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全尾砂膏体流变学研究现状与展望(上):概念、特性与模型

吴爱祥, 李红, 程海勇, 王贻明, 李翠平, 阮竹恩

吴爱祥, 李红, 程海勇, 王贻明, 李翠平, 阮竹恩. 全尾砂膏体流变学研究现状与展望(上):概念、特性与模型[J]. 工程科学学报, 2020, 42(7): 803-813. DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.29.001
引用本文: 吴爱祥, 李红, 程海勇, 王贻明, 李翠平, 阮竹恩. 全尾砂膏体流变学研究现状与展望(上):概念、特性与模型[J]. 工程科学学报, 2020, 42(7): 803-813. DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.29.001
WU Ai-xiang, LI Hong, CHENG Hai-yong, WANG Yi-ming, LI Cui-ping, RUAN Zhu-en. Status and prospects of researches on rheology of paste backfill using unclassified-tailings (Part 1): concepts, characteristics and models[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(7): 803-813. DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.29.001
Citation: WU Ai-xiang, LI Hong, CHENG Hai-yong, WANG Yi-ming, LI Cui-ping, RUAN Zhu-en. Status and prospects of researches on rheology of paste backfill using unclassified-tailings (Part 1): concepts, characteristics and models[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(7): 803-813. DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.29.001

全尾砂膏体流变学研究现状与展望(上):概念、特性与模型

基金项目: 中国博士后科学基金资助项目(2019M663576);国家自然科学基金资助项目(51834001,51574013);金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室开放基金资助项目(ustbmslab201801)
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    通信作者:

    程海勇: E-mail: haiker2007@163.com

  • 分类号: TD853

Status and prospects of researches on rheology of paste backfill using unclassified-tailings (Part 1): concepts, characteristics and models

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  • 摘要: 膏体充填为矿产资源的深部开采及可持续发展提供了安全、绿色、高效的技术保障,已成为矿业领域的研究热点和发展趋势之一。全尾砂膏体流变学是膏体充填全套工艺流程的重要理论基础,深刻影响着膏体充填技术的发展。本文从膏体的内涵出发,系统性地论述了膏体流变学研究的必要性、特殊性及复杂性。并以膏体流变实验结果为基础,分析了全尾砂膏体的典型流变特性及最新研究成果。总结了常用的屈服型非牛顿流体流变模型,并探讨了常用流变本构方程对膏体料浆的适用性,对其实际应用提出合理建议。同时对膏体流变特性的关键影响因素进行了概述。根据膏体流变学的研究现状,归纳总结并提出了膏体流变学研究的重点与难点,指出现阶段膏体流变学须从测试标准、本构方程、微观机理及工程应用等方面深入研究。
    Abstract: The cemented paste backfill (CPB) technology provides a safe, green and efficient access to deep underground mining and sustainable exploitation of mineral resources, and it has become one of the research focuses and development trends in the mining field. The CPB technology mainly includes four key processes, namely, the thickening of unclassified tailings, homogeneous mixing of multi-scale materials, pipeline transportation of fresh CPB, and its consolidation in the mined-out underground stopes. As a relatively new material that is comprised of various constituents, typically the tailings, cement, and water, as well as a high solid concentration, CPB tends to show complicated behaviors under the effects of surroundings. Therefore, understanding CPB behaviors is of practical significance for the development of the technology, since knowledge of CPB behavior is essential in the preliminary backfill system design and operation. It has been pointed out that the use of solid-liquid two-phase flows shows some limitations for the paste. In comparison, the rheology which targets on the flow and deformation of the paste under the influence of external shearing can provide a theoretical basis for the whole processes of paste backfill technology and deeply affect its development. Based on the characteristics of the paste materials, the necessity, particularity and complexity of the research on paste rheology were systematically discussed. Typical rheological properties of paste and the latest achievements were analyzed with the summarized results from rheological experiments. The commonly used rheological models of yielding non-Newtonian fluids were reviewed, and the applicability of corresponding constitutive equations to paste slurry was discussed with reasonable suggestions provided for its practical application. Meanwhile, the key influence factors of paste rheological properties were summarized. According to the research status, the priorities and difficulties of research on paste rheology were summarized and proposed, with emphases on test standards, constitutive equations, microscopic mechanisms and engineering applications.
  • 金属矿产资源是国民经济和社会发展的重要支柱[1],我国金属矿分布广泛,储量大、种类多。但是,矿产资源的持续开发导致了大量矿山固体废弃物的产生,传统采矿方法遗留的采空区和尾矿库已成为金属矿山的两大污染源和危险源。据统计,我国尾砂地表堆存量已达146亿吨[2],地下采空区总体积达12.8亿立方米[3],绿色安全的采矿方法成为矿产资源开发的必然选择。膏体充填技术具有采场充填不泌水、接顶好、充填质量高等特点,为地下采空区的治理和尾矿处置提供了安全、绿色、高效的解决方案,可实现“一废治两害”,从源头管控采空区和尾矿库,正逐渐成为世界各地地下金属矿开采的标准做法[4-6]。随着深部资源开采战略的逐步推进,在“三高一扰动”(高地应力、高地温、高岩溶水压力及爆破、机械开挖动力扰动)特殊复杂的力学环境下,膏体充填采矿法或将成为深部资源安全、绿色开采的唯一方案。

    膏体充填是将选厂排放的低浓度全尾砂料浆进行深度脱水,并与活性材料、改性材料和水搅拌均匀,制备成高浓度、流态化的膏体料浆,通过自流或泵压输送至井下采空区,实现预定充填功能的过程。膏体作为一种高固含的固液混合材料,表现出典型的非牛顿流体特性,传统的两相流理论在膏体特征描述及定量分析中表现出明显的局限性[7-9]。膏体充填中浓密、搅拌、输送、充填各工艺环节均存在不同形式的流动与变形行为,膏体流变学是研究膏体的流变行为、构建数学描述及指导工程应用的有效手段。

    近年来,膏体流变学得到了国内外广泛关注与深入研究,在基础科学问题上,尤其在膏体流变学概念、膏体流变特性及其影响因素、流变模型以及流变测量等方面做了大量工作,并取得了重要成果。鉴于此,本文在归纳总结国内外研究成果的基础上,概述了膏体流变学研究的必要性、特殊性及复杂性,并对多种流变模型的适用性进行了分析;归纳了膏体流变特性的关键影响因素;系统性地叙述了膏体流变测量方法及其适用性,并对测量关键问题进行了系统梳理。针对膏体流变学研究中的重点、难点及热点进行了跟踪总结,为推动膏体充填、绿色采矿以及深部开采理论与技术发展提供了战略思路。

    膏体是多尺度散体材料与水复合而成的高浓度、饱和态、无泌水的非牛顿流体,具有不脱水、不分层、不离析的特性。受限于选矿工艺技术,全尾砂颗粒体系分布具有跨多尺度特点,从微米到毫米级。细颗粒受静电相互作用易形成稳定的悬浮体系,尤其是20 μm以下细颗粒,而粗颗粒之间机械摩擦与碰撞作用更为显著。由于膏体体系的复杂性,膏体的量化定义仍具有较大争议,国内外多认为膏体的塌落度应在15~25 cm之间[10-11],屈服应力应在100 Pa以上[12],20 μm以下细颗粒占比在15%以上较为理想[13-14];另有学者用分层度小于2 cm[15-16]、饱和率为101.5%~105.3%与泌水率为1.5%~5%[17]等指标加以补充。由于膏体物料来源与组成的复杂性,在评价膏体性能时应综合考虑多因素影响。

    膏体流变学是膏体充填技术的理论基础,膏体充填的四个工艺环节均需基于料浆的流动与变形来开展。

    (1)浓密阶段,需将低浓度尾砂浆(质量分数通常低于20%)经膏体浓密机深度脱水,获得稳定的高浓度底流砂浆(质量分数通常高于60%)。压缩区料浆的流变特性直接关系到耙架转速与扭矩值的设定,流变参数的分布与变化直接反映了浓密机的功效[18-20]

    (2)搅拌阶段,需将高浓度底流砂浆与其他惰性材料、活性材料及改性材料等搅拌制备成均匀流态化膏体,关键在于保证膏体的均质性。理想的颗粒分散效果及活化搅拌质量与料浆所受剪切作用历程息息相关,搅拌方式及搅拌参数的确定需要考虑物料在搅拌过程中的流变行为规律,流变学特征是评估搅拌效果的关键指标[21-23]

