《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2021.07.31.002©北京科技大学2020 全尾砂废石膏体流变特性及阻力演化 尹升华12)，闫泽鹏12☒，严荣富12，李德贤)，赵国亮)，张鹏强) 1)北京科技大学土木与资源学院，北京1000832)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京1000833)金川集团 股份有限公司镍钴资源综合利用国家重点实验室，金昌737100 ☒通信作者，E-mail:yan_zepeng@163.com 摘要粗骨料膏体充填是当今矿山发展的核心方向。为了研究全尾砂-废石膏体的管道输送特性，采用流变仪测试了 不同尾废比及固体质量分数条件下膏体的流变特性，构建了综合考虑密实度、水灰比及体积浓度的输送阻力方程。将 该方程代入Comsol软件中进行模拟计算并与环管实测结果进行对比验证，数值模型所测误差均在7%以内，说明该 模型用于计算全尾砂废石膏体的阻力特性是合理的，还模拟了不同浓度、尾废化及初始速度条件下管道输送阻力的 变化特征。实验结果表明：塑性粘度和屈服应力随着粗骨料膏体固体质量数和尾废比的增加而增大：由于颗粒间 的摩擦效应导致阻力损失随尾废比的增加呈先增大后减小的趋势，单为损失在尾废比5：5处取得最小值：固体质量 分数增大导致水含量的降低，使粗骨料浆体难以流动，从而导致阳为损失快速增长：初始流速增加，颗粒运动变得 不稳定，摩擦加剧，并于“拐点”2.2ms处阻力损失的增4 高。 研究成果对于粗骨料膏体管输系统的设 计具有一定借鉴意义。 关键词粗骨料：尾废比：流变特性：阻力模型：数值模拟 分类号TG862.2 Rheological properties and resistance evolution of cemented unclassified tailings-waste rock paste backfill YIN Sheng-hua2 YAN Rong-ful2),LI De-xian,ZHAOGuo-liang,ZHANG Peng- qiangs) 1)School of Civila ces Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Key Laborato f High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines,Ministry of Education,University of Science and Technology Beijing. Beijing 100083,Chi 3) National Key Laboratory of Nickel and Cobalt Resources Comprehensive Utilization,Jinchuan Group Co Ltd,Jinchang 737100,China Corresponding author,E-mail:yan_zepeng@163.com ABSTRACT Coarse aggregate paste filling is the core direction of mine development today.The coarse aggregate filling can effectively reduce the discharge of mine solid waste,which is conducive to the realization of safe,clean,and efficient mining of the deposit,and can also reduce the production costs of infill mining and promote the coordinated development of 基金项目：国家优秀青年科学基金资助项目(51722401)：国家自然科学基金重点资助项目(51734001)：中央高校基本 科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-18-003C1):山东省重大科技创新工程项目(2019SDZY05)
全尾砂-废石膏体流变特性及阻力演化1 尹升华 1,2)，闫泽鹏1,2)，严荣富 1,2)，李德贤 3)，赵国亮 3)，张鹏强 3) 1) 北京科技大学土木与资源学院，北京 100083 2) 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 3) 金川集团 股份有限公司 镍钴资源综合利用国家重点实验室，金昌 737100 通信作者，E-mail:yan_zepeng@163.com 摘 要 粗骨料膏体充填是当今矿山发展的核心方向。为了研究全尾砂-废石膏体的管道输送特性，采用流变仪测试了 不同尾废比及固体质量分数条件下膏体的流变特性，构建了综合考虑密实度、水灰比及体积浓度的输送阻力方程。将 该方程代入 Comsol 软件中进行模拟计算并与环管实测结果进行对比验证，数值模型所测误差均在 7%以内，说明该 模型用于计算全尾砂-废石膏体的阻力特性是合理的，还模拟了不同浓度、尾废比及初始速度条件下管道输送阻力的 变化特征。实验结果表明：塑性粘度和屈服应力随着粗骨料膏体固体质量分数和尾废比的增加而增大；由于颗粒间 的摩擦效应导致阻力损失随尾废比的增加呈先增大后减小的趋势，阻力损失在尾废比 5:5 处取得最小值；固体质量 分数增大导致水含量的降低，使粗骨料浆体难以流动，从而导致阻力损失快速增长；初始流速增加，颗粒运动变得 不稳定，摩擦加剧，并于“拐点”-2.2 m·s-1处阻力损失的增长率大大提高。研究成果对于粗骨料膏体管输系统的设 计具有一定借鉴意义。 关键词 粗骨料；尾废比；流变特性；阻力模型；数值模拟 分类号 TG862.2 Rheological properties and resistance evolution of cemented unclassified tailings-waste rock paste backfill YIN Sheng-hua1,2) , YAN Ze-peng1,2), YAN Rong-fu1,2) , LI De-xian3) , ZHAOGuo-liang3) , ZHANG Pengqiang3) 1) School of Civil and Resources Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines, Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) National Key Laboratory of Nickel and Cobalt Resources Comprehensive Utilization, Jinchuan Group Co Ltd, Jinchang 737100, China Corresponding author, E-mail: yan_zepeng@163.com ABSTRACT Coarse aggregate paste filling is the core direction of mine development today. The coarse aggregate filling can effectively reduce the discharge of mine solid waste, which is conducive to the realization of safe, clean, and efficient mining of the deposit, and can also reduce the production costs of infill mining and promote the coordinated development of 1基金项目: 国家优秀青年科学基金资助项目(51722401)；国家自然科学基金重点资助项目(51734001)；中央高校基本 科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-18-003C1)；山东省重大科技创新工程项目（2019SDZY05） 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.07.31.002 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿
