[發明專利]一種用于深井膏體填充的料漿流動性室內測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202011564812.0
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112730154A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 張鵬強;張希巍;李德賢;李鳳;趙國亮;盧蘇君;王登玉;程國祥;孫文杰;張濤;閆作穎
• 申請（專利權）人: 金川集團股份有限公司;東北大學
• 主分類號: G01N11/04
• 分類號: G01N11/04;G01N1/38
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種用于深井膏體填充的料漿流動性室內測試裝置及方法，裝置包括攪拌機、螺旋輸送機、受料漏斗、緩沖槽、料漿循環管、料漿輸送管及盛料槽；受料漏斗位于緩沖槽內部中心；攪拌機與受料漏斗由螺旋輸送機連通，緩沖槽與攪拌機由料漿循環管連通；盛料槽與受料漏斗由料漿輸送管連通，料漿輸送管為透明管體且進料端設有閥門。方法為：制備設定質量濃度和灰砂比膏體料漿并送入攪拌機，料漿攪拌過程貫穿整個測試過程；閥門關閉，通過螺旋輸送機將料漿從攪拌機送入受料漏斗，料漿外溢至緩沖槽后通過料漿循環管返回攪拌機；閥門開啟，受料漏斗內的料漿在重力下流入料漿輸送管，觀察料漿在管內流動狀態；料漿停止流動后記錄料漿輸送距離；計算料漿設計倍線。

技術領域

本發明屬于金屬礦尾礦膏體管道充填研究技術領域，特別是涉及一種用于深井膏體填充的料漿流動性室內測試裝置及方法。

背景技術

據統計，95％以上的能源、80％以上的工業原料和70％以上的農業生產原料都來自礦產資源，可見，采礦業是諸多工業鏈的基礎。截至2018年底，中國國內埋深2000米以內的金屬資源已查明金礦約3.26萬噸、銅礦約3億噸、鐵礦約1960億噸。為了滿足經濟持續發展的需要，金屬礦產資源的開發不得不向深井開采方向發展。

由于深部采場巖體所處的高地應力、高地壓、高地溫等問題極易導致采空區產生冒頂、片幫、坍陷等災害，因此通常需要對采空區進行不同類型的充填處理，不僅有利于采空區地壓維護，而且可以大量消耗選礦工藝后固體廢物尾砂。因此，充填采礦法對響應國家綠色采礦和安全高效采礦的政策意義重大，正逐漸變成深部開采的首選方法。

以充填料漿中固體成份濃度由低向高為依據，可分為水砂充填、高濃度充填和膏體充填。以膏體充填為例，膏體充填是將尾砂(尾礦)、膠結劑和水進行優化組合，配制成類似牙膏狀膠結體，再通過管道以結構流的形態輸送到采場，并在采場原位固結硬化形成具有一定強度充填體的一種工藝。膏體充填可以最大程度消耗固廢尾砂、最高限度提高充填體強度和最小程度消耗水等優點，已經成為采礦充填科研人員重點關注的充填工藝，但是高濃度限制了料漿在管道輸送環節的流動性和采場內自重流動性，自然料漿流動性成為一個基礎性和實用性的測試參數。

當前料漿的流動性測試評價方法主要以下幾種：①、沿用混凝土流動性測試方法，即塌落度測試方法；②、借用剪切流變儀對賓漢姆體特性材料的屈服應力測試方法；③、泵壓條件下的環管實驗方法。但是，上述三種方法均不能對充填采礦工藝中膏體料漿在管道內的主動流動性進行直接測試評價，在實際應用過程中常因操作方法不同使檢測結果存在較大差異，從而導致管輸系統的設計偏離實際值。

由于膏體管道輸送技術是膏體充填工藝的核心環節之一，尤其在深部采礦中膏體料漿必須滿足可以進行遠距離管道輸送的要求，否則就失去了充填意義。因此，關注料漿在管道中的輸送能力尤其是自重流動輸送能力是膏體充填的重要環節。

當膏體料漿靠重力自流輸送時，自重壓頭產生的壓力所能克服管道阻力損失的能力，是管道線路總長度與管道入口和出口垂直高差的比值，這個參數定義為充填倍線，可以用公式N＝L/H進行表示，式中，N為充填倍線，H為充填管道入口和出口間的垂直高差，L為包括彎頭及接頭等管件換算長度在內的充填系統中管道總長度。

而對于在實驗室模擬膏體料漿在管道流動性能進行測試時，通過設計料漿的粒徑級配、成份配比和濃度，測試料漿的主動流動性，則需要提出一個料漿設計倍線的測試參數，料漿設計倍線可以用公式N₁＝L₁/H₁進行表示，式中，N₁為料漿設計倍線，H₁為室內測試裝置的常水頭高度，L₁為室內測試裝置中料漿在水平管道中流動的最大長度與室內測試裝置的常水頭高度之和。