    (3)输送阶段,需将制备好的膏体料浆稳定连续地输送至地下采空区,关键在于低阻、稳定以及连续输送。膏体的满管流动调节、管道输送阻力计算、输送方式选择,以及防堵、防爆,均与料浆流变行为存在高度关联[24-25]

    (4)充填阶段,需将膏体料浆充入采空区直至接顶并凝结固化,膏体在采场应具有良好的自流平效果、质量均匀、无明显的分层离析现象。膏体在采场内的流动、固结以及充填体的蠕变行为,亦与料浆流变特性演化规律息息相关[26-28]

    因此,全尾砂膏体充填的整个工艺流程的需求响应均以料浆的流变行为演化为基础。

    膏体流变学研究的特殊性主要体现在三方面:组分复杂多样、高固含及工程需求特殊。

    (1)组分复杂多样。

    膏体各组分的物化性质具有明显差异,体现在固体颗粒尺度、外形及表面性质等复杂多样。膏体料浆中颗粒粒径在微米至毫米级之间跨尺度分布;且受选矿工艺影响,尾砂颗粒并非规则的球形或椭球形,而呈现较大的几何外形差异;此外,不同矿山及矿山不同时期的尾砂,其化学成分差异亦十分显著,导致颗粒表面性质复杂,大量细颗粒的存在进一步加剧了化学成分差异对料浆流变特性的影响。

    膏体各组分之间存在长时间的复杂相互作用,包括水化反应等。胶凝材料进行水化反应生成水化产物,或二者与尾砂组分间的化学作用,增加了膏体料浆组成体系的复杂性;此外,为改善颗粒沉降特性、料浆流动性以及充填体力学特性等而添加的改性材料,如絮凝剂、泵送剂、早强剂等,引起化学反应及微细观三维结构的改变,亦会对膏体料浆的流变特性产生影响。

    (2)高固含。

    膏体中固体颗粒占比高,表现出高黏性及塑性(存在显著的屈服应力)行为,流动形态为典型的非牛顿流体,具有明显的柱塞流动特点,固体颗粒分散在水介质中的两相流假设显然不适用。高固含膏体料浆中存在不可忽视的三维絮网,颗粒与水以及颗粒与颗粒之间的相互作用难以通过两相流模型中的阻力及升力等公式进行有效分析[8-9]。颗粒间的摩擦碰撞效应及细颗粒间的静电作用形成的非牛顿悬浮基质流变行为,原有两相流理论很难进行解释。高固含膏体管输流动模型的建立,不能忽视颗粒的剪切诱导迁移及输送时粗颗粒径向运动规律等因素[7, 29-30]

    (3)工程需求特殊。

    膏体需具备不脱水、不分层、不离析的“三不”特性[17, 31]。其中,不脱水指膏体中自由水含量低、内部孔隙多闭合,水分很难自由流动,在采场内泌水率极低,无明显脱水现象;不分层指垂直方向上无明显粗细颗粒分层现象,充填体固化后垂直方向上强度分布均匀;不离析指膏体料浆流入采场后,水平方向上粗骨料分布均匀,在流入口附近无粗骨料堆积现象,充填体固化后水平方向上强度分布均匀。

    “三不”特性使多组分、高固含的膏体料浆进一步区别于工程中常见的固液两相流,凸显了膏体流变学研究的必要性与特殊性。此外,一些极端的工程应用环境,如热带地区与严寒地区(温度)、干旱地区与湿润地区(水分蒸发)、深部开采(三高一扰动)等,也对膏体流变学研究提出了特殊的工程需求。

    膏体流变学研究的复杂性具体到理论研究与实验研究层面,表现为:

    (1)理论研究方面。

    膏体具有黏、弹、塑以及时变等特性。在不同剪切作用与剪切时间下,膏体流变行为复杂多变。研究发现,在低剪切速率下,某些膏体表现出剪切稀化特征;而在高剪切速率下,表现出剪切增稠特征[24-25, 32]。膏体流变特性的复杂性,导致构建数学描述十分困难。通过建立流变本构方程来准确地描述膏体流变特性,已成为膏体充填技术发展的首要问题,也是膏体流变学的核心问题。

    膏体料浆的流变行为是其微细观结构演化的宏观表现,膏体流变学基础理论的突破,离不开对微细观结构演化规律及机理的研究。由于膏体组分复杂,且具有高固含及“三不”特点,在进行理论分析时,涉及固体颗粒表征、分散介质假设、多级粒径颗粒迁移等问题,增加了膏体流变学基础理论研究的难度。

    (2)实验研究方面。

    由于膏体成分复杂,难以保证膏体流变测试的可重复性、测试样品成分分布的均匀性等,单次或有限数量的研究难以获得普适性结论,给膏体流变学的深度研究带来极大挑战。膏体流变特性对多种外部因素扰动敏感度高,因此,膏体流变测试对仪器及测试标准提出了很高的要求。此外,基于上述原因,在研究宏观流变行为及微细观结构演化时,单一孤立的测试与研究难以获得有说服力的结果。

    大量实验发现,不同材料配制的膏体均表现出典型的非牛顿流体特性,但在黏性、塑性、弹性、触变性、剪切稀化及剪切增稠等特征上各有差异。

    膏体的黏弹塑性特征可通过理想的应力测试曲线进行阐述,如图1所示。在控制剪切速率(CSR)模式下,剪切应力缓慢增加,膏体在初始阶段未发生流动,表现出弹性性质,应力应变呈线性关系,满足胡克定律(AB段);剪切应力增加到某一值时,应力应变呈非线性变化,表现出黏弹性特征(BC段);剪切应力持续增加至超过某一特定值时(C点,通常将C点作为屈服点,认为膏体于此点发生固−流转变行为),膏体发生流动,主要表现出黏性性质(CD段)。

    图  1  典型的膏体剪切应力−时间曲线[33]
    Figure  1.  A typical shear stress−time curve of paste

    在整个剪切过程中,通常认为在初始阶段膏体中的大量颗粒形成了具有一定刚度的网状结构,具备一定抵抗变形的能力;随着应力增加,网状结构中部分节点达到其弹性极限,开始发生断裂,膏体内部体系处于黏弹性过渡;直至网状结构完全失效,此时应力达到最大值;随后,膏体发生不可恢复且稳定的塑性流动,表现出黏塑性特征,故在稳态流动时表现为黏塑性体。

    膏体充填料浆屈服前表现出黏弹性固体的特性,屈服后表现为黏塑性体的特性,膏体充填料浆在全生命周期内表现出复杂的黏塑性体特征。

    不同的膏体料浆在不同剪切环境中往往表现出不同程度的剪切稀化和剪切增稠行为。文献[25, 34-36]发现,膏体在剪切作用下表现出剪切稀化现象,同时剪切稀化的时变特性与剪切速率存在明显的相关性。文献[24, 37]进一步研究发现,同一膏体可表现出剪切稀化或剪切增稠行为,与所受的剪切作用相关。剪切速率较低时,膏体表现出剪切稀化行为;随着剪切速率继续增加,膏体表观黏度趋于稳定,基本符合宾汉体特性;当剪切速率超过某一阈值,膏体表现出剪切增稠行为。

    文献[37]认为膏体的不同流变行为与其细观结构的演变规律有关。当膏体发生剪切稀化时,颗粒间连接松散、无序;随着剪切速率增加,颗粒间的随机碰撞逐渐在流动过程中变得有序,屈服应力与黏度逐渐降低并趋于稳定;当剪切速率超过某一阈值时,强剪切促使膏体内部颗粒碰撞、粘连、聚集频度增加,作用力增强,表现出剪切增稠现象,如图2所示。

    图  2  不同剪切作用下膏体细观演变示意图[37]
    Figure  2.  Changes in the microstructure of paste under different shear intensities

    触变性是流体在剪切、振荡等机械力作用下发生的一种可逆流变行为。膏体的触变性表现为:在给定的温度等外界条件下,当受到剪切作用时,屈服应力及黏度随时间减小;当剪切作用撤去后,屈服应力及黏度随时间逐渐增大。通常认为触变行为反映了膏体细观结构的破坏与重建过程,即一定的剪切作用导致结构破坏速率大于重建速率,剪切应力及黏度降低,当剪切作用撤去,结构的重建速率大于破坏速率,剪切应力及黏度逐渐恢复[38-40]。由于恢复需要一定的时间,故存在滞后性,在试验中表现为应力滞后环,即触变环。

