汤丹铜矿全尾砂充填沉缩特性的研究与应用

发布时间：2020-02-19 14:46

【摘要】：随着资源的短缺与保护环境的需要,充填法得到越来越广泛的使用。目前,在充填采矿工艺中,利用全尾砂及分级尾砂水力充填占据较大比例,旨在处理尾矿堆外排、控制采空区地压及提供采场后续作业条件,其中充填体的沉缩特性对充填质量、结顶效果及充填材料耗量等起到至关重要的作用,亦关系到充填体在采场自身的安全稳定性。因此,有必要深入研究尾砂充填体沉缩特点及影响因素规律,以指导矿山生产应用。论文依托研究课题《云南汤丹铜矿充填沉缩研究》,以汤丹铜矿的尾砂材料为研究对象,开展了非胶结与胶结全尾砂充填室内沉缩实验,针对充填体沉缩特性及相关影响因素进行深入分析,通过对实验数据分析并得到沉缩率随时间变化规律与沉缩计算模型,并进行了 Fluent数值模拟分析,开展了工业试验。主要内容包括以下几点:(1)进行了尾砂充填沉缩实验,得到了不胶结全尾砂充填料浆的沉降速度比较慢,而且测定试验的前几个小时充填料浆较浑浊,浆水表面比较平坦、含有明显的细粒层,堵塞泌水通道,几乎没有细孔显现,泌出水非常浑浊,明显含有大量的极细颗粒。15天后料浆表明仍然含有少量泌出水;全尾砂胶结充填料浆的沉降速度大于不胶结料浆,测定试验5分钟后料浆界面逐渐清晰,一小时后全尾砂胶结料基本沉降完成,沉降后料浆含有微薄的细粒层,且伴有大量的细孔显现,能通过细孔泌水。待沉降稳定后观测得到泌出水含有少量的细颗粒,液体比较清晰,而浆水界面会随着时间而缓慢凝固。胶结料浆沉缩一天后排出泌水量时,明显会带出更多的细颗粒,而且在料浆表面造成大量的细裂隙。(2)对质量浓度68%～75%的非胶结全尾砂料浆进行室内沉缩实验,只考虑浓度的变化,记录了前八天与第九天到第15天的沉缩率变化,沉缩率逐渐减小,15后仍有少量泌出水与沉缩量,料浆表面未凝固,通过Design expert分析了浓度对料浆沉缩特性的影响关系,浓度对沉缩率具有显著影响,对浓度与沉缩率的散点图进行回归,得到线性回归方程:Y = 1.5096-1.745X,回归方程的R2值为0.9763,证明预测模型准确度很高。为了分析料浆随时间变化对沉缩率的影响,运用Design expert分析时间影响因素对沉缩率具有重要影响,对质量浓度68%～75%的料浆分别进行回归,得到沉缩率随时间变化的预测模型。(3)进行了水泥量90～300Kg/m~3,质量浓度范围68%～75%共计37组充填料的沉缩试验。通过响应曲线法的Design expert软件针对全尾砂的沉缩影响因素进行分析,得到质量浓度的影响程度大于水泥添加量,均为显著影响,且水泥添加量与质量浓度的交互作用有重要影响。质量浓度、水泥添加量对沉缩影响均为负相关。对沉缩率与质量浓度:水泥量的散点图进行分析,可以近似看出为二次项关系,因此沉缩率与质量浓度:水泥量之间存在着定量关系,对散点进行回归,分别得到当水泥添加量90～300Kg/m~3时沉缩率的预测模型。(4)根据汤丹铜矿的实际采场尺寸利用Gambit建立三维采场模型,依据料浆自身的特点以及混合模型理论,通过Fluent数值模拟质量浓度68%～75%料浆在采空区的沉缩变化,结合室内实验测定结果,验证了非胶结沉缩预测模型的准确性。(5)对胶结充填料浆质量浓度为68%、70%,水泥添加量为120Kg/m~3、180Kg/m~3情况下,选取的四个试验小采场进行工业应用试验,与实验值比较略大,这是由于实际充填时采场并非完全封闭空间,表明本文针对该矿研究获得尾砂胶结充填体沉缩预测模型具有一定可预测性,可初步为矿山生产应用提供理论支撑。本文成果对应用尾砂充填的矿山具有一定的指导意义。
【图文】：

缩率,质量浓度,影响因素

逦－６．１１逡逑从表４．３可以知道因素Ａ质量浓度对沉缩率的影响为负相关，单因素与沉缩逡逑率的影响变化如图４．１。逡逑３５邋—逡逑２０邋—逡逑１５邋—逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑６８邋００逦６９．００逦７０邋００逦７１邋００逦７２．００逦７３．００逦７４．００逦７５．００逡逑Ａ：质量浓度逡逑图４．１影响因素与沉缩率的关系逡逑从图４．１可以知道质量浓度对沉缩率的影响，随着质量浓度的增加沉缩率逐逡逑２９逡逑

对比图,正态概率,缩率,实际值

Ｉｎｔｅｒｎａｌｌｙ邋Ｓｔｕｄｅｎｔｉｚｅｄ邋Ｒｅｓｉｄｕａｌｓ逦Ａｃｔｕａｌ逡逑图４．２参差的正态概率分布图逦图４．３预测值与实际值的对比图逡逑从图４．２和图４．３可以知道，参差的正态概率分布图在一条直线上，，预测值逡逑与实际值对比大体在一条直线上，这说明模型的预测效果很好，精准度非常高。逡逑４．１．２非胶结料浆沉缩率的预测模型逡逑１浓度对沉缩率的变化关系逡逑通过以上的分析可以得知浓度对沉缩率有显著的影响，为了考察具体的规逡逑律，将沉缩率随质量浓度的变化曲线绘制如图４．４。逡逑３４．逡逑■逡逑３２逡逑３Ｃ逦■逡逑■逡逑＾邋２８邋■逡逑？２６逦ｆ逡逑Ｗ邋２４逦＂逡逑Ｋ逦■逡逑２２邋■逡逑■逡逑２０逡逑６７邋ＢＢ邋５５逦７０邋Ｔ＼邋７２逦７３逦７？逦７５逦７６逡逑质量浓度（％）逡逑图４．４质置浓度与沉缩率关系曲线图逡逑从图４．４沉缩曲线可知随着质量浓度的增加沉缩率逐渐减小。其变化关系可逡逑近似看成为线性关系。逡逑２沉缩率回归方程逡逑由Ｄｅｓｉｇｎ邋ｅｘｐｅｒｔ软件分析也可知质量浓度与沉缩率呈线性关系也最为显著，逡逑可确定质量浓度与料浆的沉缩率存在一定的定量关系，经分析提出质量浓度对料逡逑浆沉缩率影响的预测模型，预测模型形式如下：逡逑Ｙ邋＝邋Ａ邋＋邋ＢＸ逡逑
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD853.34;TD862.1

【参考文献】