452 工程科学学报，第43卷，第4期 on the measurement of yield stress because of its influence on the paste,that is,a non-Newtonian fluid.Furthermore,the applicability of the aforementioned measurement methods was comprehensively discussed.Given that rheological measurement has a profound effect on the development of paste rheology theory and paste backfill technology,the key problems were discussed by emphasizing the importance of the establishment of rheological measurement standards and the application of rheological measurement to paste backfill processes in real time.The development trend of research on paste rheology was also explored. KEY WORDS unclassified tailings;paste backfill;rheological measurement;yield stress;measurement standard 地下金属矿开采为我国国民经济的高速发展 法，流变测量技术的发展对膏体流变学的理论研 提供了重要支撑，同时也留下了大量的采空区和 究具有重要影响.膏体料浆具有黏、弹、塑以及时 尾矿库，引发了严重的安全环保问题，造成环境污 变等复杂流变特性，其主要评判依据来源于膏体 染，诱发地质灾害，侵占大量土地.针对这些问题， 流变测量结果.通过准确测定膏体流变特征并获 《中华人民共和国环境保护税法》规定，自2018年 取流变参数，可为膏体流变规律研究提供基本保 1月1日起，对尾矿排放征收每吨15元的环保税 障，并直接影响到膏体流变本构方程的准确性.同 另外，2017年国家税务总局与国土资源部发布联 时，在膏体流变测量中应用有效的微观测量技术， 合公告：“三下”充填矿山（采用先进适用的胶结或 可为颗粒运动规律及作用形式、絮团结构演化和 膏体等充填方式：对采空区实行全覆盖充填；对地 流固曳力模型等研究提供数据支撑，推动膏体流 下含水层和地表生态进行必要的保护)资源税减 变理论发展 征50%.从环境和安全等方面长远考虑，采用充填 此外，流变测量对膏体充填工程设计与技术应 采矿法进行尾矿处置已经成为国家战略性引导和 用具有重要的指导作用.在矿山充填中，由全尾砂 企业生存需求 水泥和水，以及废石和添加剂等制备的膏体料浆，其 音体充填技术是地下金属矿开采的重点发展 性质差异显著，料浆浓度、颗粒级配和充填倍线等 方向，通过将全尾砂这一固体废弃物资源化利用， 参数难以综合表征料浆的流动性、可塑性及稳定 制备成不泌水、不分层、不离析的膏体料浆，充填 性，而利用流变测量技术可以获取料浆在不同剪切 至井下，实现金属矿安全、绿色、高效开采，从源 条件下的流变参数，对各充填工艺环节中的料浆性 头上消除采空区和尾矿库两大灾害，提高资源回 能进行综合评估，进而确定合理的工程设计参数，在 收率-为推动膏体技术在精准调控、均质制 矿山充填安全、输送稳定方面具有重要意义 备、可靠输送和采场安全等方面的发展)，须开展 2膏体流变测量技术现状 膏体流变学的基础理论与应用研究，探究料浆在 浓密、搅拌、输送、充填各工艺环节中的流变行为 膏体流变测量通常基于相应的流变模型展 规律，为膏体充填技术的发展奠定理论基石) 开，针对性地确定流变测量参数，如膏体料浆常用 近年来，国内外学者就膏体流变学开展了广 的Bingham模型及Herschel--Bulkley模型等.流变 泛与深入的研究，在基础科学问题上，尤其在膏体 模型的选取及流变参数的测量需充分考虑膏体的 流变学概念、膏体流变特性及其影响因素、流变 流变特性、工程背景及试验条件等情况.通过合 模型以及流变测量等方面做了大量工作，并取得 理有限的测量，获得相应的流变参数，为工程设计 了重要成果.流变测量为膏体流变行为规律及流 参数的确定提供依据 变本构方程等研究提供数据保障，确保数据的准 常见的非牛顿流体流变测量技术，其测量原 确性是流变测量的关键问题，鉴于流变测量技术 理同样适用于膏体，但在实际测量中，由于膏体料 及标准的重要性，本文对现阶段膏体流变测量技 浆具有高固含、固体颗粒跨尺度（微米至厘米级）、 术及工程应用进行了梳理，对测量方法的适用性 屈服应力大等特点，对选用的流变测量方法、则量 进行了分析总结，探讨了膏体流变测试标准的建 标准及数据处理方式等提出了更高要求.