    一些分析认为[23, 41],触变环面积可以作为判断材料触变性强弱的依据。但膏体试验研究表明,触变环分析法存在明显的局限性,触变环仅能表征剪切速率对触变性的影响,而不能有效反映时间因子的作用。如图3所示,剪切速率的峰值不同,触变环的形态尤其是下行曲线差异显著,若采用下行曲线对流变参数进行回归,触变后的塑性黏度往往大于触变前塑性黏度,这与实际情况不符。因此,触变环仅能作为材料触变性的定性判别依据,而无法定量描述触变性的大小,亦不能据此获得真实触变参数。

    图  3  触变环实验[24]
    Figure  3.  Thixotropic loops from experiments

    膏体的触变行为反映了内部结构对剪切作用及剪切时间的响应,因此膏体触变性的准确评价也需同时考虑以上两个因素。文献[24]提出了一种膏体触变性的表征方法,因发现剪切速率恒定时,膏体的应力松弛特征曲线具有规律性,如图4(a)所示,故提出可通过回归分析得到触变前后的屈服应力和塑性黏度。对应力松弛前后不同剪切速率对应的剪切应力进行拟合,如图4(b)所示,得到剪切应力随剪切速率的变化特征,进一步拟合得到触变后的屈服应力和塑性黏度。

    图  4  触变性表征方法[24]。(a)应力松弛特征曲线;(b)屈服应力回归
    Figure  4.  A method for thixotropy characterization: (a) stress relaxation curves; (b) yield stress regression

    非牛顿流体力学中最重要的参量是剪切速率$\dot \gamma $与剪切应力$\tau $,根据二者的流变关系曲线特点可以推断出流体的流动和流变行为规律,常见的非牛顿流体流变关系曲线如图5所示,对应的数学模型有幂律模型、Bingham模型、H-B(Herschel and Bulkley)模型及Casson模型等,相应数学表达式如表1所示。

    表  1  非牛顿流体常用流变模型
    Table  1.  A list of non-Newtonian rheological models
    Name of modelsEquations
    Power-law[42]$\begin{array}{l} \tau {\rm{ = }}K{\left( {\dot \gamma } \right)^n} \\ n = 1,{\rm{ Newtonian}} \\ n > 1,{\rm{ Shear \;thickening}} \\ n < 1,{\rm{ Shear \;thinning}} \\ \end{array} $(1)
    Bingham[43]$\begin{array}{*{20}{l}}{\dot \gamma = 0}&{\tau < {\tau _{\rm{y}}}}\\{\tau {\rm{ = }}{\tau _{\rm{y}}} + {\eta _{\rm{p}}}\dot \gamma}&{\tau \geqslant {\tau _{\rm{y}}}}\end{array}$(2)
    Herschel and Bulkley$\begin{array}{*{20}{l}} {\tau {\rm{ = }}{\tau _{\rm{y}}} + K{\left( {\dot \gamma } \right)^n} }&{\tau > {\tau _{\rm{y}}}}\\ {\dot \gamma = 0 }&{\tau \leqslant {\tau _{\rm{y}}}} \end{array}$(3)
    Casson[44]$\begin{array}{*{20}{l}} {\sqrt \tau {\rm{ = }}\sqrt {{\tau _{\rm{y}}}} + \sqrt {{\eta _{\rm{c}}}\dot \gamma }}&{\left( {\tau > {\tau _{\rm{y}}}} \right) \left( {{\rm{or }}\;\tau = {\tau _{\rm{y}}} + {\eta _{\rm{p}}}\dot \gamma + 2\sqrt {{\tau _{\rm{y}}}{\eta _{\rm{p}}}\dot \gamma } } \right)}\\ {\dot \gamma = 0}&{\left( {\tau \leqslant {\tau _{\rm{y}}}} \right) } \end{array} $(4)
    Buckingham-Reiner[45]$\tau _{\rm{w}} \approx \dfrac{{\Delta PD}}{{4L}} $(5a)
    $\tau_{\rm{w}} = {\eta _{\rm{p}}}\dfrac{{8v}}{D}{\left[ {1 - \dfrac{4}{3}\left( {{\tau _{\rm{y}}}\dfrac{{4L}}{{\Delta PD}}} \right) + \dfrac{1}{3}{{\left( {{\tau _{\rm{y}}}\dfrac{{4L}}{{\Delta PD}}} \right)}^4}} \right]^{ - 1}} $(5b)
    $ {\tau _{\rm{w}}} \approx \dfrac{4}{3}{\tau _{\rm{y}}} + {\eta _{\rm{p}}}\left( {\dfrac{{8v}}{D}} \right), \;{\rm{for}} \;\tau \gg {\tau _{\rm{y}}} $(5c)
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    图  5  常见的非牛顿体流变关系曲线。(a)剪切应力曲线;(b)表观黏度曲线
    Figure  5.  Rheological curves of common non-Newtonian fluids: (a) shear stress curves; (b) apparent viscosity curves

    (1)幂律模型:最常用的非牛顿流体本构方程之一,也称Ostvald-de Waele公式。当n<1时,表征剪切稀化(或伪塑性、假塑性)流体,n>1时,表征剪切增稠(或胀塑性)流体。幂律模型不适用于膏体等具有屈服应力的流体,但作为一个重要的流变模型,在屈服性非牛顿流体的数学分析中具有重要借鉴意义。

    (2)Bingham模型:表征具有屈服响应的黏塑性流体的经典模型之一,描述了具有屈服应力的流体在其黏度与剪切速率无关(黏度为常数)时的流变特性。Bingham模型对膏体料浆具有较好的适用性,应用广泛[35, 46-48],但由于模型过于简化,不能描述膏体的某些特异流动行为。

    (3)H-B模型:H-B模型是描述黏塑性材料屈服响应的三参数模型,可描述流体流动后剪切应力与剪切速率间的非线性关系。相比Bingham模型,能够更准确地描述膏体的流变特性[49-50],但其水力学计算过程较为复杂,工程实操困难。

    (4)Casson模型:属于半经验性模型,剪切应力与剪切速率表现为根号后的线性相关,在研究血液、生物液体等生物流变学时具有良好的适用性,在膏体中应用较少。

    (5)Buckingham-Reiner公式:Bingham流体在管道中的流动状态可划分为柱塞流动区与剪切流动区,如图6所示,Bingham流体管内流速与阻力及流体特性的关系可通过该管输流动模型进行描述。

    图  6  Bingham流体管道流动分区图
    Figure  6.  Flow regimes of Bingham fluid in pipes

    流变模型的适用性取决于多个因素,如拟合效果、模型简洁性、应用场景等。国内外对全尾砂膏体流变行为的研究多基于传统的黏塑性非牛顿流变模型,最为常用的Bingham模型及H-B模型具有分段函数特点,且在$\dot \gamma > 0$$\tau > {\tau _{\rm{y}}}$)时单调递增,因此在连续性及单调性方面不足以准确描述膏体的流变特性。

    实验表明,膏体存在固-流转换非连续流变行为,图7分析了两种不同体积浓度膏体的流固转换现象。在较小的剪切应力值变化范围内,剪切速率突变跨越3个数量级。当剪切应力趋向于屈服应力时,剪切速率发生突变,固流转换的剪切速率并不为零。材料固流转换前的表观黏度与模型中的趋于无穷大相矛盾。

    图  7  膏体固态‒流态转变过程。(a)剪切应力曲线;(b)表观黏度曲线[25]
    Figure  7.  Solid to liquid transitions of paste: (a) shear stress curves; (b) apparent viscosity curves

    此外,一些膏体料浆在剪切速率初始增长阶段,应力过冲现象不显著,表现出典型的剪切稀化现象,而在较高剪切速率下,流体内部结构从一种有序状态变为无序状态,流动阻力增加,表现出剪切增稠。大量研究表明,在一定的剪切速率范围内(通常为10~1000 s−1),上述模型可用于描述屈服性非牛顿流体,而在更大的剪切速率范围内,单个模型通常不足以描述流变行为。因此,Nguyen与Boger[51]建议,应当充分考虑应用场景,经验公式应与实验数据范围一致。