green mining.To study the pipeline conveying characteristics of tailing-waste rock paste,the rheological properties of the paste were tested by rheometer under different tailing-waste rock ratios and solid content conditions.A resistance equation integrating compactness,water-cement ratio,and volume concentration is constructed.And it was brought into Comsol software for simulations and compared with the actual measurement results of the ring pipe to verify that the errors measured by the numerical model were all within 7%,indicating that the model is reasonable for calculating the resistance characteristics of the tailing-waste rock paste.The variation characteristics of pipeline conveying resistance under different solid content,tailing-waste rock ratio,and initial velocity conditions were also simulated.The experimental results show that the plastic viscosity and yield stress increase with the solid content and the tailing-waste rock ratio.Due to the friction effect between the particles,the resistance loss tends to increase and then decrease with the tailing-waste rock ratio.The increase in solid content leads to a decrease in the water content of the paste,which leads to difficulty in the flow of coarse aggregate slurry and a rapid increase in resistance loss.The initial flow rate increases,the particle motion becomes unstable,friction increases,and the growth rate of drag loss increases greatly after the "inflection point"of 2.2 m It is recommended that the mine should be filled with a tailing-waste rock ratio of 5:5 and an initial flow rate of 2.2 m The fesearch results have certain reference significance for the design of coarse aggregate paste pipeline conveying system,which helps the development of coarse aggregate paste conveying technology,and also has a positie on reducing the pipeline conveying resistance and extending the conveying distance. KEY WORDS coarse aggregate;tailing-waste rock ratio;rheological characteristi model;numerical simulation 全尾砂废石膏体充填是矿山发展的核心方向。它能够有效地降低矿山固体废物的排放，有利 于矿床安全清洁高效开采的实现，也能够降低充填彩的生产成本，促进矿山绿色开采与矿山经济 的协调发展3。膏体通常是在充填站进行制备，然通过管道系统输送到地下采空区。为了保证 矿山生产效率与管道输送稳定性，膏体通常应满足一定的流动性要求，常见的流动性评价指标为流 变特性参数（屈服应力和塑性粘度）。目、国内外专家学者针对膏体的流变特性进行了大量的 实验研究。如，蔡嗣经等o引入Papanastasiou模型对充填料浆的黏度和切应力变化过程进行表征， 并证明该模型对于流体性质预测的可行性。Boyu山等研究了颗粒的粒度分布对水煤浆流变学的影响。 Ptt四等对两种不同种类砂浆的屈服应力值随时间和温度变化的耦合影响进行了评估。可以看出， 前述研究的对象均为细粒级浆体：得结果并不适用于全尾砂废石膏体。 阻力特性也是评价膏体管道输送可行性的重要依据1。传统的膏体管道输送阻力的研究一般分 为两种方式。一种方法是阻损失经验公式，如金川公式、鞍山矿院公式等。但是，其仅适用于特 定条件下的充填输送，不冥视性。另一种方法是相似实验，采用小管径装置进行实验，然后将 计算结果折算到大管伦管道。虽然这种方法为管道输送的研究提供了思路，但是由于现场条件 的多变性，导致结果输送情况相差较大。近年来，计算流体力学(C℉D)模拟成为研究膏体 阻力特性的一种有效的方法1。如杨天雨等应用Fluent软件按照矿山的实际充填管路进行等比建 模，研究了不同影响因素对阻力损失的影响规律。张钦礼劉等建立了长距离的二维管道模型，发现 料浆自流输送需腰满足重力产生的压力值大于阻力损失值。吴迪等采用模拟手段分析了某矿充填 管道输送过程中弯管的受力情况，为充填系统的顺利运行提供了理论支撑。王新民2等基于LOW 3D综合多种影响因素研究发现西部某膏体充填站的最佳输送倍线为3.0。然而，还没有一种可以有 效预测全尾砂废石音体流动特征的模型。 本实验的主要目的是考察全尾砂-废石膏体的流变特性及阻力演化行为。研究了粗骨料膏体的流 变参数变化特性，构建了考虑体积浓度、堆积密度及水灰比的输送阻力数值模型。并基于Comsol软 件分析了不同尾废比、入口速度、及浓度对输送阻力的影响规律。本文的研究成果对于粗骨料膏体输 送技术的发展及减小管输阻力、延长输送距离具有积极意义。 1实验材料
