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一种全尾砂充填新型胶凝材料的研制
2012-05-17
利用高炉炉渣研制了一种新型全尾砂充填胶凝材料。该新型胶凝材料由矿渣、石灰、石膏和水泥组 成,并且加入少量外加剂。采用正交试验,对新型胶凝材料进行影响因素研究,然后通过DPS数据处理软件建立强 度与配方的回归公式,最后确定最优配方。试验表明,采用最优配方的新型胶凝材料,全尾砂充填体强度是325# 水泥全尾砂充填体强度的3倍,同时新型胶凝材料成本与水泥成本相当或略高,由此可以降低全尾砂充填采矿成 本达40% ~50%。开发的新型胶凝材料已经在石人沟铁矿现场试验和应用,从而进一步验证了该胶凝材料的可行 性与可靠性,为提高石人沟铁矿的充填采矿经济效益奠定了基础。
SeMriaeysꢀ N2o0 14231 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总12第年 4第315期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE · 综 合 利 用 · ꢀ 一种全尾砂充填新型胶凝材料的研制 ꢀ 1 1 2 1 杜 聚 强 ꢀ 高 ꢀ 谦 ꢀ 南 世 卿 ꢀ 董 ꢀ 璐 ( 1 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 ; 2 河 北 钢 铁 集 团 矿 业 有 限 公 司 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 利 用 高 炉 炉 渣 研 制 了 一 种 新 型 全 尾 砂 充 填 胶 凝 材 料 。 该 新 型 胶 凝 材 料 由 矿 渣 、 石 灰 、 石 膏 和 水 泥 组 成 , 并 且 加 入 少 量 外 加 剂 。 采 用 正 交 试 验 , 对 新 型 胶 凝 材 料 进 行 影 响 因 素 研 究 , 然 后 通 过 DPS 数 据 处 理 软 件 建 立 强 度 与 配 方 的 回 归 公 式 , 最 后 确 定 最 优 配 方 。 试 验 表 明 , 采 用 最 优 配 方 的 新 型 胶 凝 材 料 , 全 尾 砂 充 填 体 强 度 是 32 5 水 泥 全 尾 砂 充 填 体 强 度 的 3 倍 , 同 时 新 型 胶 凝 材 料 成 本 与 水 泥 成 本 相 当 或 略 高 , 由 此 可 以 降 低 全 尾 砂 充 填 采 矿 成 本 达 40% ~ 50% 。 开 发 的 新 型 胶 凝 材 料 已 经 在 石 人 沟 铁 矿 现 场 试 验 和 应 用 , 从 而 进 一 步 验 证 了 该 胶 凝 材 料 的 可 行 性 与 可 靠 性 , 为 提 高 石 人 沟 铁 矿 的 充 填 采 矿 经 济 效 益 奠 定 了 基 础 。 # 关 键 词 ꢀ 胶 结 充 填 ꢀ 新 型 胶 凝 材 料 ꢀ 强 度 ꢀ 正 交 试 验 ꢀ 回 归 分 析 ꢀ 最 优 配 方 Develop on a New Cementing Material of Full Tailings Backfilling 1 1 2 1 Du Juqiang ꢀ Gao Qian ꢀ Nan Shiqing ꢀ Dong Lu ( 1 School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing; 2 Hebei Iron and Steel Group) Abstractꢀ A new type cementing material is introduced It is composed by slag, lime, gypsum and cement, also some additives were added, and the optimal ratio based on the limited test basis Orthogonal design and test data were used to an alyze the influence