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金川矿山废石膏体配制与流变特性研究

作　者: 张宗生
导　师: 乔登攀
学　校: 昆明理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 矿山膏体充填强度流变性质多元线性回归可泵性
分类号: TD853.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

金川集团有限公司是我国最大的镍钴生产基地,公司下属三大矿山均采用下向进路式胶结充填采矿法。随着矿山生产能力加大,公司的充填骨料存在较大缺口,2007年棒磨砂缺口达20万吨以上。由于全尾砂胶结充填存在强度低、水泥耗量大等缺陷,矿山不得不寻求新的充填骨料。本项研究通过充分利用金川矿山井下产生的废水、废石、全尾砂等,将井下废石破碎到一定程度,与胶结剂、外加剂等进行有机组合,配制成能够满足下向胶结充填人工假顶强度要求的废石混凝土,研究适应于矿山井下充填的废石混凝土膏体的制备工艺、强度和流变特性及其多因素影响规律,为充填管输系统沿程阻力损失计算及系统设计提供理论依据和设计支持。研究以胶结体单轴抗压强度R₃≥1.5MP、R₇≥2.5MP、R₂₈≥5MP为目标进行了强度试验、室内流变试验、可泵性试验等。应用多元素线性回归法,得出了强度方程,直观、量化地讨论了料浆浓度、水泥耗量及废石尾砂比对料浆强度的综合影响,得出料浆浓度和水泥耗量是影响充填体强度的主要因素,提高料浆浓度是提高强度的有效办法。根据流变试验结果回归出了料浆的流变方程,得出料浆流变模型属于具有屈服应力的伪塑性体。应用多元素线性回归法讨论了各因素对流变参数的影响,得出对初始应力影响最大的因素为料浆浓度,且随浓度的增大而增大;粘度系数K随着浓度的增大而增大,而随着废石尾砂比的增大而减小,但是废石尾砂比的影响要比浓度的影响小,为后期料浆管道输送试验及工业设计提供了有力的依据。通过试验研究,优选出了成本最低且符合金川矿山充填体工艺强度要求的合理配合比。当废石充填料浆重量浓度范围在77%～80%之间,水泥耗量达到260kg/m³,废石和尾砂配比为6.0:4.0～6.5:3.5是最优配比,试块强度满足要求;塌落度为19～23cm,满足可泵性要求;废石料浆充填体强度高,无分层现象,比矿山现用棒磨砂、分级尾砂充填工艺中水泥用量减少50～70Kg/m³。废石破碎成本低、运距短、集料容易,充填成本与金川矿山现用棒磨砂、分级尾砂充填成本相比,单就材料成本降低31～36元/m³。将矿山采掘废石用于空区充填的虽然已研究应用多年,但是在采用进路式胶结充填采矿法的矿山,将井下废石就地破碎后,利用井下的工程废水,添加工业细颗粒废料和胶结剂配制成废石混凝土,泵压管输到采空区的充填工艺,国内外还未见到过报道。随着矿业开发的加剧,大量工业废水、废石、废气的排放造成了自然生态环境的恶化,人们越来越认识到加强矿山环保和矿山资源综合利用的重要性,建设无废矿山成为时代发展的必然趋势。显然,本项研究不仅是解决目前矿山采充矛盾的有效途径之一,具有环保经济意义和时代进步意义,同时又属当前存在的技术难题范畴,具有节能减排和科技创新意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 充填采矿法对矿产资源开发的重要意义  9-10
  1.2 矿山充填工艺的研究与发展现状  10-14
  1.3 课题的提出  14-16
  1.4 论文主要研究工作及技术路线  16-17
第二章金川二矿区采掘废石混凝土配制试验  17-35
  2.1 原材料  17-26
    2.1.1 废石力学特性研究  17-20
    2.1.2 井下废水的性质  20-25
    2.1.3 尾砂化学成分及粒级组成  25-26
    2.1.4 原材料分析结果  26
  2.2 废石混凝土强度优选试验  26-34
    2.2.1 材料选择  27-28
    2.2.2 试验方法  28-29
    2.2.3 正交设计  29-31
    2.2.4 废石混凝土强度优选试验结果  31-34
  2.3 小结  34-35
第三章废石混凝土强度及其多因素影响规律  35-50
  3.1 废石与全尾砂的比例对强度的影响规律  35-36
  3.2 料浆浓度对强度的影响规律  36-39
  3.3 水泥耗量对强度的影响规律  39-42
  3.4 强度的多因素综合影响规律  42-48
    3.4.1 多因素线性回归的基本步骤  42
    3.4.2 多因素回归原理  42-43
    3.4.3 回归方程检测系数  43-45
    3.4.4 回归方程的显著性检验  45
    3.4.5 回归系数的显著性检验  45-46
    3.4.6 多因素线性回归结果  46-48
  3.5 小结  48-50
第四章废石充填料浆流变特性及其多因素影响规律  50-71
  4.1 流变学研究的内容  50
  4.2 浆体的流变参数  50-51
  4.3 流变模型  51-54
    4.3.1 牛顿体  52
    4.3.2 非牛顿体  52-54
  4.4 流变试验  54-55
    4.4.1 测试流变仪选择  54-55
    4.4.2 流变特性测试实验方案  55
  4.5 流变试验结果  55-65
    4.5.1 测试流变关系曲线  55-59
    4.5.2 流变参数多因素影响分析  59-65
  4.6 充填料浆的可泵性  65-69
    4.6.1 充填料浆满足可泵性要求的基本条件  65-66
    4.6.2 充填料浆的塌落度、扩展度  66-67
    4.6.3 各因素对塌落度的影响分析  67-69
  4.7 小结  69-71
第五章结论  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目  77

金川矿山废石膏体配制与流变特性研究

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