green mining. To study the pipeline conveying characteristics of tailing-waste rock paste, the rheological properties of the paste were tested by rheometer under different tailing-waste rock ratios and solid content conditions. A resistance equation integrating compactness, water-cement ratio, and volume concentration is constructed. And it was brought into Comsol software for simulations and compared with the actual measurement results of the ring pipe to verify that the errors measured by the numerical model were all within 7%, indicating that the model is reasonable for calculating the resistance characteristics of the tailing-waste rock paste. The variation characteristics of pipeline conveying resistance under different solid content, tailing-waste rock ratio, and initial velocity conditions were also simulated. The experimental results show that the plastic viscosity and yield stress increase with the solid content and the tailing-waste rock ratio. Due to the friction effect between the particles, the resistance loss tends to increase and then decrease with the tailing-waste rock ratio. The increase in solid content leads to a decrease in the water content of the paste, which leads to difficulty in the flow of coarse aggregate slurry and a rapid increase in resistance loss. The initial flow rate increases, the particle motion becomes unstable, friction increases, and the growth rate of drag loss increases greatly after the "inflection point" of 2.2 m·s-1 . It is recommended that the mine should be filled with a tailing-waste rock ratio of 5:5 and an initial flow rate of 2.2 m·s-1 . The research results have certain reference significance for the design of coarse aggregate paste pipeline conveying system, which helps the development of coarse aggregate paste conveying technology, and also has a positive effect on reducing the pipeline conveying resistance and extending the conveying distance. KEY WORDS coarse aggregate; tailing-waste rock ratio; rheological characteristics; resistance model; numerical simulation 全尾砂-废石膏体充填是矿山发展的核心方向[1-2]。它能够有效地降低矿山固体废物的排放，有利 于矿床安全清洁高效开采的实现，也能够降低充填采矿的生产成本，促进矿山绿色开采与矿山经济 的协调发展[3-6]。膏体通常是在充填站进行制备，然后通过管道系统输送到地下采空区[7-8]。为了保证 矿山生产效率与管道输送稳定性，膏体通常应满足一定的流动性要求，常见的流动性评价指标为流 变特性参数[9]（屈服应力和塑性粘度）。目前，国内外专家学者针对膏体的流变特性进行了大量的 实验研究。如，蔡嗣经等[10]引入 Papanastasiou 模型对充填料浆的黏度和切应力变化过程进行表征， 并证明该模型对于流体性质预测的可行性。Boylu[11]等研究了颗粒的粒度分布对水煤浆流变学的影响。 Petit[12]等对两种不同种类砂浆的屈服应力值随时间和温度变化的耦合影响进行了评估。可以看出， 前述研究的对象均为细粒级浆体，所得结果并不适用于全尾砂-废石膏体。 阻力特性也是评价膏体管道输送可行性的重要依据[13]。传统的膏体管道输送阻力的研究一般分 为两种方式。一种方法是阻力损失经验公式，如金川公式、鞍山矿院公式[14]等。但是，其仅适用于特 定条件下的充填输送，不具有广泛性。另一种方法是相似实验，采用小管径装置进行实验，然后将 计算结果折算到大管径管道中[15]。虽然这种方法为管道输送的研究提供了思路，但是由于现场条件 的多变性，导致结果与实际输送情况相差较大。近年来，计算流体力学（CFD）模拟成为研究膏体 阻力特性的一种有效的方法[16]。如杨天雨[17]等应用 Fluent 软件按照矿山的实际充填管路进行等比建 模，研究了不同影响因素对阻力损失的影响规律。张钦礼[18]等建立了长距离的二维管道模型，发现 料浆自流输送需要满足重力产生的压力值大于阻力损失值。吴迪[19]等采用模拟手段分析了某矿充填 管道输送过程中弯管的受力情况，为充填系统的顺利运行提供了理论支撑。王新民[20]等基于 FLOW- 3D 综合多种影响因素研究发现西部某膏体充填站的最佳输送倍线为 3.0。然而，还没有一种可以有 效预测全尾砂-废石膏体流动特征的模型。 本实验的主要目的是考察全尾砂-废石膏体的流变特性及阻力演化行为。研究了粗骨料膏体的流 变参数变化特性，构建了考虑体积浓度、堆积密度及水灰比的输送阻力数值模型。并基于 Comsol 软 件分析了不同尾废比、入口速度、及浓度对输送阻力的影响规律。本文的研究成果对于粗骨料膏体输 送技术的发展及减小管输阻力、延长输送距离具有积极意义。 1 实验材料 录用稿件，非最终出版稿
本实验所用实验材料均取自金川公司二矿区，全尾砂和废石的物理化学性质如下： (1)全尾砂取自二矿区选厂，晾晒并烘干后测其比重（密度）为2.785gcm3,松散堆积密度 和堆积密度分别为1.21gcm3和1.527gcm3。采用LMS-30型激光粒度分析仪测试全尾砂的粒度组 成，粒度分布见图1(a)。可以看出，粒度小于80um的尾矿占91.31%。尾矿砂的主要化学成分采 用X射线荧光(XRF)光谱分析，结果见表1。全尾砂的活性根据国家标准GB/T20491- 2006、GB203-2008、GB/T18046-2008采用用碱度、活度、质量指数等指标进行评价，如表2所示。表2 数据标明二矿区全尾砂是一种低活性的填充材料。 (2)废石取自二矿区充填站料仓。测其比重（密度）为2.876gcm3。松散堆积密度和致密堆积 密度分别为1.675gcm3和1.968gcm3。用筛分法测试废石的粒度分布，粒度曲线如图1(b)所示， 可见0~12mm的废石占87%，小于15mm的废石占99.9%，废石骨料粗颗粒含量较多，会对管道 输送产生不利影响。废石的活性指标在表2中给出，可以看出废石同样为低活性的充填材料。 (3)堆积密实度是表征粗骨料混合性能的一个重要指标，其主要反映的是细骨料填隙效应的 优劣。经实验得到的不同全尾砂-废石配比的密实度如表3所示。预实验中发现金龟砂废石配比达到 3:7后料浆稳定性降低，会严重影响料浆的阻力特性。因此，本文选取中间E组连续的配比（尾废比 4:6、5:5和64)进行实验。 