factors the new type cementing material Then regression equation between strength and the new type ce menting material based on the DPS software was established At last, the optimal formulation was determined Results show WWW.KY114.CN # that the new cementing material strength is 3 times of the 32 5 cement, and its cost is the same as cement materials So the cost of the filling can decrease as much as 40% ~ 50%  The new type cementing material has already tested and used in Shirengou iron mine It indicates the feasibility and reliability of this new type cementing material It plays a good foundation for improving the economic benefits of Shirengou mine Keywordsꢀ Cementing filling, New cementing material, Strength, Orthogonal experiment, Regression analysis, Optimal formulation ꢀ ꢀ 随 着 采 矿 工 业 的 不 断 发 展 , 资 源 开 发 利 用 所 引 处 理 软 件 建 立 强 度 与 新 型 胶 凝 材 料 配 方 的 回 归 公 式 , 确 定 最 优 配 方 。 试 验 表 明 , 新 型 胶 凝 材 料 是 32 5# 水 泥 强 度 的 3 倍 , 同 时 成 本 跟 32 5# 水 泥 相 当 。 新 型 胶 凝 材 料 的 研 发 有 利 于 保 护 生 态 环 境 、 地 下 水 资 源 和 控 制 地 表 沉 降 , 从 而 实 现 经 济 、 环 境 和 社 会 效 益 相 统 一 和 可 持 续 发 展 。 发 的 环 境 破 坏 和 废 料 排 放 已 成 为 不 可 避 免 的 问 题 法 [ 14] 。 因 此 , 充 填 采 矿 法 成 为 国 内 外 普 遍 采 用 的 方 [ 59] 。 传 统 的 矿 山 充 填 中 普 遍 使 用 水 泥 作 为 胶 结 剂 。 但 是 一 方 面 全 尾 砂 中 含 有 大 量 细 泥 , 用 水 泥 作 为 胶 结 剂 的 充 填 体 强 度 极 低 ; 另 一 方 面 , 水 泥 的 成 本 较 高 , 占 到 矿 山 充 填 成 本 的 40% 以 上 1013] 。 因 此 , 开 展 低 成 本 和 高 强 度 的 适 应 全 尾 砂 的 新 型 胶 凝 材 料 的 研 究 与 开 发 显 得 至 关 重 要 。 [ 1 ꢀ 全 尾 砂 及 胶 凝 材 料 原 材 料 的 性 质 1  1ꢀ 全 尾 砂 采 用 石 人 沟 铁 矿 全 尾 砂 , 针 对 石 人 沟 铁 矿 的 选 矿 工 艺 , 在 现 场 进 行 尾 砂 取 样 。 将 取 得 的 尾 砂 进 行 本 研 究 研 制 的 新 型 胶 凝 材 料 以 矿 渣 作 为 胶 结 剂 , 以 石 灰 、 石 膏 作 为 主 要 激 发 剂 来 激 发 矿 渣 的 活 性 , 同 时 加 入 少 量 水 泥 来 保 证 其 前 期 的 强 度 。 在 前 期 探 索 性 试 验 的 前 提 下 , 通 过 正 交 试 验 来 分 析 新 型 胶 凝 材 料 各 因 素 对 强 度 的 影 响 , 然 后 通 过 DPS 数 据  国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 973 计 划 ) 项 目 ( 编 号 : 2 010CB731501) 。 