泵送劑在充填料漿凝固中的應(yīng)用

泵送劑在充填料漿凝固中的應(yīng)用

充采法可以有效解決礦山的安全和環(huán)境問(wèn)題，該方法的應(yīng)用日益廣泛。充填采礦工藝中的料漿管道輸送環(huán)節(jié)對(duì)充填采礦效率有重要影響，因此，料漿的流動(dòng)性能受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。泵送劑是一種能改善料漿流動(dòng)性能的混合物，主要由減水劑、引氣劑、減阻劑、緩凝劑等復(fù)合而成，具有高流化、潤(rùn)滑、緩凝的作用，能使充填料漿具備順利通過(guò)輸送管道、不離析、不阻塞、黏塑性良好的性能本研究以某礦分級(jí)尾砂膠結(jié)充填為工程背景，首先開(kāi)展充填料漿塌落度試驗(yàn)與流變?cè)囼?yàn)，從塌落度與流變參數(shù)這兩個(gè)常用指標(biāo)出發(fā)，分析不同泵送劑摻量與充填料漿流動(dòng)性能的關(guān)系；其次，針對(duì)不同養(yǎng)護(hù)齡期試塊開(kāi)展單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和電鏡細(xì)觀(guān)試驗(yàn)，從細(xì)觀(guān)尺度分析泵送劑摻量對(duì)充填體力學(xué)性能的影響，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。1爐礦渣石膏水反應(yīng)式試驗(yàn)所用水泥為礦渣硅酸鹽水泥，主要成分為硅酸鹽水泥熟料、?；郀t礦渣和適量石膏，其中水泥與水反應(yīng)式主要為式中，n和y為系數(shù)。料漿內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)、粒子熱運(yùn)動(dòng)以及水泥水化反應(yīng)后離子間的范德華力作用共同形成的絮凝物呈連續(xù)結(jié)構(gòu)，這種連續(xù)結(jié)構(gòu)限制了料漿的流動(dòng)性能2測(cè)試2.1占比和占比本試驗(yàn)采用某礦分級(jí)尾砂，尾砂各粒徑占比見(jiàn)圖2。礦渣硅酸鹽水泥型號(hào)為P.S.A32.5，泵送劑型號(hào)為JCKY01，料漿載體為城市自來(lái)水。2.2試驗(yàn)計(jì)劃經(jīng)過(guò)初步探索，綜合考慮料漿流動(dòng)性及充填體強(qiáng)度因素3試驗(yàn)結(jié)果與討論3.1不同送劑對(duì)塌落度的影響各組試驗(yàn)塌落度與泵送劑摻量關(guān)系見(jiàn)圖3。由圖3可知：隨著泵送劑摻量的增加，充填料漿塌落度呈上升趨勢(shì)。泵送劑摻量為0～1%時(shí)，塌落度增長(zhǎng)率為35.26%；泵送劑摻量為1%～2%時(shí)，塌落度增長(zhǎng)率為13.64%；泵送劑摻量為2%～3%時(shí)，塌落度增長(zhǎng)率為9.33%；泵送劑摻量為3%～4%時(shí)，塌落度增長(zhǎng)率為5.88%?？梢?jiàn)，泵送劑對(duì)塌落度的影響是非線(xiàn)性且呈梯度的，隨著泵送劑摻量不斷增加，泵送劑對(duì)料漿塌落度的影響會(huì)慢慢趨于“飽和”狀態(tài)。這是因?yàn)殡S著一定量的泵送劑加入，使得料漿內(nèi)部絮凝物包裹的結(jié)合水得以釋放出來(lái)，加上引入了一定量的氣泡，使料漿的自由水增多，潤(rùn)滑性提高，導(dǎo)致塌落度增大；而當(dāng)泵送劑的摻量超過(guò)臨界值時(shí)，料漿內(nèi)部已經(jīng)很難再釋放出足夠多的自由水，從而導(dǎo)致塌落度的增加趨向于緩慢。對(duì)獲取的塌落度試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，自變量x為泵送劑摻量，因變量f為塌落度，得到泵送劑摻量與塌落度的回歸方程見(jiàn)式（2），其中方程sig=0.0032<0.05，差異顯著，表明式（2）能夠較好地表述泵送劑摻量與塌落度的關(guān)系。3.2泵送劑對(duì)料漿塑性黏度的影響控制剪切應(yīng)力方法中，認(rèn)定剪切速率發(fā)生時(shí)的剪切應(yīng)力為靜態(tài)屈服應(yīng)力，每次試驗(yàn)設(shè)置的剪切應(yīng)力間隔均為100Pa，逐次試探，直至測(cè)試出屈服應(yīng)力為止，剪切在達(dá)到設(shè)定應(yīng)力上限值時(shí)停止。各組試驗(yàn)流變曲線(xiàn)見(jiàn)圖4，屈服應(yīng)力與塑性黏度取值見(jiàn)圖5。由圖4、圖5可知：屈服應(yīng)力大小隨著泵送劑摻量的增加出現(xiàn)降低趨勢(shì)。當(dāng)泵送劑摻量為0～1%時(shí)，屈服應(yīng)力降低8.58%；泵送劑摻量為1%～2%時(shí)，屈服應(yīng)力降低38.54%；泵送劑摻量為2%～3%時(shí)，屈服應(yīng)力降低41.73%；泵送劑摻量為3%～4%時(shí)，屈服應(yīng)力降低18.98%?？芍盟蛣搅繛?%～3%時(shí)，料漿屈服應(yīng)力的降低幅度相對(duì)較大，流變性能改善較為顯著，料漿顆粒之間接近處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，在此基礎(chǔ)之上繼續(xù)增加泵送劑的含量，同劑量的泵送劑能夠釋放出的結(jié)合水減少，也很難再增加絮凝結(jié)構(gòu)的分散程度，導(dǎo)致?lián)搅吭诔^(guò)3%后，同劑量泵送劑的作用效果慢慢減弱。同理，在塑性黏度方面，泵送劑摻量超過(guò)2%時(shí)，同劑量泵送劑對(duì)料漿塑性黏度的降低效果已經(jīng)不明顯。