川鎳礦的生產實踐,目前膏體充填系統(tǒng)要求的砂漿重量濃度為78% ~80%,根據本次試驗目的,主要考慮JKJ-NF型泵送減水劑的添加量對泵壓及充填質量的影響,其中棒磨砂∶尾砂=1∶1~3∶2,水泥耗量300 kg/m3,粉煤灰添加量100~150 kg/m3,料漿流量80~100 m3/h,JKJ-NF 型泵送減水劑添加量1% ~1.5%,分別制樣后測試3,7,28 d養(yǎng)護齡期下抗壓強度及坍落度。
試驗采用電子秤、托盤天平、量筒等計量設備計量,泵送減水劑為液體狀,在金川鎳礦二礦區(qū)膏體充填泵站的二樓攪拌槽上方設立一個3000 mm×3000 mm×1500 mm的鐵制容器,將泵送減水劑灌入,然后用電動流量泵計量進行定量添加。在泵送車間現場實測泵的工作壓力,添加前后在攪拌槽的尾端取樣料漿,然后在SBY-40型恒溫恒濕標準養(yǎng)護箱按溫度28℃、濕度80% ±5的條件進行養(yǎng)護,最后,采用NYL-300型壓力試驗機測試不同齡期的單軸抗壓強度,獲得的試驗數據見表3。
表3 膏體充填料強度對比試驗數據
為充分研究泵送減水劑的使用效果,對表3實測數據進行了分析,并獲得圖1、圖2和圖3的折線。
圖1 添加減水劑前后膏體充填泵的工作壓力對比
圖2 添加減水劑前后充填體抗壓強度對比
圖3 添加減水劑前后料漿坍落度對比
從圖1可以看出,添加JKJ-NF型泵送減水劑后,泵的工作壓力從130~120 bar下降到120~110 bar,說明添加泵送減水劑后,降低了管路的沿程阻力損失,能夠減輕泵的工作負荷,從而增強系統(tǒng)連續(xù)運轉的穩(wěn)定性。
從圖2可以看出,在膏體料漿中添加1% ~1.5%的JKJ-NF高效泵送減水劑后,不但沒有降低膏體料漿的各齡期強度,相反,較大幅度地提高了充填體的各齡期抗壓強度,說明該種泵送減水劑對充填體強度的提高有促進作用。
從圖3可以看出,添加泵送減水劑后,膏體料漿的坍落度增大10%左右,說明泵送劑能夠改善膏體料漿的流動性,有利于膏體料漿的遠距離輸送。
研究結果表明,在膏體料漿中添加1% ~1.5%的JKJ-NF型泵送減水劑后,降低了膏體料漿管路的沿程阻力損失,可以降低泵的工作壓力,提高了膏體料漿的流動性,且能夠提高充填體的各齡期強度,特別是早期強度,有利于改善礦山在高強度采礦條件下的安全生產環(huán)境,降低回采過程中的礦石貧化損失率,從而加快礦山的采充循環(huán)速度,此外,增強了膏體料漿的穩(wěn)定性、和易性和可泵性。
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“十一五”國家科技支撐計劃重大項目(編號:2008bab32b01).
2011-04-22)
武拴軍(1969-),男,甘肅靜寧人,高級工程師,從事礦山地質工作研究及資源高效開采管理工作。