杜 聚 强 ( 1986— ) , 男 , 硕 士 研 究 生 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30 号 。 · 152· ꢀ ꢀ ꢀ 杜 聚 强 等 : 一 种 全 尾 砂 充 填 新 型 胶 凝 材 料 的 研 制 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 5 期 离 析 沉 淀 、 烘 干 后 得 到 全 尾 砂 。 采 用 Winner2000 台 式 激 光 粒 度 分 析 仪 对 石 人 沟 全 尾 砂 进 行 粒 度 分 析 , 结 果 见 表 1。 ( 2) 脱 硫 石 膏 : 采 用 唐 山 某 电 厂 发 电 过 程 中 烟 气 脱 硫 得 到 的 副 产 品 ——— 脱 硫 石 膏 , 其 中 CaSO 含 4 3 量 大 于 93% , 相 对 密 度 为 2 35 g / cm , 平 均 粒 径 2 表 1ꢀ 石 人 沟 铁 矿 全 尾 砂 粒 度 指 标 4 2 17 μm, 比 表 面 积 299 cm / g。 ( 3) 外 加 剂 ( 普 通 石 膏 ) 。 比 表 面 积 ( cm2 / g) 不 均 匀 系 数 ( d60 / d10 ) 密 ꢀ 度 / ( g/ cm3 ) d d d d 1 0 50 60 p / μm / μm / μm / μm 2ꢀ 试 验 方 案 设 计 及 实 施 / 2  1ꢀ 正 交 试 验 方 案 设 计 1 74 032 2 52 4 83 40 72 72 84 112 32 15 08 试 验 统 一 固 定 浓 度 为 70% , 胶 砂 比 为 1∶ 8。 在 ꢀ ꢀ 由 表 1 可 知 , 石 人 沟 铁 矿 尾 砂 加 权 平 均 粒 径 d = p 12 μm, d = 40 72 μm, 尾 砂 偏 细 ; 全 尾 砂 粒 径 不 均 新 型 胶 凝 材 料 中 , 选 取 水 泥 、 石 灰 、 石 膏 ( 按 水 泥 的 一 定 比 例 添 加 的 外 加 剂 ) 的 质 量 分 数 为 试 验 因 素 , 矿 渣 的 质 量 分 数 由 其 他 3 因 素 决 定 。 水 泥 、 石 灰 、 石 膏 、 矿 渣 的 含 量 分 别 用 X 、 X 、 X 、 X 表 示 。 各 因 素 1 50 匀 系 数 达 到 15 08, 物 料 的 密 实 性 不 是 最 好 。 因 此 用 传 统 水 泥 作 为 胶 结 剂 进 行 全 尾 砂 充 填 , 充 填 效 果 会 非 常 差 。 由 此 可 见 开 发 新 型 胶 凝 材 料 的 必 要 性 。 1 2 3 4 设 置 3 个 水 平 , 水 平 范 围 由 前 期 探 索 性 试 验 确 定 。 1  2ꢀ 胶 结 剂 因 此 本 试 验 为 3 因 素 3 水 平 的 正 交 试 验 , 因 素 水 平 选 用 唐 山 唐 龙 新 型 建 材 有 限 公 司 的 粒 化 高 炉 渣 粉 作 为 胶 结 剂 , 经 测 量 , 其 密 度 为 2 80 g / cm3 , 平 均 4 表 见 表 3, 采 用 正 交 表 L ( 3 ) 进 行 试 验 。 9 表 3ꢀ 因 素 水 平 各 因 素 的 质 量 分 数 / % 2 粒 径 为 18 13 μm, 比 表 面 积 为 4 380 cm / g, 具 体 化 学 成 分 见 表 2。 因 素 水 平 X X X X 1 3 2 3 5 4 表 2ꢀ 矿 渣 化 学 成 分 % 1 2 3 14 16 18 78 73 68 Cl - 4 5 7 9 成 ꢀ 含 ꢀ 成 ꢀ 含 ꢀ 分 量 分 量 CaO 38 16 MgO SiO 2 Al 2 O 3 MnO 0 44 33 38 16 23 S 0 03 其 他 2  2ꢀ 试 验 实 施 2 - Fe O SO 2 3 3 根 本 试 验 方 案 , 使 用 水 泥 胶 砂 搅 拌 机 , 将 胶 凝 材 10 10 0 W  62 W 0 17 W 0 07 . 