料漿的屈服應(yīng)力和塑性黏度是決定料漿流動(dòng)性能的重要流變參數(shù)，不考慮其他條件的前提下，這兩個(gè)流變參數(shù)越小，料漿的流動(dòng)性能越好?？紤]泵送劑摻量對(duì)兩個(gè)流變參數(shù)的綜合影響，結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素，認(rèn)為摻量為2%～3%較適宜。3.3泵送劑對(duì)充填體抗壓強(qiáng)度的影響本研究采用WHY-600單軸壓力機(jī)對(duì)目標(biāo)齡期的樣品進(jìn)行測(cè)試，單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知：隨著泵送劑摻量增加，所有齡期的充填體抗壓強(qiáng)度均呈先上升后下降的趨勢(shì)。與對(duì)照組相比，泵送劑摻量為1%～3%時(shí)，對(duì)充填體抗壓強(qiáng)度的影響均是積極的。養(yǎng)護(hù)齡期為3d的充填試塊，不同泵送劑摻量的抗壓強(qiáng)度在0.30～0.43MPa范圍內(nèi)波動(dòng)，除了摻量達(dá)到4%時(shí)表現(xiàn)為明顯下降，在3%摻量之前增長(zhǎng)有限，基本認(rèn)為泵送劑對(duì)充填試塊早期強(qiáng)度影響不大。養(yǎng)護(hù)齡期為7d的充填試塊，泵送劑摻量為0～1%時(shí)，試塊抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率為28%，增長(zhǎng)明顯；泵送劑摻量為1%和2%時(shí)，充填試塊抗壓強(qiáng)度基本不變，超過(guò)2%后，強(qiáng)度開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。養(yǎng)護(hù)齡期為28d的充填試塊，強(qiáng)度變化規(guī)律與7d試塊類(lèi)似，泵送劑摻量為0～1%時(shí)，試塊抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率為20.69%；泵送劑摻量為1%～2%時(shí)，強(qiáng)度基本不變，超過(guò)2%后呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。3.4充填細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響泵送劑是從細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)上對(duì)充填料漿產(chǎn)生影響，導(dǎo)致凝固后的充填試塊有不同抗壓強(qiáng)度。采用電子顯微鏡對(duì)養(yǎng)護(hù)齡期28d試塊表面（澆筑時(shí)非自由面）進(jìn)行了細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)觀(guān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可知：添加1%泵送劑時(shí)，微觀(guān)結(jié)構(gòu)明顯比未添加的對(duì)照組致密，這是由于泵送劑的加入，消除了料漿中較大且有害的氣泡，當(dāng)添加量為2%～4%時(shí)，充填試塊的細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出大孔隙增多的現(xiàn)象，尤其是在4%時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)一些類(lèi)似“破碎帶”的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)殡S著摻量逐漸增大，釋放的結(jié)合水逐漸增加，導(dǎo)致料漿明顯變稀，凝固脫水后就會(huì)留下更多的孔隙結(jié)構(gòu)。這種現(xiàn)象與圖6中28d強(qiáng)度曲線(xiàn)相吻合，先由于結(jié)構(gòu)的致密導(dǎo)致強(qiáng)度明顯提高，隨著摻量增加，大孔隙結(jié)構(gòu)增加，強(qiáng)度逐漸降低。因此，運(yùn)用細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)解釋強(qiáng)度是有意義的。結(jié)合該礦山實(shí)際，考慮泵送劑成本、料漿流動(dòng)性及抗壓強(qiáng)度的綜合效應(yīng)，在該配比的料漿中，泵送劑摻量為2%較為合理。此外，本研究分析的不同泵送劑摻量對(duì)料漿流動(dòng)性能及充填體力學(xué)性能的影響規(guī)律，也可以為其他同類(lèi)礦山提供一定的理論依據(jù)。4泵送劑用量對(duì)充填料漿流動(dòng)性能的影響在研究泵送劑對(duì)充填料漿流動(dòng)性能的基礎(chǔ)上，探究了泵送劑摻量對(duì)凝固后充填體單軸抗壓強(qiáng)度的影響，主要結(jié)論如下：(1）泵送劑摻量為2%～3%時(shí)，對(duì)料漿塌落度及流變參數(shù)有著明顯的影響，能夠有效提高料漿的流動(dòng)性能，當(dāng)摻量超過(guò)3%時(shí)，單位劑量的泵送劑對(duì)料漿流動(dòng)性能的提升將不再明顯。(2）泵送劑對(duì)充填試塊早期（3d）強(qiáng)度影響不大，而對(duì)于7d、28d養(yǎng)護(hù)齡期試塊，摻量在2%以前能有效增加強(qiáng)度，摻量大于2%時(shí)，充填試塊抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。(3）泵送劑摻量為1%時(shí)具有最致密的細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)，