表1充填材料化学成分 Table 1 Chemical composition of filling material Materials SiO2 CaO MgO Al203 Fe2O3八SO3 K20 TiO2 MnO other Unclassified 42.20 3.73 32.71 4.04 37 0.39 0.33 0 0.85 tailing Waste rock 47.71 16.39 15.22 7.81 2.58 1.95 0.54 0.12 0.39 表2充填林料活性指标 Table 2 Activity index of filling material Materials Alkalinity rate Activity rate Mass index Activity Unclassified tailing 0.79 0.1 0.24 Low activity Waste rock 0.57 0.163 0.54 Low activity 囊3混合骨料的堆积密实度 Stacking compactness of mixed aggregate Density of mixed Compactness(Φ) aggregate(g.cm3) 0:1 2.826 0.476 19 2.815 0.489 2:8 2.801 0.508 3:7 2.788 0.521 4:6 2.774 0.542 2.761 0.593 6 2.752 0.614 2.743 0.589 2 2.732 0.571 2.724 0.552
本实验所用实验材料均取自金川公司二矿区，全尾砂和废石的物理化学性质如下： （1）全尾砂取自二矿区选厂，晾晒并烘干后测其比重（密度）为 2.785 g·cm-3，松散堆积密度 和堆积密度分别为 1.21 g·cm-3和 1.527 g·cm-3。采用 LMS-30 型激光粒度分析仪测试全尾砂的粒度组 成，粒度分布见图 1（a）。可以看出，粒度小于 80 μm 的尾矿占 91.31%。尾矿砂的主要化学成分采 用 X 射线荧光（ XRF）光谱分析，结果见表 1。全尾砂的活性根据国家标准 GB/T20491- 2006、GB203-2008、GB/T18046-2008 采用用碱度、活度、质量指数等指标进行评价，如表 2 所示。表 2 数据标明二矿区全尾砂是一种低活性的填充材料。 （2）废石取自二矿区充填站料仓。测其比重（密度）为 2.876 g·cm-3。松散堆积密度和致密堆积 密度分别为 1.675 g·cm-3和 1.968 g·cm-3。用筛分法测试废石的粒度分布，粒度曲线如图 1（b）所示， 可见 0~12 mm 的废石占 87%，小于 15 mm 的废石占 99.9%，废石骨料粗颗粒含量较多，会对管道 输送产生不利影响。废石的活性指标在表 2 中给出，可以看出废石同样为低活性的充填材料。 （3）堆积密实度是表征粗骨料混合性能的一个重要指标，其主要反映的是细骨料填隙效应的 优劣。经实验得到的不同全尾砂-废石配比的密实度如表 3 所示。预实验中发现全尾砂-废石配比达到 3:7 后料浆稳定性降低，会严重影响料浆的阻力特性。因此，本文选取中间三组连续的配比（尾废比 4:6、5:5 和 6:4）进行实验。 表 1 充填材料化学成分 Table 1 Chemical composition of filling material Materials SiO₂ CaO MgO Al O₂ ₃ Fe O₂ ₃ SO₃ K O₂ TiO₂ MnO other Unclassified tailing 42.20 3.73 32.71 4.04 12.14 3.37 0.39 0.33 0 0.85 Waste rock 47.71 16.39 15.22 7.81 7.17 2.58 1.95 0.54 0.12 0.39 表 2 充填材料活性指标 Table 2 Activity index of filling material Materials Alkalinity rate Activity rate Mass index Activity Unclassified tailing 0.79 0.1 0.24 Low activity Waste rock 0.57 0.163 0.54 Low activity 表 3 混合骨料的堆积密实度 Table 3 Stacking compactness of mixed aggregate Tailing-waste rock ratio Density of mixed aggregate(g·cm-3) Compactness(Φ) 0:1 2.826 0.476 1:9 2.815 0.489 2:8 2.801 0.508 3:7 2.788 0.521 4:6 2.774 0.542 5:5 2.761 0.593 6:4 2.752 0.614 7:3 2.743 0.589 8:2 2.732 0.571 9:1 2.724 0.552 录用稿件，非最终出版稿
1:0 2.715 0.537 18 (b) umulative di山bub 80 15 40 4 20 Particle sine (um) 图1粒度分析结果(a)全尾砂；b)废石 Fig.1 Results particle size analysis:(a)unclassified tailing;(b) 2全具砂废石膏体的流变特性 版稿 2.1流变测试 采用Brookfield R/S+型流变仪对全尾砂-废石膏体的流变特性进行测试。 该流变仪配备规格为 v40-20的桨式转子，即桨叶直径D为20mm,高度H为4Qmm。为了避免干尾砂颗粒与水之间不充 分混合所造成的测量误差，使用搅拌机以200rmin的转速搅拌2min后再进行流变测试。采用控制 剪切速率法对废石膏体的流变特性进行测试（流变验方案如表4所示）。流变测试共包括两部分 内容：1)固体质量分数（选择67%-77%质量分数进测试）对流变特性的影响：2)尾废比（尾 砂和废石的质量比，选择4：6/5：5/6：4三组进行测试)对流变特性的影响。流变测试流程如下：首先 使转子保持恒定剪切速率(220s)对膏体进行2n的恒定剪切：待音体达到应力松弛阶段后，设 置剪切速率以0.1s逐渐递减，在变剪切速率测试膏体的流变特性，该阶段持续时间共220s,流变 测试剪切过程如图2所示。最终得到全尾砂-废石膏体的流变特性曲线，如图3所示。 裹4流变测试方案 Table 4 Summary of the rheological test Volume Solid Cement- Water- Tailing-waste rock Scheme Bulk density content/% sand ratio cement ratio ratio 1-3 67 55.20% 1:4 1.41 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 4-6 52.39% 14 1.57 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 7-9 49.72% 1:4 1.75 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 10-12 47.19% 14 1.94 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 13-15 44.77% 1:4 2.14 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 16-18 77 42.47% 14 2.35 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614