0 K  08 Y114.CN 料 、 水 、 全 尾 砂 搅 拌 180 s 制 成 胶 砂 , 将 其 倒 入 7 07 cm × 7 07 cm × 7 07 cm 三 联 试 模 中 , 然 后 立 即 用 水 泥 胶 砂 试 体 成 型 振 实 台 进 行 振 实 成 型 。 将 做 好 编 号 的 三 联 试 模 放 入 温 度 为 20 ± 1 ℃、 湿 度 不 低 于 90% 的 标 准 恒 温 恒 湿 养 护 箱 中 标 准 养 护 48 h, 然 后 进 行 脱 模 , 脱 模 后 对 试 块 编 号 后 继 续 放 养 护 箱 养 护 直 至 达 到 养 护 期 龄 ( 3、 7 和 28 d) , 在 SANS 数 显 固 定 位 移 压 机 上 分 别 测 试 试 块 各 个 龄 期 的 抗 压 强 度 , 结 果 见 表 4。 ꢀ ꢀ 经 过 计 算 , 矿 渣 碱 性 指 数 M = 0 97 < 1, 质 量 o 指 数 K = 1 91 > 1 2, 活 性 指 数 M = 1 14 > 0 95。 a 以 上 化 学 成 分 研 究 表 明 , 矿 渣 适 用 于 充 当 胶 结 剂 , 但 是 矿 渣 的 活 性 是 潜 在 的 , 当 它 单 独 与 水 搅 和 时 几 乎 没 有 反 应 , 胶 凝 性 能 极 弱 。 因 此 应 当 研 究 与 之 相 适 应 的 激 发 剂 对 其 潜 在 活 性 进 行 激 发 , 才 可 能 获 得 较 好 的 胶 结 材 料 。 根 据 化 学 成 分 , 矿 渣 只 有 在 一 定 的 碱 性 环 境 中 , 再 加 入 一 定 量 的 硫 酸 盐 , 其 活 性 才 能 较 为 充 分 地 发 挥 出 来 。 这 是 因 为 碱 性 环 境 中 OH - 离 子 将 促 使 矿 渣 中 硅 氧 聚 合 链 的 键 破 坏 , 加 速 矿 渣 的 分 散 、 溶 解 , 并 形 成 水 化 硅 酸 钙 和 水 化 铝 酸 钙 。 因 此 , 试 验 决 定 采 用 石 灰 和 石 膏 作 为 复 合 激 发 剂 加 入 到 矿 渣 中 共 同 组 成 新 型 尾 砂 充 填 胶 结 材 料 。 表 4ꢀ 新 型 胶 凝 材 料 正 交 试 验 结 果 胶 结 材 料 质 量 分 数 / % 抗 压 强 度 / MPa 浓 度 胶 砂 / 编 号 % 比 X1 X2 X3 X4 3 d 7 d 28 d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 70 70 70 70 70 70 70 70 70 1∶ 8 1∶ 8 1∶ 8 1∶ 8 1∶ 8 1∶ 8 1∶ 8 1∶ 8 1∶ 8 3 3 3 4 4 4 5 5 5 14 16 18 14 16 18 14 16 18 5 7 9 7 9 5 9 5 7 78 74 70 75 71 73 72 74 70 0 129 0 726 1 991 0 479 0 965 2 985 0 530 1 051 2 564 0 270 0 820 2 899 0 447 0 987 2 590 0 403 1 157 2 577 0 388 1 042 2 668 0 209 0 951 2 513 0 451 1 179 2 788 1  3ꢀ 激 发 剂 ( 1) 高 钙 石 灰 : 选 用 唐 山 某 公 司 生 产 的 高 钙 石 3 灰 , 相 对 密 度 2 32 g / cm , 平 均 粒 径 21 84 μm, 比 表 2 面 积 2 662 cm / g。 该 石 灰 的 化 学 成 分 分 析 表 明 , 其 CaO 含 量 达 到 86 06% , MgO 含 量 达 到 12 61% , 因 此 , CaO 和 MgO 合 计 含 量 达 到 98 67% 。 由 此 可 见 , 选 用 的 高 钙 石 灰 达 到 优 等 品 。 · 153· 总 第 431 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 5 期 3 ꢀ 试 验 结 果 分 析 及 回 归 优 化 度 , X 的 影 响 最 大 , X 次 之 , X 最 小 。 2 1 3 3 3ꢀ DPS 回 归 优 化 3  1ꢀ 极 差 分 析 在 正 交 试 验 中 , 若 某 一 个 因 素 的 极 差 越 大 , 说 明 通 过 DPS 数 据 处 理 软 件 建 立 3、 7 和 28 d 充 填 这 个 因 素 对 试 验 结 果 的 影 响 就 越 大 , 这 个 因 素 就 是 主 要 因 素 , 反 之 就 是 次 要 因 素 14] 。 对 全 尾 砂 新 型 胶 凝 材 料 不 同 龄 期 ( 3、 7、 28 d) 抗 压 强 度 的 极 差 分 析 结 果 见 表 5。 体 强 度 与 水 泥 、 石 灰 和 石 膏 二 次 多 项 式 回 归 方 程 。 [ 3  559X + 0 033X X - 0 004X X - 0 012X X -  021X X , 相 关 系 数 R = 0 998 51。 最 优 组 合 为 X 2 3 1 d 强 度 : Y = - 4 023 - 0 321X + 0 329X + 3 1 2 3 1 1 2 2 3 3 0 0 表 5ꢀ 极 差 分 析 结 果 各 水 平 下 的 平 均 值 = 3 00% , X = 18 00% , X = 7 41% , 此 时 3 d 强 2 3 极 差 R 度 为 0 56 MPa。 强 度 因 素 水 平 1 0. 38 0. 26 0. 25 0. 91 0. 86 0. 94 2. 51 2. 52 2. 36 水 平 2 0. 37 0. 38 0. 40 0. 99 0. 97 0. 99 2. 69 2. 70 2. 89 水 平 3 0. 35 0. 46 0. 46 1. 06 1. 13 1. 03 2. 66 2. 64 2. 61 7 d 强 度 : Y = - 0 087 - 0 609X + 0 450X + 7 1 3 X1 0. 03 0. 20 0. 21 0. 15 0. 27 0. 09 0. 18 0. 18 0. 53 3 d 0 055X X + 0 007X X + 0 002X X + 0 011X X - 1 1 2 2 3 3 1 2 抗 压 强 度 X 2 0 028X X , 相 关 系 数 R = 0 999 98。 最 优 组 合 为 X 2 3 1 X3 X1 = 5 00% , X = 18 00% , X = 5 00% , 此 时 7 d 强 2 3 7 d 度 为 1 25 MPa。 抗 压 强 度 X 2 28 d 强 度 : Y = - 12 972 + 0 641X + 3 080X 28 2 3 3 X3 X1 + - 0 076X X - 0 004X X - 0 102X X - 0 098X X 1 1 2 2 3 3 1 2 8 d 0 075X X , 相 关 系 数 R = 0 985 56。 最 优 组 合 为 抗 压 强 度 X 2 2 3 X = 3 00% , X = 14 00% , X = 8 52% , 此 时 28 d X3 1 2 3 强 度 为 3 26 MPa。 ꢀ ꢀ 注 : 影 响 次 序 为 3 d: X3 > X2 > X1 ; 7 d: X2 > X1 > X3 ; 28 d: X3 > 1 X = X 。 根 据 各 个 龄 期 预 期 的 最 优 配 方 分 别 做 3 组 验 证 2 3  2ꢀ 方 差 分 析 性 试 验 , 测 得 3 d 强 度 为 0 54 MPa, 7 d 强 度 为 1 20 WWW.KY114.CN 极 差 分 析 比 较 直 观 简 单 , 但 是 这 种 分 析 方 法 不 MPa, 28 d 强 度 为 3 16 MPa, 与 回 归 结 果 的 相 对 误 差 分 别 为 3 7% 、 4 0% 和 3 1% , 均 在 误 差 允 许 的 范 围 , 因 此 通 过 DPS 数 据 处 理 软 件 建 立 的 回 归 方 程 是 可 靠 的 。 