    膏体的流变特性受到多种因素的影响[38],主要包括其内部组成成分及物化性质,如固体含量、尾砂密度、固体颗粒配比和水化作用等,以及外部作用,如温度和剪切历史等。

    (1)固体含量(体积与质量分数)。

    固体含量是膏体流变特性最为重要的影响因素之一,通常与膏体屈服应力及黏度呈正相关关系。膏体屈服应力与其质量分数之间普遍存在(幂)指数增长关系,如回归方程式(6)[52-53]及式(7)[54],参数取决于具体材料特性。

    $${\tau _{\rm{y}}} = {a_0}\exp \left( {{b_0}{C_{{\rm{w}}\% }}} \right)$$ (6)
    $${\tau _{\rm{y}}} = \alpha {\left( {{C_{{\rm{w \% }}}}} \right)^\beta }$$ (7)

    (2)尾砂密度。

    由于矿物成分不同,尾砂密度存在一定的差异,对膏体流变特性将产生显著影响。膏体料浆质量分数一定时,密度大的尾砂,制成的料浆固体体积分数较低,表现为较“稀”,如含硫尾砂[55]。料浆体积分数与质量分数之间的换算关系见方程式(8),图8所示为5种不同密度的尾砂制备成的料浆(胶凝材料相同)[10]

    图  8  料浆体积分数与质量分数关系图
    Figure  8.  Relationship between volume fraction and mass fraction of the slurry
    $${C_{{\rm{v}}\% }} = {C_{{\rm{w}}\% }}\left( {\dfrac{{{\rho _{{\rm{bulk - p}}}}}}{{{\rho _{{\rm{s - p}}}}}}} \right){\rm{ = }}\dfrac{{100}}{{1{\rm{ + }}\left( {\dfrac{{100}}{{{C_{{\rm{w}}\% }}}} - 1} \right) \times \dfrac{{{G_{{\rm{s - p}}}}}}{{{S_{\rm{r}}}}}}}$$ (8)

    (3)固体颗粒级配。

    颗粒级配是反映固体颗粒特性的一项综合指标,单一参数难以进行有效表征[56-57]。细颗粒含量对膏体料浆的流变特性影响显著[58-59],通常认为20 μm以下细颗粒质量分数应在15%以上,以保证膏体的流动性[13-14, 60-61]。相同条件下,较细尾砂制备的料浆具有更高的屈服应力和黏度[62],因为细颗粒的比表面积较大,颗粒间相互作用的面积增加,而粗颗粒主要通过相互碰撞和摩擦影响料浆黏度[63]。改变粗细颗粒的配比,可使料浆表现出不同的流型[64]。短时间内(通常2 h内),在动态剪切条件下,胶凝材料对膏体流变特性的影响主要表现为其粒径分布。如图9所示,水泥中20 μm以下细颗粒含量基本达60%以上,75 μm以下颗粒含量基本达100%。因此,增加水泥配比可使料浆屈服应力增大,其具体影响程度取决于全尾砂及水泥粒径分布情况[65]

    图  9  全尾砂与常用硅酸盐水泥粒径分布
    Figure  9.  Particle distribution of unclassified tailings and common Portland cements

    (4)水化作用及温度。

    膏体输送距离通常达数百至几千米,输送过程中水泥水化作用对膏体流变特性的影响不可忽视。在静置条件下,料浆屈服应力随水化作用的进行逐渐增大,但该过程受温度影响显著。实验结果表明[66-67],料浆的屈服应力及其变化趋势在室温和低温条件下表现出显著差异,且温度不仅对料浆流变参数(屈服应力和塑性黏度)有较大影响[68-69],对料浆的时变特性也存在一定的影响[24]

    (5)剪切历史。

    剪切历史指膏体在制备、输送过程中受到的剪切作用,包括剪切时间及剪切强度。具有三维絮网结构的膏体料浆,通常表现出明显的触变性,其流变特性对剪切作用非常敏感。不同的预处理状态、试验操作方法等因素都可能导致流变测试结果的差异[38, 70]。不同类型的全尾砂制备的膏体,其受剪切历史的影响程度不同[71-72]。在工程设计中,应充分考虑剪切历史对膏体流变特性的影响。控制剪切历史可以为优化特定应用的流变特性提供宝贵的机会[73-74]

    (1)膏体充填技术将全尾砂资源化利用,制备成膏体料浆,充填至井下,实现金属矿的安全、绿色、高效开采,从源头消除采空区和尾矿库灾害,膏体技术已成为矿业领域的研究热点,近年来,膏体技术的广泛应用对膏体流变学研究提出了更高的要求。

    (2)全尾砂膏体流变学是膏体充填全套工艺流程的重要理论基础,膏体流变特性及其本构方程是膏体流变学研究的核心。国内外已针对膏体流变特性及其影响因素开展了大量的实验研究,并取得了重要进展。现有的非牛顿流变模型在膏体应用中具有一定的局限性,构建准确的膏体流变本构方程亟待突破。

    (3)鉴于膏体流变学研究的必要性、特殊性及复杂性,建立膏体流变测试标准、构建准确的膏体流变本构方程、探明膏体流变特性的内在演化机理及应用膏体流变学解决工程问题将是现阶段的研究重点与难点。

    变量说明

    $\tau $为剪切应力,Pa;

    ${\tau _{\rm{y}}}$为屈服应力,Pa;

    ${\tau _{\rm{e}}}$为应力松弛平衡时的剪切应力,Pa;

    $\dot \gamma $为剪切速率,s−1

    $ \eta $为黏度,Pa∙s;

    ${\eta _{\rm{p}}}$为宾汉塑性黏度,Pa∙s;

    ${\eta _{\rm{c}}}$为Casson黏度,Pa∙s;

    K为非牛顿体稠度系数,Pa∙sn

    n为流动指数,表征非牛顿行为(偏离单位1的程度),非负数;

    ${\tau _{\rm{w}}}$为管壁切应力,Pa;

    $\Delta P$为流体通过长度为L的一段圆管的压降,Pa;

    D为管道内径,m;

    L为管道长度,m;

    v为管道流体的层流速度,m∙s−1

    R为管道半径,m;

    r为管道中柱塞流动区半径,m;

    ${a_0}$${b_0}$$\alpha $$\beta $为试验确定的材料常数;

    ${C_{{\rm{w\% }}}}$为料浆质量分数;

    ${C_{{\rm{v\% }}}}$为料浆体积分数;

    ${\rho _{{\rm{bulk - p}}}}$为膏体密度,kg∙m−3

    ${\rho _{{\rm{s - p}}}}$为膏体中固体密度,kg∙m−3

    ${G_{{\rm{s - p}}}}$为膏体密度;

    ${G_{{\rm{s - t}}}}$为尾砂密度;

    ${S_{\rm{r}}}$为膏体饱和度,取值为0~1。

  • 图  1   典型的膏体剪切应力−时间曲线[33]

    Figure  1.   A typical shear stress−time curve of paste

    图  2   不同剪切作用下膏体细观演变示意图[37]

    Figure  2.   Changes in the microstructure of paste under different shear intensities

    图  3   触变环实验[24]

    Figure  3.   Thixotropic loops from experiments

    图  4   触变性表征方法[24]。(a)应力松弛特征曲线;(b)屈服应力回归

    Figure  4.   A method for thixotropy characterization: (a) stress relaxation curves; (b) yield stress regression

    图  5   常见的非牛顿体流变关系曲线。(a)剪切应力曲线;(b)表观黏度曲线

    Figure  5.   Rheological curves of common non-Newtonian fluids: (a) shear stress curves; (b) apparent viscosity curves

    图  6   Bingham流体管道流动分区图

    Figure  6.   Flow regimes of Bingham fluid in pipes

    图  7   膏体固态‒流态转变过程。(a)剪切应力曲线;(b)表观黏度曲线[25]

    Figure  7.   Solid to liquid transitions of paste: (a) shear stress curves; (b) apparent viscosity curves

    图  8   料浆体积分数与质量分数关系图

    Figure  8.   Relationship between volume fraction and mass fraction of the slurry

    图  9   全尾砂与常用硅酸盐水泥粒径分布

    Figure  9.   Particle distribution of unclassified tailings and common Portland cements

