凡口铅锌矿充填料浆流动性及输送阻力特性研究

凡口铅锌矿充填料浆流动性及输送阻力特性研究

0充填材料高质量分数充填配比参数填海法可以减少大量废弃物，减少污染，监测地下采矿区围岩的破坏和地表变形，减少矿山的安全隐患。这是确保矿山绿色安全和高效生产的必要措施。广东凡口铅锌矿为生产多年的大型地下矿山，主要采用机械化上向水平分层充填采矿法开采，对充填体强度要求较高，采场浇面充填体强度本文针对凡口铅锌矿分级尾砂充填质量分数低、水泥消耗大、尾砂利用率不足等问题，研究了不同充填材料高质量分数充填配比参数，分析了不同条件下料浆流动性变化规律和管道输送阻力特性。根据矿山井下现有管道铺设情况，论证了高浓度充填料浆可靠的输送方式，为矿山实现高质量分数安全高效充填提供依据。1材料和方法1.1底流细尾砂根据矿山现有尾砂处理工艺，主要充填材料包括经旋流器组分级并由陶瓷过滤机脱水的分级尾砂(+19μm)、30m浓密机脱水的底流细尾砂(-19μm)。为了增加细尾砂消耗量，减少向尾矿库的尾砂排放量，将分级尾砂和细尾砂按4∶6比例进行混合，作为采场非浇面层充填时的骨料。采用MS2000型激光粒度分析仪尾砂化学成分见表1。胶凝材料采用4251.2试验方法和方案(1)充填料浆配制分别将分级尾砂、混合尾砂按质量分数为70%、72%、74%、76%、78%,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8配制成充填料浆并充分搅拌，每组做一套规格为7.07cm×7.07cm×7.07cm的三联模(2)填充料浆的流动性试验在矿山充填材料试验中，塌落度是简易测试料浆流动性的方法(3)压力损失试验系统环管试验是当前测试充填料浆流动性的有效试验方法。环管试验装置是一个安装有流量、压力传感器的环形闭路管道，可测量不同流速、浓度和管径下的压力损失。该试验系统主要由制浆系统、加压输送系统、数据监测系统及给排水系统4大系统组成。根据前述充填体强度试验和充填料浆流动性试验，确定满足要求的充填材料配比和料浆质量分数，通过环管试验装置测试不同流量条件下充填料浆在直管、弯头等部位的压力损失，通过压力损失得出料浆流变参数。高质量分数充填料浆一般视为宾汉姆流体，可根据式(1)计算不同管径、不同流量条件下料浆的管道输送阻力参数(1)式中，2结果与讨论2.1充填体强度与灰砂比的关系充填体作为人工矿柱能够对围岩表面松脱的岩块施加侧向压力限制其发生滑移，支撑顶板控制其变形破坏，其力学强度是保障充填体发挥效能的关键指标图2和图3分别为不同灰砂比条件下分级尾砂和混合尾砂充填料浆质量分数与充填体强度的关系。图4和图5分别为不同灰砂比条件下分级尾砂和混合尾砂充填料浆塌落度与质量分数的关系。试验结果表明，不论采用分级尾砂，还是采用按4∶6粗细比混合尾砂作为充填骨料，充填料浆质量分数与充填体强度成正相关，料浆塌落度与质量分数成负相关，充填体强度与灰砂比大小成正相关。根据凡口铅锌矿采矿工艺要求，采场浇面部位充填体强度指标为2.2充填料浆自流充填倍线计算环管试验是塌落度试验的延伸，其能直观地测出充填料浆管道输送阻力的大小，对现场井下充填生产管道选型和线路设计具有较好的参考价值通过对试验数据进行线性拟合，可获得在一定质量分数和灰砂比条件下，分级尾砂和混合尾砂料浆输送阻力与流量的线性方程，分别见式(2)、式(3),方程拟合=0.0249=0.0275根据表4试验数据，将输送阻力、流速和管径参数带入式(1)进行反推计算，可求得分级尾砂料浆和混合尾砂料浆的流变参数对矿山充填管网而言，在自流输送的条件下，已知垂直管道高度和水平管道长度，根据能量守恒原理，考虑充填管网铺设时的不平整性及不可预见性因素，取局部阻力及出口损失之和为管道沿程阻力的1.15倍(4)式中，即为料浆自流充填倍线，井下管道系统充填倍线小于自流充填倍线时，充填料浆可顺畅自流输送，反之，则需通过加压输送。凡口铅锌矿井下原有充填管道内径为130mm,充填料浆制备和输送流量为60m根据式(1)和式(4),该矿采用分级尾砂和混合尾砂充填料浆的管道输送阻力及料浆自流充填倍线见表6。经计算可知，无论采用分级尾砂充填，还是混合尾砂充填，管网系统充填倍线均小于料浆自流充填倍线，即均可实现自流输送。3尾砂充填料浆屈服试验(1)采用分级尾砂和按4∶6粗细比混合尾砂作为充填骨料，充填体强度与料浆质量分数成正相关，料浆塌落度与质量分数成负相关，充填体强度与灰砂比大小成正相关。(2)根据凡口铅锌矿采矿工艺要求，采场浇面部位可选择分级尾砂作为骨料，灰砂比为1∶4,质量分数为76%,充填体强度(3)采用环管装置进行输送试验，获得分级尾砂灰砂比为1∶4、质量分数为76%时料浆屈服剪切应力为11.25Pa,黏度系数为0.55Pa·s;混合尾砂灰砂比为1∶4、