能 区 别 各 因 素 水 平 所 对 应 的 试 验 结 果 间 的 差 异 究 竟 是 由 因 素 水 平 不 同 引 起 的 还 是 由 试 验 误 差 引 起 的 [ 15] 。 为 了 弥 补 极 差 分 析 的 这 个 缺 点 , 进 而 进 行 了 方 差 分 析 , 结 果 见 表 6。 根 据 充 填 体 各 个 龄 期 的 最 优 组 合 以 及 各 个 龄 期 的 各 因 素 影 响 权 重 , 并 综 合 考 虑 28 d 强 度 的 重 要 性 , 选 择 最 优 配 方 为 水 泥 4% 、 石 灰 18% 、 石 膏 8% 、 矿 渣 70% 。 在 相 同 的 条 件 下 , 将 研 发 的 新 型 胶 凝 材 表 6ꢀ 方 差 分 析 结 果 龄 期 方 差 / 离 差 自 由 度 均 方 离 差 F 值 显 著 性 d 来 源 X 0 001 512 0 059 946 0 069 698 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 000 756 0 11 0 029 973 4 23 0 034 849 4 92 0 007 083 # 1 料 与 32 5 水 泥 做 对 比 试 验 , 结 果 见 表 7。 由 表 7 可 X 2 3 X X 3 2 > X > X 2 1 > X > X 1 3 见 , 新 型 胶 凝 材 料 形 成 的 充 填 体 各 个 龄 期 的 抗 压 强 度 均 是 水 泥 充 填 体 强 度 的 3 倍 左 右 。 X 3 误 差 0 014 166 X X X 0 030 828 0 107 987 0 010 097 0 015 414 1 42 0 053 993 4 96 0 005 048 0 46 0 010 88 1 2 3 表 7ꢀ 新 型 胶 凝 材 料 与 水 泥 对 比 试 验 结 果 7 充 填 体 强 度 / MPa 胶 凝 材 料 误 差 0 021 761 3 d 0 51 0 16 7 d 1 15 0 40 28 d 2 90 0 79 X X X 0 052 236 0 049 314 0 049 314 0 026 118 0 40 0 024 657 0 38 1 2 3 新 型 胶 凝 材 料 2 8 X 3 24 3 > X 2 > X 1 3 2 5# 水 泥 0 211 27 误 差 0 130 476 0 065 238 4 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 通 过 对 尾 砂 的 激 光 粒 度 分 析 可 以 发 现 , 全 ꢀ ꢀ 极 差 分 析 和 方 差 分 析 所 得 结 果 一 致 , 即 : 对 于 3 d 和 28 d 充 填 体 的 强 度 , X ( 石 膏 ) 的 影 响 最 大 , X 3 2 尾 砂 细 泥 含 量 过 多 , 用 水 泥 作 为 胶 结 剂 进 行 全 尾 砂 充 填 , 充 填 效 果 会 非 常 差 。 ( 石 灰 ) 次 之 , X ( 水 泥 ) 最 小 ; 对 于 7 d 充 填 体 的 强 1 · 154· ꢀ ꢀ ꢀ 杜 聚 强 等 : 一 种 全 尾 砂 充 填 新 型 胶 凝 材 料 的 研 制 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 5 期 [ [ [ [ [ [ 5] ꢀ 韩 ꢀ 冰 , 李 ꢀ 飞 , 苑 雪 超  全 尾 砂 胶 结 充 填 技 术 的 现 状 及 其 发 展 [ J]  云 南 冶 金 , 2010( 1) : 2325 ( 2) 通 过 对 正 交 试 验 可 以 发 现 : 对 于 3 d 和 28 d 充 填 体 的 强 度 , 石 膏 的 影 响 最 大 , 石 灰 次 之 , 水 泥 最 小 ; 对 于 7 d 充 填 体 的 强 度 , 石 灰 的 影 响 最 大 , 水 泥 次 之 , 石 膏 最 小 。 由 此 可 见 , 石 灰 对 于 提 高 充 填 体 的 早 期 强 度 十 分 重 要 。 