王　旭，張融江，聞奎武，彭　亮

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，　湖南 長沙　410012； 2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙　410012； 3.江西銅業(yè)(集團(tuán))公司永平銅礦,　江西 上饒市　334506；4.中國華冶科工集團(tuán)，　北京　100176)

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淺析高峰錫礦全尾砂充填料漿流動(dòng)性能

王旭1,2，張融江3，聞奎武4，彭亮1,2

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙410012； 2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙410012； 3.江西銅業(yè)(集團(tuán))公司永平銅礦,江西 上饒市334506；4.中國華冶科工集團(tuán)，北京100176)

高峰錫礦采用全尾砂充填采空區(qū)，為了研究全尾砂料漿的流變性能,采用室內(nèi)流動(dòng)性模擬試驗(yàn)研究了80%、78%、76%、74%、72%五種濃度的全尾砂料漿自流輸送的狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明，料漿濃度和輸送管道內(nèi)徑是決定流變性能的2個(gè)核心因素，全尾砂充填料漿在濃度為74%～72%時(shí)，不僅能夠滿管流動(dòng)，而且充填倍線為3～10，具有較好的流動(dòng)性。

流動(dòng)性；全尾砂料漿；模擬實(shí)驗(yàn)

廣西高峰礦業(yè)有限責(zé)任公司開采的高峰錫礦[1￣3]為高品位特富多金屬礦，采礦方法以上向水平分層充填采礦法為主，充填系統(tǒng)自2000年8月建成并投入使用，先后采用分級(jí)尾砂及跳汰砂進(jìn)行膠結(jié)充填，目前開采深度近900 m，為了提高充填質(zhì)量、控制采場(chǎng)地壓[4￣6]及緩解尾礦庫庫容壓力，決定采用全尾砂充填采空區(qū)。顯然，開展全尾砂料漿流動(dòng)性研究非常必要[7￣10]，可為井下充填管道設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1　全尾砂粒度測(cè)定

將取自高峰錫礦的全尾砂烘干取樣，進(jìn)行激光粒度測(cè)試，結(jié)果見圖1。

圖1　全尾砂粒徑分布

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以得出，d10=3.68 μm，d50=58.60 μm，d90=304.34 μm，d平均=110.579 μm，全尾砂平均粒徑為110.58μm，屬中等粒徑尾砂，有利于充填體強(qiáng)度增長；-20μm顆粒占全尾砂的29.63%，滿足不低于15%的要求，說明高峰錫礦全尾砂級(jí)配良好，能夠滿足充填料輸送工藝的要求。

2　全尾砂料漿流動(dòng)性

全尾砂料漿能否順利實(shí)現(xiàn)管道輸送與多個(gè)因素有關(guān)，包括料漿粒級(jí)的組成、料漿濃度、料漿輸送量、充填管道直徑及材質(zhì)、充填倍線及管網(wǎng)布置參數(shù)等。為了研究確定充填料漿的輸送性能指標(biāo)，為充填管網(wǎng)設(shè)計(jì)提供理論計(jì)算依據(jù)，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了80%、78%、76%、74%、72%五種濃度的全尾砂料漿自流輸送試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置如圖2所示，濃度80%～72%的全尾砂料漿自流輸送狀況見圖3(a)～圖3(e)。

圖2　試驗(yàn)裝置

從圖3可以大致看出，濃度為80%、78%時(shí)，全尾砂料漿濃度具備一定的流動(dòng)性，但由于濃度偏高，阻力較大，料漿在管道內(nèi)流動(dòng)速度慢、且不能滿管流動(dòng)；當(dāng)濃度76%～72%時(shí)，料漿能夠滿管流動(dòng)且整體性較好，料漿流速逐漸增加。

圖3　不同濃度全尾砂料漿流動(dòng)狀態(tài)

3　全尾砂料漿流變參數(shù)及充填倍線

表1　不同濃度全尾砂料漿流變參數(shù)

表2　不同輸送參數(shù)下可實(shí)現(xiàn)的自流輸送倍線

4　小　結(jié)

(1) 要實(shí)現(xiàn)充填料漿在管道中呈柱塞流或“結(jié)構(gòu)流”并在低流速(1～2 m/s)甚至停止流動(dòng)的條件下，不產(chǎn)生沉淀離析及堵管，國內(nèi)外通常要求充填料中-20 μm顆粒含量不低于15%。但根據(jù)全尾砂粒級(jí)測(cè)定結(jié)果，砂坪選廠全尾砂中-20 μm含量達(dá)到29.63%，超出一般規(guī)定要求。-20 μm顆粒含量大使充填料漿保水性更好，料漿不易于產(chǎn)生離析分層等現(xiàn)象，在低流速條件下堵管可能性更小。

(2) 料漿濃度和輸送管道內(nèi)徑是決定輸送阻力的2個(gè)核心因素。從料漿管口流動(dòng)狀態(tài)可以看出，濃度76%～72%時(shí)，料漿處于滿管狀態(tài)，整體性良好，無分層離析現(xiàn)象；而從表2可以看出，濃度76%時(shí)，不同流量和管徑條件下，大部分充填倍線小于2，說明料漿流動(dòng)性較差，處于自流輸送的濃度上限；而當(dāng)濃度降低至72%時(shí)，充填倍線在3～10之間，完全能夠滿足生產(chǎn)需要并留有余量。故綜合料漿管口流動(dòng)狀態(tài)及計(jì)算分析得出，充填料漿濃度為72%～74%時(shí)較為合適。

[1]梁活,董仁生.高峰錫礦現(xiàn)狀及可持續(xù)發(fā)展對(duì)策[J].南方國土資源,2003(07):24￣25.

[2]鄧金燦.高峰公司100號(hào)礦體礦床建模與礦山生產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理的研究[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),2002(05):306￣312.

[3]復(fù)雜空區(qū)群下傾斜中厚難采礦體的開采及空區(qū)處理技術(shù)研究[J].采礦技術(shù),2015,15(02):8,19.

[4]吉兆寧,宗海祥,劉慶林,等.高峰錫礦井下開采環(huán)境研究[J].礦冶,1997(01):16￣20.

[5]黃應(yīng)盟,趙崇清,孟中華.高峰礦區(qū)地表生態(tài)環(huán)境綜合治理[J].采礦技術(shù),2010,10(03):61￣63.

[6]鄧金燦.廣西高峰礦區(qū)地壓災(zāi)害控制的創(chuàng)新研究與治理[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2008,28(05):67￣69.

[7]李茂輝，高謙，南世卿.新型膠結(jié)材料全尾砂漿流變特性試驗(yàn)分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2013，33(2):15￣17,67.

[8]鄧代強(qiáng).尾砂-戈壁料膠結(jié)充填技術(shù)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2014，34(1):16￣17,21.

[9]王劼，楊超，張軍，等.膏體充填管道輸送阻力損失計(jì)算方法[J].金屬礦山，2010(12).

[10]蔡增基,龍?zhí)煊?流體力學(xué)與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[11]許毓海，許新啟.高濃度(膏體)充填流變特性及自流輸送參數(shù)的合理確定[J].礦冶，2004,13(3)：16￣19.

2016￣04￣22)