1:0 2.715 0.537 1 10 100 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 (a) Differential distribution (%) Particle size (μm) Differential distribution Cumulative distribution 0 20 40 60 80 100 120 Cumulative distribution (%) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Differential distribution Cumulative distribution Differential distribution (%) Particle size (mm) (b) 0 20 40 60 80 100 Cumulative distribution (%) 图 1 粒度分析结果.(a)全尾砂; (b)废石 Fig.1 Results particle size analysis: (a) unclassified tailing; (b) waste rock 2 全尾砂-废石膏体的流变特性 2.1 流变测试 采用 Brookfield R/S+型流变仪对全尾砂-废石膏体的流变特性进行测试。该流变仪配备规格为 v40-20 的桨式转子，即桨叶直径 D 为 20 mm，高度 H 为 40 mm。为了避免干尾砂颗粒与水之间不充 分混合所造成的测量误差，使用搅拌机以 200 r/min 的转速搅拌 2min 后再进行流变测试。采用控制 剪切速率法对废石膏体的流变特性进行测试（流变实验方案如表 4 所示）。流变测试共包括两部分 内容：1）固体质量分数（选择 67%-77%质量分数进行测试）对流变特性的影响；2）尾废比（尾 砂和废石的质量比，选择 4:6/5:5/6:4 三组进行测试）对流变特性的影响。流变测试流程如下：首先 使转子保持恒定剪切速率（220s-1）对膏体进行 2min 的恒定剪切；待膏体达到应力松弛阶段后，设 置剪切速率以 0.1s-1逐渐递减，在变剪切速率测试膏体的流变特性，该阶段持续时间共 220s，流变 测试剪切过程如图 2 所示。最终得到全尾砂-废石膏体的流变特性曲线，如图 3 所示。 表 4 流变测试方案 Table 4 Summary of the rheological test Scheme Solid content/% Volume concentration/ % Cementsand ratio Watercement ratio Tailing-waste rock ratio Bulk density 1-3 67 55.20% 1:4 1.41 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 4-6 69 52.39% 1:4 1.57 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 7-9 71 49.72% 1:4 1.75 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 10-12 73 47.19% 1:4 1.94 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 13-15 75 44.77% 1:4 2.14 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614 16-18 77 录用稿件，非最终出版稿 42.47% 1:4 2.35 4:6/5:5/6:4 0.542/0.593/0.614
220 (1S)31eI JeayS 120s 340s Shear time (s) 图2流变剪切过程示意图 Fig.2 Schematic diagram of rheological shearing process 图3为不同固体质量分数条件下膏体的流变特性曲线。可以看出， 流变通线的第二阶段”基 本呈线性增加，其规律符合“宾汉姆塑性体”的特征。因此，使用宾汉姆公式（如式1）拟合流 变结果，得到不同工况下膏体的流变参数值。拟合结果见表5。 (1) 东的园限九冰 d 700 600 Solid coutent 69 Solid content 7 一Solid coutet —Solid co 400 录用稿 300 50 100. 150 200 250 Shear Rate (1/s) 3流变特性曲线（尾废比6：4） Rheological characteristic curve(tailing-waste ratio 6:4) 表5流变参数拟合结果 Table 5 Fitting results of rheological parameters Tailing-waste rock ratio Solid content/% Yield stress(Pa) Plastic viscosity (Pa's") R 77% 184.3155 0.7424 0.9971 75% 85.8522 0.6476 0.9977 73% 61.3761 0.4344 0.9924 4:6 71% 43.5327 0.2677 0.9889 69% 26.9710 0.1815 0.9844 67% 18.0002 0.1422 0.9631
Shear rate (s -1 ) Shear time (s) 220 120s 340s 图 2 流变剪切过程示意图 Fig.2 Schematic diagram of rheological shearing process 图 3 为不同固体质量分数条件下膏体的流变特性曲线。可以看出，流变曲线的“第二阶段”基 本呈线性增加，其规律符合“宾汉姆塑性体”的特征[21]。因此，使用宾汉姆公式（如式 1）拟合流 变结果，得到不同工况下膏体的流变参数值。拟合结果见表 5。 0+ ( ) du dy （1） 式中：τ0为料浆的屈服应力，Pa；η 为料浆的塑性粘度，Pa·s-1。 图 3 流变特性曲线（尾废比 6:4） Fig.3 Rheological characteristic curve (tailing-waste ratio 6:4) 表 5 流变参数拟合结果 Table 5 Fitting results of rheological parameters Tailing-waste rock ratio Solid content/% Yield stress (Pa) Plastic viscosity (Pa·s-1) R 2 4:6 77% 184.3155 0.7424 0.9971 75% 85.8522 0.6476 0.9977 73% 61.3761 0.4344 0.9924 71% 43.5327 0.2677 0.9889 69% 26.9710 0.1815 0.9844 67% 18.0002 0.1422 0.9631 录用稿件，非最终出版稿
77% 206.5693 0.8278 0.9743 75% 138.0741 0.7509 0.9993 73% 91.1335 0.6465 0.9992 5:5 71% 69.4989 0.4144 0.9927 69% 53.8325 0.2737 0.9876 67% 39.4085 0.1673 0.9798 77% 236.9843 0.9017 0.9612 75% 172.7104 0.8651 0.9849 73% 118.8447 0.7526 0.9996 64 71% 81.1709 0.5074 0.9986 69% 63.0234 0.3453 0.9941 67% 46.6048 0.231 0.9861 2.2拟合结果分析 根据表5中数据做固体质量分数和尾废比对流变参数影响的曲线图如图4~图5所示。图4表 明，随着料浆中固体含量的增加，充填物料的屈服应力在不断地增大且增长的幅度越来越大，而 塑性粘度也呈增长的趋势但是增长幅度在逐渐减小。分析认为，固体质量分数变大时会促进尾砂颗 粒间的“絮网”结构的形成过程，“絮网”结构会对转子的转动产生较大的阻力，所以随着固体 质量分数的增大料浆的屈服应力随之增大。而粗骨料膏体礼隙较多且具有一定“保水性”，当受到 剪切作用时“被包裹”的水被释放，导致塑性粘度的增长率降低。图5表明，随着尾砂所占比例的 增加粗骨料膏体的屈服应力及塑性粘度均呈增长的趋势。这主要是由于尾砂颗粒粒径小于废石，其 可以填充在废石颗粒之间形成一种相对稳定的骨架结构。 随着尾砂含量的增加这种结构越来越稳定， 进而促进了屈服应力和塑性粘度的增长。 (a) (b) 10 Solid comtent (% 图4固体质量分数对流变特性的影响 Fig.4 Effect of solid content on rheological properties