6] ꢀ 杨 根 祥  全 尾 砂 胶 结 充 填 技 术 的 现 状 及 其 发 展 [ J]  中 国 矿 业 , 1995( 2) : 4045 7] ꢀ 胡 ꢀ 华 , 孙 恒 虎  矿 山 充 填 工 艺 技 术 的 发 展 及 似 膏 体 充 填 新 技 术 [ J]  中 国 矿 业 , 2001( 6) : 4750 8] ꢀ 邓 海 珠  胶 结 充 填 技 术 的 发 展 [ J]  铜 业 工 程 , 1996( 2) : 34 ( 3) 在 料 浆 浓 度 70% 、 胶 砂 比 1∶ 8 情 况 下 , 通 过 4 0 DPS 数 据 处 理 软 件 回 归 得 到 的 新 型 胶 凝 材 料 最 优 配 方 为 水 泥 4% 、 石 灰 18% 、 石 膏 8% 、 矿 渣 70% , 此 时 9] ꢀ 郭 爱 国 , 张 华 兴  我 国 充 填 采 矿 现 状 及 发 展 [ J]  矿 山 测 量 , 2 005( 1) : 6061 # 充 填 体 强 度 是 32 5 水 泥 为 胶 凝 材 料 时 的 3 倍 , 而 且 10] ꢀ Monshi Ahmad. Producing portland cement from iron and steel slags and limestone [ J] . Cement and Concrete Research, 1999 ( 9) : 2930. # 成 本 还 与 32 5 水 泥 相 当 。 可 以 看 出 , 新 型 胶 凝 材 料 不 但 可 以 提 高 矿 山 充 填 体 强 度 , 而 且 还 可 以 降 低 矿 山 充 填 采 矿 成 本 , 减 少 对 环 境 污 染 和 生 态 破 坏 , 具 有 显 著 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。 [ 11] ꢀ Bentz D P and Garboczi E J. Precolation of phase in a threedi mensinal cement paste microstucrtural[ J]  Cement and Concrete Research, 1991( 2) : 325344 [ 12] ꢀ ( 翟 新 平  姑 山 尾 矿 综 合 利 用 的 探 讨 [ J]  现 代 矿 业 , 2011 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 9) : 122123 [ [ [ [ 1] ꢀ 彭 续 承  充 填 理 论 及 应 用 [ M]  长 砂 : 中 南 工 业 大 学 出 版 社 , [ 13] ꢀ ( 谢 龙 水  矿 山 胶 结 充 填 技 术 的 发 展 [ J]  湖 南 有 色 金 属 , 2003 4) : 15 1 998 2] ꢀ 付 ꢀ 毅 , 徐 小 荷 , 任 凤 玉  大 用 量 有 色 炉 渣 胶 结 充 填 料 试 验 研 究 [ J]  有 色 金 属 , 2001( 2) : 1314 [ [ 14] ꢀ 杨 卉 青 , 聂 卫 平  利 用 正 交 试 验 设 计 定 量 分 析 影 响 大 坝 混 凝 土 性 能 的 主 要 因 素 [ J]  中 国 建 材 科 技 , 2011( 3) : 1619 15] ꢀ 张 云 升 , 孙 ꢀ 伟 , 李 宗 津  地 聚 合 物 胶 凝 材 料 的 组 成 设 计 和 结 构 特 征 [ J]  硅 酸 盐 学 报 , 2008( S1) : 153159 3] ꢀ 万 海 涛  充 填 采 矿 法 应 用 现 状 及 发 展 趋 势 [ J]  矿 业 装 备 , 2 011( 5) : 4043 4] ꢀ 周 爱 民  有 色 矿 山 采 矿 技 术 新 发 展 [ J]  采 矿 技 术 , 2006( 3) : ( 收 稿 日 期 ꢀ 20120302) 1 7 檪檪檪檪檪檪檪檪檪 W 檪檪檪 W 檪檪檪 W  Inlet 檪檪檪檪 . 檪 K 檪檪檪 Y 檪檪 1 檪檪 1 檪檪 4 檪檪 . 