    表  1   非牛顿流体常用流变模型

    Table  1   A list of non-Newtonian rheological models

    Name of modelsEquations
    Power-law[42]$\begin{array}{l} \tau {\rm{ = }}K{\left( {\dot \gamma } \right)^n} \\ n = 1,{\rm{ Newtonian}} \\ n > 1,{\rm{ Shear \;thickening}} \\ n < 1,{\rm{ Shear \;thinning}} \\ \end{array} $(1)
    Bingham[43]$\begin{array}{*{20}{l}}{\dot \gamma = 0}&{\tau < {\tau _{\rm{y}}}}\\{\tau {\rm{ = }}{\tau _{\rm{y}}} + {\eta _{\rm{p}}}\dot \gamma}&{\tau \geqslant {\tau _{\rm{y}}}}\end{array}$(2)
    Herschel and Bulkley$\begin{array}{*{20}{l}} {\tau {\rm{ = }}{\tau _{\rm{y}}} + K{\left( {\dot \gamma } \right)^n} }&{\tau > {\tau _{\rm{y}}}}\\ {\dot \gamma = 0 }&{\tau \leqslant {\tau _{\rm{y}}}} \end{array}$(3)
    Casson[44]$\begin{array}{*{20}{l}} {\sqrt \tau {\rm{ = }}\sqrt {{\tau _{\rm{y}}}} + \sqrt {{\eta _{\rm{c}}}\dot \gamma }}&{\left( {\tau > {\tau _{\rm{y}}}} \right) \left( {{\rm{or }}\;\tau = {\tau _{\rm{y}}} + {\eta _{\rm{p}}}\dot \gamma + 2\sqrt {{\tau _{\rm{y}}}{\eta _{\rm{p}}}\dot \gamma } } \right)}\\ {\dot \gamma = 0}&{\left( {\tau \leqslant {\tau _{\rm{y}}}} \right) } \end{array} $(4)
    Buckingham-Reiner[45]$\tau _{\rm{w}} \approx \dfrac{{\Delta PD}}{{4L}} $(5a)
    $\tau_{\rm{w}} = {\eta _{\rm{p}}}\dfrac{{8v}}{D}{\left[ {1 - \dfrac{4}{3}\left( {{\tau _{\rm{y}}}\dfrac{{4L}}{{\Delta PD}}} \right) + \dfrac{1}{3}{{\left( {{\tau _{\rm{y}}}\dfrac{{4L}}{{\Delta PD}}} \right)}^4}} \right]^{ - 1}} $(5b)
    $ {\tau _{\rm{w}}} \approx \dfrac{4}{3}{\tau _{\rm{y}}} + {\eta _{\rm{p}}}\left( {\dfrac{{8v}}{D}} \right), \;{\rm{for}} \;\tau \gg {\tau _{\rm{y}}} $(5c)
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  • [1] 蔡美峰, 薛鼎龙, 任奋华. 金属矿深部开采现状与发展战略. 工程科学学报, 2019, 41(4):417

    Cai M F, Xue D L, Ren F H. Current status and development strategy of metal mines. Chin J Eng, 2019, 41(4): 417

    [2] 谷泓坤. 尾砂综合利用的工程实例. 矿产综合利用, 2017(6):93 doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2017.06.020

    Gu H K. Engineering example of comprehensive utilization of tailings. Multipurpose Utilization Miner Resour, 2017(6): 93 doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2017.06.020

    [3] 刘海林, 汪为平, 何承尧, 等. 金属非金属地下矿山采空区治理技术现状及发展趋势. 现代矿业, 2018(6):1 doi: 10.3969/j.issn.1674-6082.2018.06.001

    Liu H L, Wang W P, He C Y, et al. Present situation and development trend of goaf treatment technology in metal and non-metal underground mines. Mod Min, 2018(6): 1 doi: 10.3969/j.issn.1674-6082.2018.06.001

    [4] 吴爱祥, 王勇, 王洪江. 膏体充填技术现状及趋势. 金属矿山, 2016(7):1 doi: 10.3969/j.issn.1001-1250.2016.07.001

    Wu A X, Wang Y, Wang H J. Status and prospects of the paste backfill technology. Met Mine, 2016(7): 1 doi: 10.3969/j.issn.1001-1250.2016.07.001

    [5]

    Landriault D A, Verburg R, Cincilla W, et al. Paste technology for underground backfill and surface tailings disposal applications // Short Course Notes, Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Vancouver, 1997: 120

    [6] 吴爱祥, 杨莹, 程海勇, 等. 中国膏体技术发展现状与趋势. 工程科学学报, 2018, 40(5):517

    Wu A X, Yang Y, Cheng H Y, et al. Status and prospects of paste technology in China. Chin J Eng, 2018, 40(5): 517

    [7] 颜丙恒, 李翠平, 吴爱祥, 等. 膏体料浆管道输送中粗颗粒迁移的影响因素分析. 中国有色金属学报, 2018, 28(10):2143 doi: 10.1016/S1003-6326(18)64859-9

    Yang B H, Li C P, Wu A X, et al. Analysis on influencing factors of coarse particles migration in pipeline transportation of paste slurry. Chin J Nonferrous Met, 2018, 28(10): 2143 doi: 10.1016/S1003-6326(18)64859-9

    [8]

    Ovarlez G, Bertrand F, Coussot P, et al. Shear-induced sedimentation in yield stress fluids. J Non-Newtonian Fluid Mech, 2012, 177-178: 19 doi: 10.1016/j.jnnfm.2012.03.013

    [9]

    Atapattu D D, Chhabra R P, Uhlherr P H T. Creeping sphere motion in Herschel-Bulkley fluids: flow field and drag. J Non-Newtonian Fluid Mech, 1995, 59(2-3): 245 doi: 10.1016/0377-0257(95)01373-4

    [10]

    Belem T, Benzaazoua M. Design and application of underground mine paste backfill technology. Geotech Geol Eng, 2008, 26(2): 147 doi: 10.1007/s10706-007-9154-3

    [11]

    Belem T, Benzaazoua M. An overview on the use of paste backfill technology as a ground support method in cut-and-fill mines // Proceedings of the Fifth International Symposium on Ground Support. Perth, 2004: 637

    [12]

    Jewell RJ, Fourie A B. Paste and Thickened Tailings – A Guide. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2015

    [13]

    Hustrulid W A, Hustrulid W A, Bullock R L, et al. Underground Mining Methods Engineering Fundamentals and International Case Studies. USA, SME, 2001

    [14]

    Kesimal A, Yilmaz E, Ercikdi B. Evaluation of paste backfill mixtures consisting of sulphide-rich mill tailings and varying cement contents. Cem Concr Res, 2004, 34(10): 1817 doi: 10.1016/j.cemconres.2004.01.018

    [15] 刘同有, 周成浦, 金铭良, 等. 充填采矿技术与应用. 北京: 冶金工业出版社, 2001

    Liu T Y, Zhou C P, Jin M L, et al. Technology and Application on Cut and Fill Mining. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2001

    [16] 王新民, 古德生, 张钦礼. 深井矿山充填理论与管道输送技术. 长沙: 中南大学出版社, 2010

    Wang X M, Gu D S, Zhang Q L. Filling Theory and Pipeline Transportation Technology in Deep Mine. Changsha: Central South University Press, 2010

    [17] 王洪江, 王勇, 吴爱祥, 等. 从饱和率和泌水率角度探讨膏体新定义. 武汉理工大学学报, 2011, 33(6):85 doi: 10.3963/j.issn.1671-4431.2011.06.020

    Wang H J, Wang Y, Wu A X, et al. Research of paste new definition from the viewpoint of saturation ratio and bleeding rate. J Wuhan Univ Technol, 2011, 33(6): 85 doi: 10.3963/j.issn.1671-4431.2011.06.020

    [18] 阮竹恩, 李翠平, 钟媛. 全尾膏体制备过程中尾矿颗粒运移行为研究进展与趋势. 金属矿山, 2014(12):13

    Ruan Z E, Li C P, Zhong Y. Development progress and trend of whole-tailings particles’ migration behavior during preparation of whole-tailings paste. Met Mine, 2014(12): 13

    [19] 吴爱祥, 焦华喆, 王洪江, 等. 深锥浓密机搅拌刮泥耙扭矩力学模型. 中南大学学报: 自然科学版, 2012, 43(4):1469

    Wu A X, Jiao H Z, Wang H J, et al. Mechanical model of scraper rake torque in deep-cone thickener. J Cent South Univ Sci Technol, 2012, 43(4): 1469

    [20]

    Jiao H Z, Wang S F, Yang Y X, et al. Water recovery improvement by shearing of gravity-thickened tailings for cemented paste backfill. J Clean Prod, 2020, 245: 118882 doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118882

