810 工程科学学报，第42卷，第7期 100 体应用中具有一定的局限性，构建准确的膏体流 90 Cement #1 80 ◆-Cement#2 变本构方程亟待突破 70 ◆-Cement#3 60 ◆-Tailings#1 (3)鉴于膏体流变学研究的必要性、特殊性及 50 ◆-Tailings#2 复杂性，建立膏体流变测试标准、构建准确的膏体 -Tailings #3 40 30 流变本构方程、探明膏体流变特性的内在演化机 20 理及应用膏体流变学解决工程问题将是现阶段的 10 0 L 研究重点与难点 10 100 1000 Particle size/um 变量说明 图9全尾砂与常用硅酸盐水泥粒径分布 t为剪切应力，Pa; Fig.9 Particle distribution of unclassified tailings and common Portland ty为屈服应力，Pa: cements te为应力松弛平衡时的剪切应力，Pa: (4)水化作用及温度 为剪切速率，s； 膏体输送距离通常达数百至几千米，输送过 n为黏度，Pas; 程中水泥水化作用对膏体流变特性的影响不可忽 p为宾汉塑性黏度，Pas; 视.在静置条件下，料浆屈服应力随水化作用的进 e为Casson黏度，Pas; 行逐渐增大，但该过程受温度影响显著.实验结果 K为非牛顿体稠度系数，Pas”; n为流动指数，表征非牛顿行为（偏离单位 表明66-6)，料浆的屈服应力及其变化趋势在室温 1的程度)，非负数： 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6-， Tw为管壁切应力，Pa; 对料浆的时变特性也存在一定的影响 △P为流体通过长度为L的一段圆管的压降， Pa; (5)剪切历史 D为管道内径，m; 剪切历史指膏体在制备、输送过程中受到的 L为管道长度，m; 剪切作用，包括剪切时间及剪切强度.具有三维絮 v为管道流体的层流速度，ms; 网结构的膏体料浆，通常表现出明显的触变性，其 R为管道半径，m; 流变特性对剪切作用非常敏感.不同的预处理状 r为管道中柱塞流动区半径，m: 态、试验操作方法等因素都可能导致流变测试结 ao、bo、a和B为试验确定的材料常数； 果的差异，0不同类型的全尾砂制备的音体，其 Cw%为料浆质量分数； 受剪切历史的影响程度不同-四在工程设计中， Cv%为料浆体积分数； 应充分考虑剪切历史对膏体流变特性的影响.控 pbuk-p为膏体密度，kgm3; 制剪切历史可以为优化特定应用的流变特性提供 ps-p为膏体中固体密度，kgm3: 宝贵的机会73- Gs-p为音体密度； 5结论 Gs-为尾砂密度； S为膏体饱和度，取值为0~1. (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 参考文献 色、高效开采，从源头消除采空区和尾矿库灾害， [1]Cai M F,Xue D L,Ren F H.Current status and developmen 膏体技术已成为矿业领域的研究热点，近年来，膏 strategy of metal mines.Chin J Eng,2019,41(4):417 体技术的广泛应用对膏体流变学研究提出了更高 (蔡美峰，薛鼎龙，任奋华.金属矿深部开采现状与发展战略.工 的要求 程科学学报，2019,41(4)：417) (2)全尾砂膏体流变学是膏体充填全套工艺 [2]Gu H K.Engineering example of comprehensive utilization of 流程的重要理论基础，膏体流变特性及其本构方 tailings.Multipurpose Urili-ation Miner Resour,2017(6):93 (谷泓坤.尾砂综合利用的工程实例.矿产综合利用，2017(6)： 程是膏体流变学研究的核心.国内外已针对膏体 93) 流变特性及其影响因素开展了大量的实验研究， [3]Liu H L,Wang W P,He C Y,et al.Present situation and 并取得了重要进展.现有的非牛顿流变模型在膏 development trend of goaf treatment technology in metal and non-（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] . 5    结论 （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 τ为剪切应力，Pa； τy 为屈服应力，Pa； τe为应力松弛平衡时的剪切应力，Pa； γ˙为剪切速率，s −1 ； η 为黏度，Pa∙s； ηp 为宾汉塑性黏度，Pa∙s； ηc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； τw为管壁切应力，Pa； ∆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； a0、b0、α和 β 为试验确定的材料常数； Cw% 为料浆质量分数； Cv% 为料浆体积分数； ρbulk−p 为膏体密度，kg∙m−3 ； ρs−p 为膏体中固体密度，kg∙m−3 ； Gs−p 为膏体密度； Gs−t为尾砂密度； S r为膏体饱和度，取值为 0～1. 参    考    文    献 Cai  M  F,  Xue  D  L,  Ren  F  H.  Current  status  and  development strategy of metal mines. Chin J Eng, 2019, 41（4）: 417 （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） [1] Gu  H  K.  Engineering  example  of  comprehensive  utilization  of tailings. Multipurpose Utilization Miner Resour, 2017（6）: 93 （谷泓坤. 尾砂综合利用的工程实例. 矿产综合利用, 2017（6）： 93） [2] Liu  H  L,  Wang  W  P,  He  C  Y,  et  al.  Present  situation  and development trend of goaf treatment technology in metal and non- [3] 1 10 100 1000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Cumulative content/ % Particle size/μm Cement #1 Cement #2 Cement #3 Tailings #1 Tailings #2 Tailings #3 图 9    全尾砂与常用硅酸盐水泥粒径分布 Fig.9    Particle distribution of unclassified tailings and common Portland cements · 810 · 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期