武山铜矿全尾砂胶结充填环管试验

2020-01-07黄惟盛

新疆有色金属 2019年5期

黄惟盛

（江铜集团武山铜矿瑞昌 332204）

1 引言

武山铜矿自90年后采用分层进路水沙充填采矿法，不添加胶结材料，在南矿带W4、W5进行下向胶结充填试验，充填浓度达到了68%左右。目前武山铜矿的分级尾砂充填系统升级改造为全尾砂膏体充填系统，必须进行前期基础试验研究。尤其，全尾砂作为骨料的充填性能、全尾砂胶结充填参数、全尾砂浆絮凝沉降参数、全尾砂膏体的流动性能等研究内容是全尾砂膏体充填技术的关键，必须以试验为基础，结合理论分析，得出科学合理的研究结论。本次环管试验的目的是测试试料浆在管径为50mm、在不同流速情况下，得出直管段的压力损失，进一步分析研究武山铜矿全尾砂膏体输送性能。为后续的膏体充填的参数选取奠定扎实的基础。

2 环管试验

2.1 试验材料

充填材料配比试验的目的是测定不同配比组合水泥、尾砂胶结试块的固结特性、强度指标等，以检测充填体是否满足回采强度和相关工艺要求，据此确定适合武山铜矿采矿工艺要求的充填材料最优配比。经现场调研确定充填试验材料为：骨料为武山铜矿全尾砂、胶凝材料为市场上购买的商业复合32.5硅酸盐水泥、水为普通自来水。

2.2 试验系统

试验借助青岛乾坤兴工贸有限公司建设安装的充填环管试验系统。该系统的机械部分主要是由骨料提升机、集成配料仓、骨料称重系统、皮带运输机、皮带上料机、粉料仓、螺旋上料机、水箱、搅拌机、材料输送泵和环管组成。

系统根据配料设置—骨料依次卸入计量斗中，累积计量，计量好后启动皮带运输机，再启动斜式平皮带上料机，将计量好的骨料提升到搅拌仓内；粉料计量斗中计量好的粉料由螺旋输送机送往搅拌仓中，将计量好的水由水泵送入搅拌仓；然后开启搅拌机进行搅拌，将搅拌好的料浆(流体介质)卸入下面的输送泵料斗中，由输送泵将料浆输送到环管系统管道中(管道为ND100mm)。通过安装在管路中的温度计、压力计、流量计测出相应的试验数据，计算机将实时测量数据处理并存储，通过分析软件进行数据分析。

2.3 试验过程

环管试验泵送过程主要对直管段进行压力测试，通过调整不同泵送频次改变流量，进而改变料浆在管道的流速，通过测试数据进行分析得到拟合方程，从而得到不同料浆的屈服应力及粘度。通过不同浓度的试验配比，研究不同浓度下的泵送情况。

对于本项目，我们前期试验设计的是膏体充填，研究表明，膏体属于宾汉流体，在水平直管段根据能量守恒定律可得：

p1代表直管段第一点压力，p2代表直管段第二点压力，直管段距离为15.8m，通过液压表测量不同泵送情况下的直管段压力值，得到压力损失。定义p1为直管压力损失。

根据所得到的剪切应力与虚剪切速率作曲线，用origin软件拟合，得到的拟合方程与对比，计算出屈服应力及粘度。

本次试验流速由流量计测定。

3 试验结果

在灰砂比为1∶4.23及1∶8.11的配比条件下，每完成一个质量浓度的环管试验后，分别加水稀释一次，总共进行4组不同配比条件的环管试验,根据试验结果，利用流变学理论接触进行分析，得到不同配比的流变学参数如表1所示：

表1 环管试验测试流变参数测试结果

3.1 不同配比情况下料浆的压力损失计算

表2 不同料浆流量及管径时料浆流速（m/s）计算表

膏体在水平管段压力损失方程可以计算水力坡度i（pa/m）：

表2为不同配比情况下不同流量和管径情况下的水力坡度计算表。

根据环管试验得到的原始数据，绘制了不同配比的充填料浆的流变曲线，分别计算了在不同充填方量情况的相应流速情况，不同管径的压力损失。

图1 质量浓度为75.2%、灰砂比为1∶8.11的流变曲线

图2 质量浓度为72.7%、灰砂比为1∶8.11的流变曲线

图3 质量浓度为76.3%、灰砂比为1∶4.23的流变曲线

图4 质量浓度为74.6.1%、灰砂比为1∶4.23的流变曲线

3.2 停泵再启

为了模拟在充填过程因为突发情况而引起的停泵情况，对质量浓度74.6%，灰砂比为1∶4.23的配比进行了停泵80min再启动试验，并测试了再启动后的正常输送压力损失情况。质量浓度为74.6%，灰砂比为1∶4.23停泵80min后再启动第一点峰值压力为31.468bar。经过停泵80min后，直管段的压力损失为4.033bar,相对于前期的3.790增加了0.243bar，说明水泥产生了一定的凝结作用。