    [21] 王洪江, 杨柳华, 王勇, 等. 全尾砂膏体多尺度物料搅拌均质化技术. 武汉理工大学学报, 2017, 39(12):76

    Wang H J, Yang L H, Wang Y, et al. Multi-scale materials’ dispersive mixing technology of unclassified tailings paste. J Wuhan Univ Technol, 2017, 39(12): 76

    [22] 杨柳华, 王洪江, 吴爱祥, 等. 全尾砂膏体搅拌技术现状及发展趋势. 金属矿山, 2016(7):34 doi: 10.3969/j.issn.1001-1250.2016.07.005

    Yang L H, Wang H J, Wu A X, et al. Status and development tendency of the full-tailings paste mixing technology. Met Mine, 2016(7): 34 doi: 10.3969/j.issn.1001-1250.2016.07.005

    [23] 杨柳华, 王洪江, 吴爱祥, 等. 全尾砂膏体搅拌剪切过程的触变性. 工程科学学报, 2016, 38(10):1343

    Yang L H, Wang H J, Wu A X, et al. Thixotropy of unclassified pastes in the process of stirring and shearing. Chin J Eng, 2016, 38(10): 1343

    [24] 程海勇. 时温效应下膏体流变参数及管阻特性[学位论文]. 北京: 北京科技大学, 2018

    Cheng H Y. Characteristics of Rheological Parameters and Pipe Resistance under the Time-Temperature Effect[Dissertation]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2018

    [25] 刘晓辉. 膏体流变行为及其管流阻力特性研究[学位论文]. 北京: 北京科技大学, 2015

    Liu X H. Study on Rheological Behavior and Pipe Flow Resistance of Paste Backfill[Dissertation]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2015

    [26] 邱华富, 刘浪, 孙伟博, 等. 采空区充填体强度分布规律试验研究. 中南大学学报: 自然科学版, 2018, 49(10):2584

    Qiu H F, Liu L, Sun W B, et al. Experimental study on strength distribution of backfill in goaf. J Cent South Univ Sci Technol, 2018, 49(10): 2584

    [27] 卢宏建, 梁鹏, 甘德清, 等. 充填料浆流动沉降规律与充填体力学特性研究. 岩土力学, 2017, 38(增刊1): 263

    Lu H J, Liang P, Gan D Q, et al. Research on flow sedimentation law of filling slurry and mechanical characteristics of backfill body. Rock Soil Mech, 2017, 38(Suppl1): 263

    [28] 王新民, 朱阳亚, 姜志良, 等. 上向进路充填采矿法不同接顶率充填体的稳定性. 科技导报, 2014, 32(20):37 doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2014.20.005

    Wang X M, Zhu Y Y, Jiang Z L, et al. Stability of filling materials with different roof-contacted filling ratios in upward filling stoping method. Sci Technol Rev, 2014, 32(20): 37 doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2014.20.005

    [29]

    Pullum L, Boger D V, Sofra F. Hydraulic mineral waste transport and storage. Ann Rev Fluid Mech, 2018, 50: 157 doi: 10.1146/annurev-fluid-122316-045027

    [30]

    Pullum L, Graham L, Rudman M, et al. High concentration suspension pumping. Miner Eng, 2006, 19(5): 471 doi: 10.1016/j.mineng.2005.08.010

    [31] 吴爱祥, 王洪江. 金属矿膏体充填理论与技术. 北京: 科学出版社, 2015

    Wu A X, Wang H J. Theory and Technology of Paste Backfill in Metal Mines. Beijing: Science Press, 2015

    [32]

    Yang L H, Wang H J, Li H, et al. Effect of high mixing intensity on rheological properties of cemented paste backfill. Minerals, 2019, 9(4): 240 doi: 10.3390/min9040240

    [33]

    Barnes H A, Nguyen Q D. Rotating vane rheometry—a review. J Non-Newtonian Fluid Mech, 2001, 98(1): 1 doi: 10.1016/S0377-0257(01)00095-7

    [34] 李帅, 王新民, 张钦礼, 等. 超细全尾砂似膏体长距离自流输送的时变特性. 东北大学学报: 自然科学版, 2016, 37(7):1045

    Li S, Wang X M, Zhang Q L, et al. Time-varying characteristic of paste-like super-fine unclassified tailings in long self-flowing transportation. J Northeast Univ Nat Sci, 2016, 37(7): 1045

    [35] 翟永刚, 吴爱祥, 王洪江, 等. 全尾砂膏体料浆的流变特性研究. 金属矿山, 2010(12):30

    Zhai Y G, Wu A X, Wang H J, et al. Study on rheological properties of the unclassified-tailings paste. Met Mine, 2010(12): 30

    [36] 陈琴瑞. 羊拉铜矿膏体上扬式泵送充填摩阻损失研究[学位论文]. 北京: 北京科技大学, 2011

    Chen Q R. Research on the Friction Loss of Upward Paste Pumping Filling in Yangla Copper Mine[Dissertation]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2011

    [37]

    Wang H J, Yang L H, Li H, et al. Using coupled rheometer-FBRM to study rheological properties and microstructure of cemented paste backfill. Adv Mater Sci Eng, 2019, 2019: 6813929

    [38] 刘晓辉. 膏体尾矿流变行为的宏细观分析及其测定方法. 金属矿山, 2018(5):7

    Liu X H. Macro-micro analysis and test method of rheological behavior of paste tailings. Met Mine, 2018(5): 7

    [39] 刘晓辉, 吴爱祥, 王洪江, 等. 全尾膏体触变特性实验研究. 武汉理工大学学报: 交通科学与工程版, 2014, 38(3):539

    Liu X H, Wu A X, Wang H J, et al. Experimental studies on the thixotropic characteristics of unclassified-tailings paste slurry. J Wuhan Univ Technol Transp Sci Eng, 2014, 38(3): 539

    [40] 李俊, 肖崇春, 姜寄, 等. 泵送膏体触变特性对管道阻力的影响. 中国矿业, 2017, 26(增刊2): 283

    Li J, Xiao C C, Jiang J, et al. Thixotropic properties of paste pumping effect on pipeline resistance. Chin Min Mag, 2017, 26(Suppl2): 283

    [41]

    Mewis J, Wagner N J. Thixotropy. Adv Colloid Interface Sci, 2009, 147-148: 214 doi: 10.1016/j.cis.2008.09.005

    [42]

    Atzeni C, Massidda L, Sanna U. Comparison between rheological models for portland cement pastes. Cem Concr Res, 1985, 15(3): 511 doi: 10.1016/0008-8846(85)90125-5

    [43]

    Bingham E C. Fluidity and Plasticity. New York & London: McGraw-Hill Book Company, 1922

    [44]

    Casson N A. Flow Equation for Pigment Oil Suspensions of the Printing Ink Type. London: Pergamon Press, 1959

    [45]

    Buckingham E. On plastic flow through capillary tubes // Proceedings of American Society for Testing and Materials. 1921: 1154

    [46] 邹辉. 全尾砂-水淬渣膏体性能研究[学位论文]. 衡阳: 南华大学, 2007

    Zou H. Research on Paste Parameter of Unclassified Tailings-Granulated Blast Furnace Slag[Dissertation]. Hengyang: University of South China, 2007

    [47] 赵才智. 煤矿新型膏体充填材料性能及其应用研究[学位论文]. 徐州: 中国矿业大学, 2008

    Zhao C Z. Study on Coal Mine New Paste Filling Material Properties and Its Application[Dissertation]. Xuzhou: China University of Mining and Technology, 2008

    [48] 王新民, 肖卫国, 王小卫, 等. 金川全尾砂膏体充填料浆流变特性研究. 矿冶工程, 2002, 22(3):13 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2002.03.004

    Wang X M, Xiao W G, Wang X W, et al. Study on rheological properties of full tailing paste filling slurry of Jinchuan mine. Min Metall Eng, 2002, 22(3): 13 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2002.03.004

    [49] 张宗生. 金川矿山废石膏体配制与流变特性研究[学位论文]. 昆明: 昆明理工大学, 2008

    Zhang Z S. Study on Preparation and Rheological Properties of Waste Rock Paste from Jinchuan Mine[Dissertation]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2008

    [50] 王五松. 膏体充填流变特性及工艺研究[学位论文]. 阜新: 辽宁工程技术大学, 2004

    Wang W S. Study of Rheological Characters and Technologies of Cream-Body Fill[Dissertation]. Fuxin: Liaoning Technical University, 2004