檪檪 C 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 N ( 上 接 第 132 页 ) 场 受 直 径 参 数 影 响 较 小 ; 相 同 直 径 条 件 下 交 汇 型 内 喷 孔 压 力 变 化 范 围 高 于 螺 旋 型 内 喷 孔 压 力 变 化 范 围 。 引 入 内 喷 孔 抽 吸 系 数 对 模 拟 结 果 进 行 处 理 , 比 较 二 者 的 抽 吸 能 力 , 整 体 趋 势 是 随 着 内 喷 孔 直 径 的 增 大 , 交 汇 型 和 螺 旋 型 内 喷 孔 的 抽 吸 能 力 均 升 高 , 但 是 交 汇 型 内 喷 孔 抽 吸 能 力 随 直 径 变 化 幅 度 更 大 。 λ = M M ( 1) uno ꢀ ꢀ 通 过 比 较 抽 吸 系 数 λ 来 衡 量 交 汇 型 内 喷 孔 和 螺 旋 型 内 喷 孔 直 径 不 同 时 的 抽 吸 能 力 , 进 而 反 映 内 喷 孔 直 径 对 井 底 流 场 的 影 响 。 根 据 表 1、 表 2 中 数 据 计 算 抽 吸 系 数 , 结 果 如 表 3 所 示 。 表 3ꢀ 交 汇 型 和 螺 旋 型 抽 吸 系 数 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 直 径 / mm 交 汇 型 内 喷 孔 λ 值 螺 旋 型 内 喷 孔 λ 值 [ [ [ [ [ [ [ 1] ꢀ 刘 建 林  气 体 钻 井 用 贯 通 式 潜 孔 锤 关 键 技 术 研 究 [ D]  长 春 : 吉 林 大 学 , 2009 10 12 14 0 973 6 1 281 8 1 508 3 0 818 3 1 029 6 1 208 5 2] ꢀ 任 ꢀ 红 , 殷 ꢀ 琨 , 王 清 岩 , 等  反 循 环 钻 头 实 验 器 研 制 [ J]  煤 田 地 质 与 勘 探 , 2006, 34( 3) : 7880 3] ꢀ 姜 正 良 , 吴 万 敏  气 体 引 射 器 的 一 维 流 动 特 性 计 算 及 优 化 设 计 [ J]  空 气 动 力 学 学 报 , 1995, 13( 4) : 481486 ꢀ ꢀ 表 3 中 数 据 表 明 : 交 汇 型 内 喷 孔 与 螺 旋 型 内 喷 孔 的 抽 吸 能 力 的 强 弱 均 与 内 喷 孔 直 径 相 关 , 整 体 趋 势 是 随 着 内 喷 孔 直 径 的 增 大 , 交 汇 型 和 螺 旋 型 内 喷 孔 的 抽 吸 能 力 均 升 高 , 但 是 交 汇 型 内 喷 孔 抽 吸 能 力 随 直 径 变 化 幅 度 更 大 。 4] ꢀ William Lyons C, Boyun Guo, Frank Seidel A Air Drilling Manuel [ M]  New York: McGrawHill Companies, 2001 5] ꢀ 曾 义 金 , 樊 洪 海  空 气 和 气 体 钻 井 手 册 [ M]  北 京 : 中 国 石 化 出 版 社 , 2006 6] ꢀ 王 ꢀ 昊 , 吴 亚 东 , 欧 阳 华  基 于 数 值 模 拟 的 离 心 风 机 性 能 优 化 4 ꢀ 结 ꢀ 论 采 用 计 算 流 体 动 力 学 CFD 对 交 汇 型 和 螺 旋 型 内 [ J]  流 体 机 械 , 2011, 39( 5) : 59 7] ꢀ 王 福 军  计 算 流 体 动 力 学 分 析 [ M]  北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 , 喷 孔 直 径 参 数 进 行 研 究 , 由 模 拟 结 果 知 交 汇 型 内 喷 孔 产 生 流 场 受 直 径 参 数 影 响 较 大 , 螺 旋 型 内 喷 孔 产 生 流 2 004: 63198 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20120210) · 155·
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