全尾砂料浆流变特性试验报告

全尾砂料浆流变特性试验报告1实验的研究意义与目的随着充填技术得到国内外矿山的广泛应用，充填系统的稳定性、可靠性对于矿山安全生产和经济效益尤为重要。尤其是深井矿山，随着开采深度的增加，相对高差增大，输送管道的长度增长，输送系统复杂性加大，出现堵管爆管事故的几率大增，同时事故处理难道也加大，对生产造成的损失严重。如何确定合理的料浆配合比和管道参数以确保充填系统的高效稳定运行成为至关重要的问题。尤其对于高浓度充填料浆而言，由于高浓度料浆属结构流体，在管道输送过程中管道阻力损失较大，需要准确了解料浆的流变特性和输送阻力损失才可确保系统的稳定性和安全性，因而对高浓度充填料浆流变特性和管道输送性能的研究是充填技术发展的重要课题。对于具体矿山而言，只有明确高浓度料浆的流变特性和管道阻力损失参数才能确定应用高浓度自流输送的条件，从而为充填系统设计和运营提供依据。本试验以邯郸西石门铁矿全尾砂作为充填骨料,以标号42.5的普通硅酸盐水泥以及粉煤灰作为胶凝材料，采用正交设计法设计试验方案,利用RheolabQC旋转流变仪对高浓度全尾砂料浆进行流变测试试验,研究质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量等三因素对流变参数的影响规律。2实验材料及设备2.1实验材料试验选用西石门铁矿全粒级尾砂、粉煤灰、42.5的普通硅酸盐水泥和自来水为原材料。2.2实验设备实验设备有：JA1003电子秤、RheolabQC旋转流变仪、量筒、移液管、玻璃棒、烧杯（200ml）、药勺等。3实验原理本试验采用均匀设计法来设计实验方案。正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分析因式设计的主要方法。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。根据试验因素和水平的个数,选择正交表L9(34)进行有空列的正交试验，最终试验方案如下所示。表1正交实验因子水平表因素质量浓度灰砂比粉煤灰掺量（水泥：粉煤灰）水平170%1:41：0水平272%1:51:0.3水平374%1:61:0.6水平476%1:71:0.9表2正交实验表头设计列号ABC因素质量浓度灰砂比粉煤灰掺量表3正交试验方案表实验号ABC质量浓度灰砂比粉煤灰掺量实验170%1:41：0实验270%1:51:0.3实验370%1:61:0.6实验470%1:71:0.9实验572%1:41:0.3实验672%1:51:0实验772%1:61:0.9实验872%1:71:0.6实验974%1:41:0.6实验1074%1:51:0.9实验1174%1:61:0实验1274%1:71:0.3实验1376%1:41:0.9实验1476%1:51:0.6实验1576%1:61:0.3实验1676%1:71:04实验方法4.1考察因素实验考察的因素主要有：质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量1）质量浓度：试验尾砂浆的浓度，实验考察范围为70%~76%；2）灰砂比：充填料浆中水泥加粉煤灰与全尾砂的质量之比，实验考察范围为1:4～1:7；3）粉煤灰掺量：水泥和粉煤灰质量之比，实验考察范围为1:0～1:0.9；4.2配合比试验方法1）物料计量根据配合比要求称量充填物料，水泥、粉煤灰、尾砂用电子秤，称取自来水用量筒计量。2）制浆将称量好的充填物料倒入烧杯，根据质量浓度要求，加入称量好的水，人工充分搅拌均匀形成充填料浆。3）流变试验将烧杯放在RheolabQC旋转流变仪上进行剪切流变试验，得出剪切应力随剪切速率的变化曲线。4)重复实验三次取平均值，以求得实验数据的准确性。5实验结果根据实验方案将测得的剪切应力随剪切速率的变化曲线进行线性拟合，得出的流变参数结果如下表所示表4流变参数序号屈服应力/Pa塑性粘度/Pa·s实验17.53710.1326实验27.47280.1725实验37.51260.2184实验47.31980.2711实验516.87340.1854实验617.75600.1902实验714.15330.2592实验817.12750.3044实验920.10570.2501实验1019.35690.3076实验1129.59600.2937实验1228.97630.3578实验1346.86730.4541实验1445.99480.5022实验1546.49680.5575实验1642.35740.62126实验结果分析6.1极差分析极差分析可以直观、简便地得出各因素对屈服应力影响的大小,如表5所示。表5屈服应力和塑性粘度极差分析因素水平屈服应力/Pa塑性粘度/Pa·sABCABC17.46122.84624.3120.1990.2560.309216.47822.64524.9550.2350.2930.318324.50924.44022.6850.3020.3320.319445.42923.94521.9240.5340.3890.323极差37.9681.7953.3010.3350.1330.014注：A为浓度、B为灰砂比、C为粉煤灰掺量6.2方差分析表6和表7给出了各因素对流变参数的方差分析结果。从表6中看出,A的F比为2.969,B的F比为0.008,C的F比为0.022。浓度因素对屈服应力影响显著,其它两因素均无显著意义。从表7中可以看出，A的F比为2.624,B的F比为0.376,C的F比接近于0。因此充填料浆的塑性粘度主要受料浆浓度的影响。表6屈服应力的方差分析来源平方和自由度均方F比F临界值A3153.90431576.9522.9693.860B8.94434.4720.0083.860C23.673311.8370.0223.860总和3186.529表7塑性粘度的方差分析来源平方和自由度均方F比F临界值A0.27230.1362.6243.860B0.03930.0190.3763.860C0.00030.0000.0003.860总和0.3196.3配比优化在高浓度全尾砂自流管道输送过程中，充填料浆在一定浓度条件下的屈服应力及粘度越小，对管壁的磨损越轻。因此，在满足一定浓度配比的条件下，高浓度全尾砂料浆的屈服应力及粘度越小，越有利于减小管道磨损，延长管道使用寿命。为了保证全尾砂料浆的稳定性、提高充填体的强度以及避免采场充填体大量泌水，选择浓度为76%的充填料浆。从表5可以看出，当灰砂比为1:4或者1:5时，充填料浆的屈服应力和塑性粘度均较小，考虑的降低充填成本的因素，在满足充填体强度的要求下，选用灰砂比为1:5的料浆较为合适；而粉煤灰的掺量越高，充填料浆的屈服应力越小，对料浆的粘度系数则影响不大，因此粉煤灰的最优掺量是水泥：粉煤灰=1:0.97结论1)正交试验结果表明:在所选择的因素当中,对屈服应力的影响大小顺序为浓度粉煤灰掺量灰砂比；对塑性粘度的影响大小顺序为浓度灰砂比粉煤灰掺量。2）以浓度76%的充填料浆为标准,试验得出屈服应力最小时料浆灰砂比为1:5，粉煤灰掺量为水泥:粉煤灰掺量=1:0.9；塑性粘度最小时料浆灰砂比为1:4，粉煤灰掺量为0。根据试验结果,在实际工业应用中,由于粉煤灰掺量对塑性粘度的影响较小,所以在保证充填强度的前提下,可以在浓度一定的条件下,料浆灰砂比设计为1:5，同时提高粉煤灰掺量,从而减小水泥用量,降低充填成本。