5:5 77% 206.5693 0.8278 0.9743 75% 138.0741 0.7509 0.9993 73% 91.1335 0.6465 0.9992 71% 69.4989 0.4144 0.9927 69% 53.8325 0.2737 0.9876 67% 39.4085 0.1673 0.9798 6:4 77% 236.9843 0.9017 0.9612 75% 172.7104 0.8651 0.9849 73% 118.8447 0.7526 0.9996 71% 81.1709 0.5074 0.9986 69% 63.0234 0.3453 0.9941 67% 46.6048 0.2311 0.9861 2.2 拟合结果分析 根据表 5 中数据做固体质量分数和尾废比对流变参数影响的曲线图，如图 4~图 5 所示。图 4 表 明，随着料浆中固体含量的增加，充填物料的屈服应力在不断地增大，且增长的幅度越来越大，而 塑性粘度也呈增长的趋势但是增长幅度在逐渐减小。分析认为，固体质量分数变大时会促进尾砂颗 粒间的“絮网”结构[22]的形成过程，“絮网”结构会对转子的转动产生较大的阻力，所以随着固体 质量分数的增大料浆的屈服应力随之增大。而粗骨料膏体孔隙较多且具有一定“保水性”，当受到 剪切作用时“被包裹”的水被释放，导致塑性粘度的增长率降低。图 5 表明，随着尾砂所占比例的 增加粗骨料膏体的屈服应力及塑性粘度均呈增长的趋势。这主要是由于尾砂颗粒粒径小于废石，其 可以填充在废石颗粒之间形成一种相对稳定的骨架结构。随着尾砂含量的增加这种结构越来越稳定 ， 进而促进了屈服应力和塑性粘度的增长。 66 68 70 72 74 76 78 0 50 100 150 200 250 Yield stress (Pa) Solid content (%) Tailing-waste rock ratio 4:6 Tailing-waste rock ratio 5:5 Tailing-waste rock ratio 6:4 (a) 66 68 70 72 74 76 78 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (b) Plastic viscosity (Pa/s) Solid content (%) Tailing-waste rock ratio 4:6 Tailing-waste rock ratio 5:5 Tailing-waste rock ratio 6:4 图 4 固体质量分数对流变特性的影响 录用稿件，非最终出版稿 Fig.4 Effect of solid content on rheological properties
(a) 10 6) 05 05 02 01 55 Tailing-waste rock ratio Tailing-waste rock rati 图5全尾砂废石比对流变特性的影响 Fig.5 Effect of tailing-waste rock ratio on rheological properties 2.3全局砂度石膏体阻力横型 2.3.1流变参数方程 稿 屈服应力与料浆中水的含量、水泥量、骨料的级配都存在着密切的关系。研究表明，屈服应力 与骨料体积浓度，以及水灰比之间存在定性的关系。对全尾砂废石膏体的屈服应力进行“屈服应 力体积浓度”和“屈服应力-水灰比”的拟合，拟合结果如表6所示。可以看出，废石膏体的料浆屈 服应力与体积浓度、屈服应力与水灰比呈负幂指数关系。 表6屈服应力拟合结果广 Table 6 Yield stress fitting resulf Tailing-waste rock Fitting equation of yield stress and Fitting equation of yield stress and R2 ratio slurry volume concentration slurry water-cement ratio 4:6 t=0.0029*ep(20.49 0.97 =1384.01*(w/c)5.10 0.97 t0=820.24*(w/c)346 5:5 t=0.113*ep13.91*C.) 0.99 0.99 6:4 t=0.196p13.18*C) 0.99 0=894.21*(w/c)328 0.99 由表3-表4数据可以看出体积浓度的增加（质量浓度的增加）和水灰比的减少（质量浓度的 增加)均会导致屈服应力的增加，所以水灰比与骨料体积对屈服应力的影响是同步的。同时，屈服 应力与料浆的配比色旅在着紧密的关系，为了使方程达到最简，并且能够清晰的表达出影响因素与 屈服应力的关系，提出了如下屈服应力预测模型： =a*Φ*exp( (2) 式中：t为屈服应力，Pa;WC为水灰比；D为骨料堆集密实度：C,为体积浓度；a为常数， P:b为实验常数。因表达式中水灰比、体积浓度均为无量纲量，屈服应力τ量纲仅仅与实验常数a 的量纲有关，所以a的量纲定为Pa。 音体料浆中絮网结构的固体物质比重以及细粒级含量是导致粘度变化的根本原因，这为粘度计 算模型的构建提供了思路。通过对塑性黏度影响因素的分析，发现影响塑性黏度的主要因素为音体 浓度和膏体稳定系数，黏度特性虽然受级配特征的影响，但细颗粒含量参数不能直接描述塑性黏度 增长特征
4:6 5:5 6:4 0 50 100 150 200 250 300 Solid content 77% Solid content 71% Solid content 75% Solid content 69% Solid content 73% Solid content 67% Yield stress (Pa) Tailing-waste rock ratio (a) 4:6 5:5 6:4 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 Plastic viscosity (Pa/s) Tailing-waste rock ratio Solid content 77% Solid content 71% Solid content 75% Solid content 69% Solid content 73% Solid content 67% (b) 图 5 全尾砂-废石比对流变特性的影响 Fig.5 Effect of tailing-waste rock ratio on rheological properties 2.3 全尾砂-废石膏体阻力模型 2.3.1 流变参数方程 屈服应力与料浆中水的含量、水泥量、骨料的级配都存在着密切的关系[23]。研究表明，屈服应力 与骨料体积浓度，以及水灰比之间存在定性的关系。对全尾砂-废石膏体的屈服应力进行“屈服应 力-体积浓度”和“屈服应力-水灰比”的拟合，拟合结果如表 6 所示。可以看出，废石膏体的料浆屈 服应力与体积浓度、屈服应力与水灰比呈负幂指数关系。 表 6 屈服应力拟合结果 Table 6 Yield stress fitting result Tailing-waste rock ratio Fitting equation of yield stress and slurry volume concentration R 2 Fitting equation of yield stress and slurry water-cement ratio R 2 4:6 0 0.0029* (20.49* ) v exp C 0.97 5.10 0 1384.01*( / ) w c 0.97 5:5 0 0.113* .91* ) (13 v exp C 0.99 3.46 0 820.24*( / ) w c 0.99 6:4 0 0.196* .18* ) (13 v exp C 0.99 3.28 0 894.21*( / ) w c 0.99 由表 3-表 4 数据可以看出，体积浓度的增加（质量浓度的增加）和水灰比的减少（质量浓度的 增加）均会导致屈服应力的增加，所以水灰比与骨料体积对屈服应力的影响是同步的。同时，屈服 应力与料浆的配比也存在着紧密的关系，为了使方程达到最简，并且能够清晰的表达出影响因素与 屈服应力的关系，提出了如下屈服应力预测模型： * *exp * b v W C C a （2） 式中：τ 为屈服应力，Pa；W/C 为水灰比；Φ 为骨料堆集密实度；Cv为体积浓度；a 为常数， Pa；b 为实验常数。因表达式中水灰比、体积浓度均为无量纲量，屈服应力 τ 量纲仅仅与实验常数 a 的量纲有关，所以 a 的量纲定为 Pa。 膏体料浆中絮网结构的固体物质比重以及细粒级含量是导致粘度变化的根本原因，这为粘度计 算模型的构建提供了思路。通过对塑性黏度影响因素的分析，发现影响塑性黏度的主要因素为膏体 浓度和膏体稳定系数，黏度特性虽然受级配特征的影响，但细颗粒含量参数不能直接描述塑性黏度 增长特征。 录用稿件，非最终出版稿
