河砂新型膠凝材料漿流變特性試驗研究
李國棟，徐壯飛，王曉歡，金 超，趙 越，李 楊
（山東黃金金創集團有限公司 蓬萊市大柳行金礦， 山東 蓬萊 265615）
摘 要： 河砂充填采礦可以降低采礦成本，提高經濟效益。 針對以河砂作為充填骨料，開發出一種新型膠凝材料，充填體強度滿足要求。 對其河砂漿流變特性進行了試驗研究，分析河砂漿自流輸送影響因數 , 可以為新型膠凝材料河砂漿的應用提供理論依據。
關鍵詞： 新型膠凝材料； 河砂； 流變特性； 自流輸送
中圖分類號： TD853.34
文獻標志碼： A
文章編號： 1003 － 0794 （ 2017 ） 05 － 0032 － 02
Experimental Study on Rheological Behavior of New Cementing Material Slurry with River Sand
LI Guo-dong ， XU Zhuang-fei ， WANG Xiao-huan ， JIN Chao ， ZHAO Yue ， LI Yang
（ Penglaishi Daliuhang Gold Mine ， Shandong Gold Jinchuang Group Co., Ltd., Penglai 265615 ， China ）
Abstract: Mining with river sand backfill can the cost of mining and improve economic benefit.Developed a new cementing material, the strength of filling body met the requirement. Experimentalstudy on the rheological characteristics of river sand slurry ， analyzed the factor influencing gravity-flow transportation. The study can provide theoretical basis for the application of river sand slurry with newcementing material.
Key words: new cementing material; river sand; rheological characteristics; gravity-flow transportation
1 河砂物理特性的測試
對本次試驗選用的河砂進行物理特性測試，包括密度、 孔隙率和粒徑分布。 測得河砂密實密度2.66 g/cm 3 ，松散密度 1.59 g/cm 3 ，孔隙率 40.11% 。 表1 為河砂粒徑特征測試結果。
充填采礦對充填骨料粒度的要求，細顆粒及大顆粒的含量不能過高，骨料細顆粒可以提高充填料漿的流動性，但是當骨料細顆粒過多，充填料漿的流動性會逐漸變差。 充填骨料中大顆粒所占比例同樣不能過高，過高時，充填料漿的穩定性變差，容易出現離析分層現象。
由河砂粒徑分布圖（見圖 1 ）和表 1 可知，河砂的粒徑分布基本符合正態分布，粒徑在 0.5～2.5 mm的河砂所占比例較大，細顆粒及大顆粒的河砂所占比例不高，滿足充填采礦對充填骨料的要求。
2 新型膠凝材料河砂漿的流變特性測試
（ 1 ）新型膠凝材料河砂漿基本性能測試
新型膠凝砂漿基本性能測試包括砂漿稠度、砂漿分層度、砂漿塌落度、砂漿沁水率，同時與水泥河砂漿基本性能進行對比。 砂漿基本性能測試方案與結果如表 2 和表 3 所示。
① 砂漿稠度分析 砂漿稠度在于揭示砂漿的流動性，用于評價砂漿管道輸送的可行性與可靠性。新型膠凝材料和水泥砂漿的稠度變化規律基本一致，即砂漿稠度隨濃度提高而減小。 相同膠砂比與濃度時，新型膠凝材料和水泥河砂砂漿的稠度基本相同。新型膠凝材料砂漿稠度隨膠砂比的提高而略有降低；
② 砂漿塌落度分析 砂漿塌落度反映砂漿流動性的好壞與流動阻力的大小，主要由砂漿中固體顆粒的粒徑分布和砂漿濃度決定。 新型膠凝材料和水泥砂漿的塌落度變化規律基本一致，即砂漿塌落度隨濃度提高而降低。 新型膠凝材料砂漿的塌落度隨膠砂比的提高而降低；
③ 砂漿分層度分析 砂漿分層度體現了砂漿的保水性。 新型膠凝材料和水泥砂漿的分層度變化規律基本一致，即砂漿分層度隨濃度提高而減小。相同膠砂比與濃度時，新型膠凝材料砂漿分層度略大于水泥砂漿的分層度。 新型膠凝材料砂漿的分層度隨膠砂比的提高略有減小；
④ 砂漿沁水率分析 砂漿沁水率反映砂漿管流泌水和穩定性情況。 其值越小，砂漿的穩定性越高。新型膠凝材料和水泥砂漿的沁水率變化規律基本一致，即砂漿沁水率隨濃度提高而減小。 相同膠砂比與濃度時，新型膠凝材料和水泥砂漿沁水率相差不大。 新型膠凝材料砂漿沁水率隨膠砂比的提高而增大。
（ 2 ）新型膠凝材料流變參數測試
① 試驗方案與結果
通過流變儀對膠砂比分別為 1∶4 、 1∶5 和 1∶6 ，質量濃度 76%～82% 的砂漿進行測試，試驗方案與結果如表 4 所示。
② 試驗結果分析
從圖 2 和圖 3 可以看出，膠砂比一定時，充填砂漿的濃度越高，初始應力越大，黏度越高；當充填砂漿濃度一定時，砂漿的黏度隨膠砂比的提高而減小，需要的初始應力也減小，即流動性越好。
1. 膠砂比 1∶4 2. 膠砂比 1∶5 3. 膠砂比 1∶6
（ 3 ）砂漿管道自流輸送的計算
砂漿管道自流輸送指的是以砂漿本身的重力勢能克服管道阻力而流動的，實現砂漿自流的條件是砂漿本身的重力勢能必須大于克服管道阻力所消耗的能量。 充填倍線
對某一礦山， H 是確定值，所以充填倍線與管道水平長度成正比，即充填倍線值越大，可用自流充填的范圍越大。
由式（ 5 ）可以看出，充填倍線 N 與充填料漿的屈服力 τ 0 、黏度 η 和流速 v 成反比，與充填管道直徑D 成正比。 當充填管道直徑越大，屈服力、黏度和流速越小時，可充填范圍越大，反之越小。 以灰砂比 1∶4 ，濃度 80% 為例，計算出的充填倍線如表 5 所示。
3 結語
（ 1 ）河砂粒經基本符合正態分布，有利于充填體強度和砂漿的輸送；
（ 2 ）相同膠砂比時，砂漿稠度、分層度、塌落度、沁水率隨濃度的增大而減小；相同濃度時，砂漿稠度、分層度、塌落度隨膠砂比的提高而減小，砂漿沁水率
隨膠砂比提高而減小。在滿足充填體強度的要求下，選擇合理的膠砂比和濃度，盡可能使充填倍線大；
（ 3 ）相同膠砂比時，砂漿屈服力和黏度隨著濃度提高而增大；相同濃度時，砂漿屈服力和黏度隨著膠砂比的提高而減小。
（ 4 ）選著合理的濃度、膠砂比、流速、管道直徑是實現大倍線直流輸送、提高采礦效率的前提。
參考文獻：
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作者簡介： 李國棟（ 1992- ），內蒙古呼倫貝爾人，工程碩士，主要從事金屬礦安全、開采和礦山充填的研究，電子信箱： 2462279798@qq.com.
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