    [51]

    Nguyen Q D, Boger D V. Measuring the flow properties of yield stress fluids. Annu Rev Fluid Mech, 1992, 24(1): 47 doi: 10.1146/annurev.fl.24.010192.000403

    [52]

    Gawu S K Y, Fourie A B. Assessment of the modified slump test as a measure of the yield stress of high-density thickened tailings. Can Geotech J, 2004, 41(1): 39 doi: 10.1139/t03-071

    [53]

    Clayton S A. The Importance of Rheology in Paste Fill Operations[Dissertation]. Melbourne: University of Melbourne, 2002

    [54]

    Potvin Y, Thomas E G, Fourie A B. Handbook on Mine Fill. Perth: Australian Centre for Geomechanics, 2005

    [55]

    Li H, Wu A X, Wang H J. Evaluation of short-term strength development of cemented backfill with varying sulphide contents and the use of additives. J Environ Manage, 2019, 239: 279 doi: 10.1016/j.jenvman.2019.03.057

    [56] 程海勇, 吴顺川, 吴爱祥, 等. 基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测. 工程科学学报, 2018, 40(10):1168

    Cheng H Y, Wu S C, Wu A X, et al. Grading characterization and yield stress prediction based on paste stability coefficient. Chin J Eng, 2018, 40(10): 1168

    [57]

    Cheng H Y, Wu S C, Zhang X Q, et al. Effect of particle gradation characteristics on yield stress of cemented paste backfill. Int J Miner Metall Mater, 2020, 27(1): 10 doi: 10.1007/s12613-019-1865-y

    [58] 徐文彬, 杨宝贵, 杨胜利, 等. 矸石充填料浆流变特性与颗粒级配相关性试验研究. 中南大学学报: 自然科学版, 2016, 47(4):1282

    Xu W B, Yang B G, Yang S L, et al. Experimental study on correlativity between rheological parameters and grain grading of coal gauge backfill slurry. J Cent South Univ Sci Technol, 2016, 47(4): 1282

    [59] 胡华, 孙恒虎, 黄玉诚. 似膏体充填料浆流变特性及其多因素影响分析. 有色金属: 矿山部分, 2003, 55(3):4

    Hu H, Sun H H, Huang Y C. Rheological characteristics of paste-like backfill slurry and analysis of its influence factors. Nonferrous Met Min, 2003, 55(3): 4

    [60]

    Meggyes T, Debreczeni A. Paste technology for tailings management. Land Contam Reclamation, 2006, 14(4): 815 doi: 10.2462/09670513.694

    [61]

    Kesimal A, Yilmaz E, Ercikdi B, et al. Effect of properties of tailings and binder on the short-and long-term strength and stability of cemented paste backfill. Mater Lett, 2005, 59(28): 3703 doi: 10.1016/j.matlet.2005.06.042

    [62] 王少勇, 吴爱祥, 阮竹恩, 等. 基于环管实验的膏体流变特性及影响因素. 中南大学学报: 自然科学版, 2018, 49(10):2519

    Wang S Y, Wu A X, Ruan Z E, et al. Rheological properties of paste slurry and influence factors based on pipe loop test. J Cent South Univ Sci Technol, 2018, 49(10): 2519

    [63] 龙海潮, 夏建新, 曹斌. 粗细物料配比对浆体流变特性影响研究. 矿冶工程, 2017, 37(2):6 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2017.02.002

    Long H C, Xia J X, Cao B. Effect of coarse/fine materials ratio on rheological properties. Min Metall Eng, 2017, 37(2): 6 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2017.02.002

    [64] 孙南翔, 徐志强, 曲思建, 等. 颗粒分布对高浓度水煤浆流变性能的影响. 煤炭工程, 2015, 47(3):122 doi: 10.11799/ce201503040

    Sun N X, Xu Z Q, Qu S J, et al. Effect of particle size distribution on rheology behavior of high-concentration coal water slurry. Coal Eng, 2015, 47(3): 122 doi: 10.11799/ce201503040

    [65] 张修香. 矿山废石-尾砂高浓度充填料浆的流变特性及多因素影响规律研究[学位论文]. 昆明: 昆明理工大学, 2016

    Zhang X X. Study on Rheological Characteristics of Waste Stone-Tailings High-Concentration Backfill Slurry and the Influence of Multiple Factors[Dissertation]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2016

    [66]

    Cheng H Y, Wu S C, Li H, et al. Influence of time and temperature on rheology and flow performance of cemented paste backfill. Constr Build Mater, 2020, 231: 117117 doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117117

    [67]

    Jiang H Q, Fall M, Liang C. Yield stress of cemented paste backfill in sub-zero environments: experimental results. Miner Eng, 2016, 92: 141 doi: 10.1016/j.mineng.2016.03.014

    [68] 薛振林, 张友志, 鲍亚豪, 等. 考虑温度影响的全尾砂料浆流变性能研究. 金属矿山, 2016(10):35 doi: 10.3969/j.issn.1001-1250.2016.10.008

    Xue Z L, Zhang Y Z, Bao Y H, et al. Study on rheological property of unclassified-tailing slurry considering the temperature effect. Met Mine, 2016(10): 35 doi: 10.3969/j.issn.1001-1250.2016.10.008

    [69]

    Xue Z L, Gan D Q, Zhang Y Z, et al. Rheological behavior of ultrafine-tailings cemented paste backfill in high-temperature mining conditions. Constr Build Mater, 2020, 253: 119212 doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119212

    [70] 寇云鹏, 齐兆军, 宋泽普, 等. 全尾砂高浓度充填料浆流变特性试验研究. 矿业研究与开发, 2018, 38(12):32

    Kou Y P, Qi Z J, Song Z P, et al. Experimental study on rheological properties of high-concentration filling slurry with full tailings. Min Res Dev, 2018, 38(12): 32

    [71]

    Wu S C, Han L Q, Cheng Z Q, et al. Study on the limit equilibrium slice method considering characteristics of inter-slice normal forces distribution: the improved Spencer method. Environ Earth Sci, 2019, 78(20): 611 doi: 10.1007/s12665-019-8621-5

    [72]

    Cheng H Y, Wu S C, Zhang X Q, et al. A novel prediction model of strength of paste backfill prepared from waste-unclassified tailings. Adv Mater Sci Eng, 2019, 2019: 3574190

    [73]

    Nguyen Q D, Boger D V. Application of rheology to solving tailings disposal problems. Int J Miner Process, 1998, 54(3-4): 217 doi: 10.1016/S0301-7516(98)00011-8

    [74]

    Sofra F, Boger D V. Rheology for thickened tailings and paste–history, state-of-the-art and future directions // Proceedings of 14th International Seminar on Paste and Thickened Tailings (Paste 11). Perth, 2011: 131

  • 期刊类型引用(47)