目前，在 立及流变测量的工程应用，并对膏体流变学研究 膏体流变学研究中，常用的流变测量技术包括旋 的发展进行了展望 转流变仪测试、坍落度测试、L管测试、倾斜管测 试以及环管测试等方法 1膏体流变测量概述 2.1旋转流变仪测试法 流变测量是现阶段膏体流变学研究的主要方 在膏体流变测量中，流变仪是较为直接有效on the measurement of yield stress because of its influence on the paste, that is, a non-Newtonian fluid. Furthermore, the applicability of the aforementioned measurement methods was comprehensively discussed. Given that rheological measurement has a profound effect on the  development  of  paste  rheology  theory  and  paste  backfill  technology,  the  key  problems  were  discussed  by  emphasizing  the importance of the establishment of rheological measurement standards and the application of rheological measurement to paste backfill processes in real time. The development trend of research on paste rheology was also explored. KEY WORDS    unclassified tailings；paste backfill；rheological measurement；yield stress；measurement standard 地下金属矿开采为我国国民经济的高速发展 提供了重要支撑，同时也留下了大量的采空区和 尾矿库，引发了严重的安全环保问题，造成环境污 染，诱发地质灾害，侵占大量土地. 针对这些问题， 《中华人民共和国环境保护税法》规定，自 2018 年 1 月 1 日起，对尾矿排放征收每吨 15 元的环保税. 另外，2017 年国家税务总局与国土资源部发布联 合公告：“三下”充填矿山（采用先进适用的胶结或 膏体等充填方式；对采空区实行全覆盖充填；对地 下含水层和地表生态进行必要的保护）资源税减 征 50%. 从环境和安全等方面长远考虑，采用充填 采矿法进行尾矿处置已经成为国家战略性引导和 企业生存需求. 膏体充填技术是地下金属矿开采的重点发展 方向，通过将全尾砂这一固体废弃物资源化利用， 制备成不泌水、不分层、不离析的膏体料浆，充填 至井下，实现金属矿安全、绿色、高效开采，从源 头上消除采空区和尾矿库两大灾害，提高资源回 收率[1−2] . 为推动膏体技术在精准调控、均质制 备、可靠输送和采场安全等方面的发展[3] ，须开展 膏体流变学的基础理论与应用研究，探究料浆在 浓密、搅拌、输送、充填各工艺环节中的流变行为 规律，为膏体充填技术的发展奠定理论基石[4−5] . 近年来，国内外学者就膏体流变学开展了广 泛与深入的研究，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. 流变测量为膏体流变行为规律及流 变本构方程等研究提供数据保障，确保数据的准 确性是流变测量的关键问题，鉴于流变测量技术 及标准的重要性，本文对现阶段膏体流变测量技 术及工程应用进行了梳理，对测量方法的适用性 进行了分析总结，探讨了膏体流变测试标准的建 立及流变测量的工程应用，并对膏体流变学研究 的发展进行了展望. 1    膏体流变测量概述 流变测量是现阶段膏体流变学研究的主要方 法，流变测量技术的发展对膏体流变学的理论研 究具有重要影响. 膏体料浆具有黏、弹、塑以及时 变等复杂流变特性，其主要评判依据来源于膏体 流变测量结果. 通过准确测定膏体流变特征并获 取流变参数，可为膏体流变规律研究提供基本保 障，并直接影响到膏体流变本构方程的准确性. 同 时，在膏体流变测量中应用有效的微观测量技术， 可为颗粒运动规律及作用形式、絮团结构演化和 流固曳力模型等研究提供数据支撑，推动膏体流 变理论发展. 此外，流变测量对膏体充填工程设计与技术应 用具有重要的指导作用. 在矿山充填中，由全尾砂、 水泥和水，以及废石和添加剂等制备的膏体料浆，其 性质差异显著，料浆浓度、颗粒级配和充填倍线等 参数难以综合表征料浆的流动性、可塑性及稳定 性，而利用流变测量技术可以获取料浆在不同剪切 条件下的流变参数，对各充填工艺环节中的料浆性 能进行综合评估，进而确定合理的工程设计参数，在 矿山充填安全、输送稳定方面具有重要意义. 2    膏体流变测量技术现状 膏体流变测量通常基于相应的流变模型展 开，针对性地确定流变测量参数，如膏体料浆常用 的 Bingham 模型及 Herschel-Bulkley 模型等. 流变 模型的选取及流变参数的测量需充分考虑膏体的 流变特性、工程背景及试验条件等情况. 通过合 理有限的测量，获得相应的流变参数，为工程设计 参数的确定提供依据. 常见的非牛顿流体流变测量技术，其测量原 理同样适用于膏体，但在实际测量中，由于膏体料 浆具有高固含、固体颗粒跨尺度（微米至厘米级）、 屈服应力大等特点，对选用的流变测量方法、测量 标准及数据处理方式等提出了更高要求. 目前，在 膏体流变学研究中，常用的流变测量技术包括旋 转流变仪测试、坍落度测试、L 管测试、倾斜管测 试以及环管测试等方法. 2.1    旋转流变仪测试法 在膏体流变测量中，流变仪是较为直接有效 · 452 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期