塑性黏度随音体料浆浓度基本呈幂函数形式增长，同时在体积浓度一定的情况下，堆积密实度 的减小意味着提高了料浆的有效浓度，进一步促使黏度的增长。为表现不同因素与塑性黏度的关系， 同时实现塑性黏度的简明预测，提出了全尾砂膏体塑性黏度预测模型： n a (3) 式中：n为塑性黏度，Pasl:C,为体积浓度，%：巾为骨料堆积密实度：a,b,c为实验常数。 在origin中采用公式(2)和公式(3)对实验数据进行拟合得到不同尾废比条件下公式中未知常数 的确定值。如表7所示。结果显示相关系数R均在0.95以上，说明流变参数模型的自适应性良好。 表7参数拟合结果 Table 7 Parameter fitting result Yield stress Tailing-waste rock ratio 个 Plastic viscosity R2 a b a 4:6 1232.80 -4.85 0.97 1.98 5.58 0.97 5:5 799.77 -3.21 0.99 3.84 29 2.72 0.99 6:4 924.96 -3.03 0.99 1.28 0.77 3.76 0.99 2.3.2全尾砂-废石膏体阻力计算方程 音体的输送阻力通常通过典型的宾汉流体阻力方程进行计算]， 如式(4)所示。在管径和流速 已知的情况下采用该方程进行阻力计算时，管道阻注要受到屈服应力和塑性粘度的制约。将前述 得到的屈服应力和塑性粘度公式带入到式(4)就得 考虑物料综合配比的输送阻力计算公式， 如式(5)所示。 &D 32va,*C6* Φ 16a*Φ*exp(C,) (5) R 3D 式(5)通过对传统的致流体阻力方程中的流变参数进行替换，将体积浓度、密实度和水灰比 代入到阻力方程中，可从多角度综合骨料配比对输送阻力的影响。观察可知，在流速条件确定时， 料浆自身的配比参数是影响动损失的关键因素，该公式的提出对于粗骨料音体输送理论的进一步 发展具有积极的意义。 3数值横型立 COMSO汇是>款应用于模拟仿真的有限元软件，它与传统的有限元模拟软件的复杂操作不同， 我们进行多物理场耦合分析时仅需要相应选择所需的微分方程就可实现，非常方便快捷，该软件在 声学、流体动力学、多孔介质等多个方向得到广泛的关注。 3.1横型基本体控制程 COMSOL内嵌描述流体的流动方程为纳维-斯托克(N-S)方程，其基本表达式为：
塑性黏度随膏体料浆浓度基本呈幂函数形式增长，同时在体积浓度一定的情况下，堆积密实度 的减小意味着提高了料浆的有效浓度，进一步促使黏度的增长。为表现不同因素与塑性黏度的关系 ， 同时实现塑性黏度的简明预测，提出了全尾砂膏体塑性黏度预测模型： * * v c b v C a C （3） 式中：η 为塑性黏度，Pa·s-1；Cv为体积浓度，%；Φ 为骨料堆积密实度；a，b，c 为实验常数。 在 origin 中采用公式（2）和公式（3）对实验数据进行拟合得到不同尾废比条件下公式中未知常数 的确定值。如表 7 所示。结果显示相关系数 R 2均在 0.95 以上，说明流变参数模型的自适应性良好。 表 7 参数拟合结果 Table 7 Parameter fitting result Tailing-waste rock ratio Yield stress R 2 Plastic viscosity R 2 a b a1 b1 c 4:6 1232.80 -4.85 0.97 1.98 0.64 5.58 0.97 5:5 799.77 -3.21 0.99 3.84 2.39 2.72 0.99 6:4 924.96 -3.03 0.99 1.28 0.77 3.76 0.99 2.3.2 全尾砂-废石膏体阻力计算方程 膏体的输送阻力通常通过典型的宾汉流体阻力方程进行计算[24]，如式（4）所示。在管径和流速 已知的情况下采用该方程进行阻力计算时，管道阻力主要受到屈服应力和塑性粘度的制约。将前述 得到的屈服应力和塑性粘度公式带入到式（4）就得到了考虑物料综合配比的输送阻力计算公式， 如式（5）所示。 0 2 32 16 3 v i D D （4） 1 2 32 1 * * 16 * *exp * 3 b v v c b v W v C C i D a D C a C （5） 式（5）通过对传统的宾汉流体阻力方程中的流变参数进行替换，将体积浓度、密实度和水灰比 代入到阻力方程中，可从多个角度综合骨料配比对输送阻力的影响。观察可知，在流速条件确定时 ， 料浆自身的配比参数是影响阻力损失的关键因素，该公式的提出对于粗骨料膏体输送理论的进一步 发展具有积极的意义。 3 数值模型建立 COMSOL 是一款应用于模拟仿真的有限元软件，它与传统的有限元模拟软件的复杂操作不同， 我们进行多物理场耦合分析时仅需要相应选择所需的微分方程就可实现，非常方便快捷， 该软件在 声学、流体动力学、多孔介质等多个方向得到广泛的关注。 3.1 模型基本控制程 COMSOL 内嵌描述流体的流动方程为纳维-斯托克（N-S）方程[25]，其基本表达式为： 录用稿件，非最终出版稿
+p(w-Vu-V--p+uVw+(Vw)-nV.F (6) P+V(u.p)=0 通过修改式中的体积力F,将2.3节推导的阻力计算公式带入到N-S方程中对方程的弱解形式 进行离散，建立综合考虑体积浓度、堆积密度及水灰比的数值模型。 3.2几何横型构建及参数设量 模拟实验根据金川二矿地表充填钻孔至-1350m水平的充填管路系统（现用充填管径150mm) 进行几何模型的构建。根据雷诺数相似理论，将其简化为一个长10m、高2.5m的“L型”模型。模 型设置入口为“速度入口”，在竖直方向上添加重力。由于添加重力为体积力，设置管道出口边界 条件为0或层流流出会导致模拟计算不收敛，需要设置出口为开放边界且无遍网丸并加入压力积 分为0的约束。 COMSOL软件自带的网格剖分工具有很强的编辑能力，用户可根据冉己的需求调整网格的形 状、大小等。选择自由三角形网格对几何进行划分，考虑到膏体的边界层效应，设置模型的边界层为 6、边界拉伸系数为1.2，以使壁面附近的网格更密集，最终单元数目为708690，网格细节如图5所 示。 Boundary laver mesh 图6管道截面网格剖分图 Fig.6 Mesh diagram of the pipeline section 3.3散值模拟方案 本次数值模拟考虑影响因素共有三个分别为：尾砂与废石的质量比4：6、5：5和6：4：固体质量分 数73%、75%和77%糢型初始流速2.0ms1、2.2ms和2.4msl。通过Comsol后处理提取不同尾废 比、不同浓度及初始流速条件下的压降演化规律进行分析。充填物料的流动形态通过雷诺数进行确定， 其中R4000属于紊流。雷诺数计算公式如下： R.=pld (7) 式中：p为流体密度，kgm3:U为特征速度，ms:u为动力黏性系数，Pas:d为管道直径， mm。根据前述设置条件计算得到尾砂-废石膏体的雷诺数均小于2300，认为其在管道输送过程中处 于层流状态。 4全尾砂-废石膏体输送阻力演化特征 4.1模验证