    1. 涂艾林,文瑶,李燕青,葛春毅,王玉凡,郭磊,孙伟. 外加剂对锡尾砂充填料流动特性及抗压强度影响规律研究. 有色金属(矿山部分). 2024(01): 17-22 . 百度学术
    2. 凌斌辉. 基于流变特性极差分析的碎石-全尾砂料浆配比优化研究. 采矿技术. 2024(01): 190-193 . 百度学术
    3. 梁卫国,郭凤岐,于永军,张泽寒,闫俊才. 煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展. 煤炭科学技术. 2024(04): 12-27 . 百度学术
    4. 王贤情,万文,盛佳,卢振兴,唐骁宇. 基于恒定剪切速率的分级细尾砂浆流变模型研究与应用. 矿业研究与开发. 2024(06): 42-48 . 百度学术
    5. 赵艳伟,胡正祥,乔登攀,姚晋龙,李广涛,杨天雨,王俊. 一种基于贝叶斯优化和XGBoost的膏体流变参数预测模型. 有色金属(矿山部分). 2024(05): 118-128 . 百度学术
    6. 张慧峰,鲁成,张思达,刘凌云. 分级添加矸石颗粒的充填浆料流变学特性研究. 有色金属工程. 2024(10): 116-123 . 百度学术
    7. 吴爱祥,李红,程海勇. 屈服型非牛顿流体流型演化的几何判别. 中国矿业大学学报. 2023(01): 1-9 . 百度学术
    8. 王石,刘武,宋学朋,魏美亮,喻海根,王晓军,陶铁军. 基于水分迁移的不同质量分数全尾砂浆浑液面沉降规律. 中国矿业大学学报. 2023(01): 63-75 . 百度学术
    9. 吴爱祥,武鹏杰,王少勇,阮竹恩,莫逸,胡秀瀚. 基于停留时间的深锥浓密机耙架扭矩计算模型. 中南大学学报(自然科学版). 2023(04): 1491-1499 . 百度学术
    10. 邓雪杰,刘浩,张吉雄,赵逸乐,李玉,卞立国,田秀国,谢晋. 煤矿微生物诱导碳酸钙沉积胶结充填开采技术研究. 矿业科学学报. 2023(04): 439-451 . 百度学术
    11. 方林,翟会超,孙长坤,于永纯,董志富,魏晓明. 基于扩散度试验的减水剂对超细全尾砂充填料浆流动性影响研究. 中国矿业. 2023(06): 146-151 . 百度学术
    12. Cuiping Li,Xue Li,Zhu'en Ruan. Rheological properties of a multiscale granular system during mixing of cemented paste backfill: A review. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2023(08): 1444-1454 . 必应学术
    13. 李辉,许斌,王娜,焦华喆,陈新明,杨柳华. 谦比希铜矿膏体充填料浆流动性测试. 中国有色金属. 2023(S1): 294-297 . 百度学术
    14. 郭文兵,吴东涛,白二虎,张璞,侯建军,张要展. 我国煤矿智能绿色开采技术现状与展望. 河南理工大学学报(自然科学版). 2023(05): 1-17 . 百度学术
    15. 李重海,李树建,王宗勇,周晃,尹旭岩,姚维. 某矿山尾砂充填材料特性试验研究. 采矿技术. 2023(05): 171-177 . 百度学术
    16. 靳天朴. 减水剂对粗骨料膏体料浆流动性及强度的影响研究. 中国矿业. 2023(S2): 223-228 . 百度学术
    17. 黄振华,李翠平,李雪,阮竹恩,王少勇. 不同物料配比充填料浆流变性的体积浓度效应. 材料导报. 2023(22): 102-110 . 百度学术
    18. 梁旭,张慧峰,高博,王喆,张思达. 掺土充填材料力学特性研究及数值反分析. 有色金属工程. 2023(11): 108-116 . 百度学术
    19. 周浩,孙晓刚,邱景平,郭镇邦,张世玉,袁龙,王成利. 减水剂作用下超细尾砂膏体流变和力学性能研究. 金属矿山. 2023(11): 167-173 . 百度学术
    20. 程海勇,吴爱祥,吴顺川,朱加琦,李红,刘津,牛永辉. 金属矿山固废充填研究现状与发展趋势. 工程科学学报. 2022(01): 11-25 . 本站查看
    21. 赵兵朝,王海龙,翟迪,马云祥,韦启蒙,王京滨. 黄土-粉煤灰基新型充填材料性能研究. 硅酸盐通报. 2022(01): 199-208 . 百度学术
    22. 高通,孙伟,彭朝智,张盛友,李金鑫,卢开放,李兆宇,赵建光. 云南某锡矿全尾砂充填料浆流变参数研究. 有色金属工程. 2022(03): 129-137 . 百度学术
    23. 王志凯,王贻明,吴爱祥,李根,李剑秋. 堆存温度对半水磷石膏胶凝性能影响. 工程科学学报. 2022(05): 840-848 . 本站查看
    24. Aixiang Wu,Zhuen Ruan,Jiandong Wang. Rheological behavior of paste in metal mines. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2022(04): 717-726 . 必应学术
    25. 周晃,张希巍,姜海强,薛淳元,王宏圣. 不同粒径尾砂料浆塌落度和屈服应力关系. 广西大学学报(自然科学版). 2022(01): 103-111 . 百度学术
    26. 李翠平,黄振华,阮竹恩,王少勇. 金属矿膏体流变行为的颗粒细观力学作用机理进展分析. 工程科学学报. 2022(08): 1293-1305 . 本站查看
    27. 刘娟红,周在波. 细粒级金属尾砂的综合利用及在矿山充填中存在的问题和对策. 金属矿山. 2022(07): 240-249 . 百度学术
    28. 牛永辉,程海勇,吴顺川,孙俊龙,刘泽民,朱加琦,刘津. 动态剪切环境超细全尾砂絮凝沉降特性. 有色金属工程. 2022(08): 139-148 . 百度学术
    29. 陈亮. 尾砂颗粒级配对水泥-钢渣基复合充填料浆流变特性及力学强度的影响. 矿业研究与开发. 2022(08): 113-118 . 百度学术
    30. 张强,王云搏,张吉雄,左小,杨军辉,张昊,巨峰,孙忠良,魏连河,史磊. 煤矿固体智能充填开采方法研究. 煤炭学报. 2022(07): 2546-2556 . 百度学术
    31. 陈鑫政,蒋合国,郭利杰,许文远,赵衷进,刘志双,魏筱乐. 基于RSM的复合骨料充填料浆流变特性试验. 有色金属工程. 2022(09): 107-114 . 百度学术
    32. 石劲,杜澳宇,王西兵,卢骏,兰建强,郑先伟. 基于PSO-BP的胶结充填体强度预测研究. 现代矿业. 2022(08): 119-121+124 . 百度学术
    33. 贾住平,郑禄璟,胡亚飞,郑禄林,荣鹏. 贵州锦丰金矿胶固粉-分级尾砂充填技术研究与应用. 金属矿山. 2022(09): 43-48 . 百度学术
    34. 吴蓬,孙绍康,刘庆,王俊祥,吕宪俊. 固体含量对细粒全尾矿浆流变特性的影响. 矿业工程研究. 2022(03): 67-73 . 百度学术
    35. 孙京阁,邢其岭. 全尾砂膏体充填采矿技术现状及展望. 世界有色金属. 2022(17): 43-45 . 百度学术
    36. 尹升华,曹永,吴爱祥,侯永强,杨世兴. 料浆浓度与絮凝剂单耗对膏体堆存渗透性及破坏研究. 材料导报. 2022(24): 101-106 . 百度学术
    37. 吴丽萍,王禹,邹凯. 碱化长径稻草改性铁尾矿水泥充填材料性能研究. 矿业研究与开发. 2022(12): 12-17 . 百度学术
    38. 张明. 基于正交试验的充填体强度演化规律及配比优化研究. 现代矿业. 2022(11): 199-202+212 . 百度学术
    39. 吴顺川,李天龙,程海勇,张小强,赵志强. 高应力环境水平矿柱尺寸演变过程力学响应及稳定性. 中南大学学报(自然科学版). 2021(03): 1027-1039 . 百度学术
    40. 李辉,许斌,王娜,焦华喆,陈新明,杨柳华. 谦比希铜矿膏体充填料浆流动性测试. 金属矿山. 2021(06): 127-130 . 百度学术
    41. 付自国,李化,邓建辉,乔登攀,王佳信. 基于结构参数的超细尾砂充填料浆双变量流变模型及应用. 中国有色金属学报. 2021(06): 1672-1685 . 百度学术
    42. 林倚天,苏士杰,赵明,赵辉. 基于环管实验的煤矸石-粉煤灰充填料浆的管路输送阻力研究. 中国煤炭地质. 2021(S1): 83-86 . 百度学术
    43. 周旭,阮竹恩,王洪江,王少勇,王勇. 尾矿浓密过程的导水通道分布和演化特征. 中南大学学报(自然科学版). 2021(09): 3076-3084 . 百度学术
    44. 李剑秋,李子军,王佳才,王贻明,王志凯,肖祖荣. 半水磷石膏充填材料在某露天采坑充填治理中的应用. 现代矿业. 2021(09): 250-255 . 百度学术
    45. 林倚天,苏士杰,赵明,赵辉. 煤矸石-粉煤灰充填料浆流变特性的实验研究. 中国煤炭地质. 2021(09): 13-17+41 . 百度学术
    46. 赵建光,孙伟,董大刚,周万忠,张盛友,李金鑫. 红泥坡铜矿全尾砂/废石充填料浆流变性及充填体强度实验研究. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2021(06): 58-66 . 百度学术
    47. 吴爱祥,李红,杨柳华,程海勇. 深地开采,膏体先行. 黄金. 2020(09): 51-57 . 百度学术

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-28
  • 网络出版日期:  2020-03-05
  • 发布日期:  2020-06-30

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