2 ( ) ( ( ) ) ( ) 3 ( ) 0 u T u u pl u u u l F t u t （6） 通过修改式中的体积力 F，将 2.3 节推导的阻力计算公式带入到 N-S 方程中对方程的弱解形式 进行离散，建立综合考虑体积浓度、堆积密度及水灰比的数值模型。 3.2 几何模型构建及参数设置 模拟实验根据金川二矿地表充填钻孔至-1350 m 水平的充填管路系统（现用充填管径 150 mm） 进行几何模型的构建。根据雷诺数相似理论，将其简化为一个长 10 m、高 2.5 m 的“L 型”模型。模 型设置入口为“速度入口”，在竖直方向上添加重力。由于添加重力为体积力，设置管道出口边界 条件为 0 或层流流出会导致模拟计算不收敛，需要设置出口为开放边界且无粘滞应力并加入压力积 分为 0 的约束。 COMSOL 软件自带的网格剖分工具有很强的编辑能力，用户可根据自己的需求调整网格的形 状、大小等。选择自由三角形网格对几何进行划分，考虑到膏体的边界层效应，设置模型的边界层为 6、边界拉伸系数为 1.2，以使壁面附近的网格更密集，最终单元数目为 708690，网格细节如图 5 所 示。 Boundary layer mesh 图 6 管道截面网格剖分图 Fig.6 Mesh diagram of the pipeline section 3.3 数值模拟方案 本次数值模拟考虑影响因素共有三个分别为：尾砂与废石的质量比 4:6、5:5 和 6:4；固体质量分 数 73%、75%和 77%；模型初始流速 2.0 m·s-1、2.2 m·s-1和 2.4 m·s-1。通过 Comsol 后处理提取不同尾废 比、不同浓度及初始流速条件下的压降演化规律进行分析。充填物料的流动形态通过雷诺数进行确定， 其中 Re4000 属于紊流。雷诺数计算公式如下： e Ud R （7） 式中：ρ 为流体密度，kg·m-3；U 为特征速度，m·s-1；μ 为动力黏性系数，Pa·s-1；d 为管道直径， mm。根据前述设置条件计算得到尾砂-废石膏体的雷诺数均小于 2300，认为其在管道输送过程中处 于层流状态。 4 全尾砂-废石膏体输送阻力演化特征 4.1 模拟验证 录用稿件，非最终出版稿
为了评估本文建立数值模型的可靠性与适用性，采用金川二矿所得充填物料进行了充填环管试 验，通过在充填管路上安装压力变送器对膏体阻力损失进行测量。环管参数为：管径133mm:固体 质量分数73%-77%：尾废比4：6：流量100m3h(换算后流速约为2.0m/s),压力监测管路长度 17.13m。根据环管实验参数，在Comsol中建立一个长为17.13m、管径133mm的水平直管模型，其 中网格剖分和边界条件的设置（速度入口固定为2.0ms)均和3.2节部分相同。环管实测数据与数 值模拟数据如图7所示。 Measured result Simulated result Solid content (% 图7模型验证 Fig.7 Model valida 出版稿 由图7可以看出，在不同固体质量分数的情况下环管实测数据和数值模拟数据的相对误差在 8%以内，模型的自适应性良好说明前述构建的数值模型用于全尾砂-废石音体管输阻力的计算是可 靠的。 4.2全园砂-度石膏体阻力演化特征分析 4.2.1尾废比对阻力损失的影响 骨料粒度组成的差异对充填料浆的输送行为具有重要的影响，为了降低矿山生产成本同时在充 填过程中进行多固废的协同利用，进行了不同配比条件下全尾砂-废石膏体的管道输送阻力损失模 拟，结果如图8所示。 用璃件 图8尾废比对阻力损失的影响.(a)2.0ms,(b)2.2ms;(c)2.4msl Fig.8 Effect of tailing-waste rock ratio on drag loss:(a)2.0 m's:(b)2.2 m's:(c)2.4 m.s 图8表明，随着尾废比的的增加阻力损失呈先减小后增大的趋势，不同条件下的阻力损失均在 尾废比5：5时达到最小值，说明此尾废比条件有利于实际应用。分析认为此现象的产生可归因于音 体物料颗粒级配的影响，当尾废比为4：6，膏体中粗颗粒（废石）的含量较多，此条件下膏体的稳 定性较差，从而导致阻力损失的增大：而尾废比为6：4时，物料中的细颗粒成分较多，浆体密实度 最高，表明骨料结构较致密。此时，浆体的粘性较强这使得颗粒与管壁的摩擦增强，从而导致较大 的阻力损。可以看出，尾废比为5：5时音体物料具有较稳定的结构，同时输送阻力最低，更有利于 管道输送。配合比是影响粗骨料膏体输送的一个关键条件，其在物料制备过程中相对容易去进行控
为了评估本文建立数值模型的可靠性与适用性，采用金川二矿所得充填物料进行了充填环管试 验，通过在充填管路上安装压力变送器对膏体阻力损失进行测量。环管参数为：管径 133 mm；固体 质量分数 73%~77%；尾废比 4:6；流量 100 m3 ·h -1（换算后流速约为 2.0 m/s），压力监测管路长度 17.13 m。根据环管实验参数，在 Comsol 中建立一个长为 17.13 m、管径 133 mm 的水平直管模型，其 中网格剖分和边界条件的设置（速度入口固定为 2.0 m·s-1）均和 3.2 节部分相同。环管实测数据与数 值模拟数据如图 7 所示。 72 73 74 75 76 77 78 0 1 2 3 4 5 -4.99% +5.6% Pipeline resistance (KPa/m) Solid content (%) Measured result Simulated result +7.7% 图 7 模型验证 Fig.7 Model validation 由图 7 可以看出，在不同固体质量分数的情况下环管实测数据和数值模拟数据的相对误差在 8%以内，模型的自适应性良好说明前述构建的数值模型用于全尾砂-废石膏体管输阻力的计算是可 靠的。 4.2 全尾砂-废石膏体阻力演化特征分析 4.2.1 尾废比对阻力损失的影响 骨料粒度组成的差异对充填料浆的输送行为具有重要的影响，为了降低矿山生产成本同时在充 填过程中进行多固废的协同利用，进行了不同配比条件下全尾砂-废石膏体的管道输送阻力损失模 拟，结果如图 8 所示。 4 6 ： 5 5 ： 6 4 ： 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Resistance loss (kPa/m) Tailing-waste rock ratio Solid content 73% Solid content 75% Solid content 77% (a) 4 6 ： 5 5 ： 6 4 ： 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 (b) Resistance loss (kPa/m) Tailing-waste rock ratio Solid content 73% Solid content 75% Solid content 77% 4 6 ： 5 5 ： 6 4 ： 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 (c) Resistance loss (KPa/m) Tailing-waste rock ratio Solid content 73% Solid content 75% Solid content 77% 图 8 尾废比对阻力损失的影响.(a)2.0 m·s-1; (b) 2.2 m·s-1; (c) 2.4 m·s-1 Fig.8 Effect of tailing-waste rock ratio on drag loss: (a)2.0 m·s-1; (b) 2.2 m·s-1; (c) 2.4 m·s-1 图 8 表明，随着尾废比的的增加阻力损失呈先减小后增大的趋势，不同条件下的阻力损失均在 尾废比 5:5 时达到最小值，说明此尾废比条件有利于实际应用。分析认为此现象的产生可归因于膏 体物料颗粒级配的影响，当尾废比为 4:6，膏体中粗颗粒（废石）的含量较多，此条件下膏体的稳 定性较差，从而导致阻力损失的增大；而尾废比为 6:4 时，物料中的细颗粒成分较多，浆体密实度 最高，表明骨料结构较致密。此时，浆体的粘性较强这使得颗粒与管壁的摩擦增强，从而导致较大 的阻力损。可以看出，尾废比为 5:5 时膏体物料具有较稳定的结构，同时输送阻力最低，更有利于 管道输送。配合比是影响粗骨料膏体输送的一个关键条件，其在物料制备过程中相对容易去进行控 录用稿件，非最终出版稿