高浓度尾矿上游法堆坝过程中的物理力学性质研究

According to the basic problem of the disposal of high thickened tailings using upstream method, take the rheological properties and flow characteristics, evaporation dewatering performance on the natural conditions, consolidation law, tailings pore structure and permeability characteristics of high thickened tailings and fiber reinforcement technology to enhance mechanical properties of the tailings as the research core, Based on the theory of soil mechanics, fluid mechanics and percolation mechanics, as well as combination methods of theory analysis, laboratory experiments, in-site experiments and numerical simulation are used in this paper. Theoretical and experimental research on the physical and mechanical problems involved in the process of high thickened tailings using upstream method. The characteristics of the deposition and consolidation of high thickened tailings and the law of natural evaporation and dehydration are explored. A model of deposition and consolidation of high concentration tailings and evaporation and dehydration is established and strength of the mechanical properties of fiber reinforced tailings. The research can not only provide technical support for the design and construction of high density tailings surface deposit, but also for the construction of harmonious peace mines produce great economic benefits and social benefits, has a certain academic value in theory.

针对高浓度尾矿上游法堆存过程中存在的等基础性难题，以高浓度尾矿的流变性质和流动特性、自然条件下高浓度尾矿的蒸发脱水性能、高浓度尾矿沉积固结规律、尾矿孔隙结构特征及其渗透特性和纤维加筋技术增强尾矿砂的力学性能为研究核心，综合运用土学、流体力学和渗流力学等多学科理论，采用理论分析、实验室试验与数值模拟相结合的研究方法，围绕高浓度尾矿上游法堆坝过程中涉及的物理力学问题开展系统的理论与实验研究，探索高浓度尾矿的沉积固结特性及自然蒸发脱水规律，建立高浓度尾矿沉积固结和蒸发脱水模型，丰富纤维加筋增强尾矿力学性质的研究内容，为高浓度尾矿地表堆存的设计和施工提供技术支撑，为建设和谐平安矿山产生较大的经济效益和社会效益，在理论方面具有一定的学术价值。

高浓度尾矿是介于湿式尾矿和膏体尾矿之间的一种“似膏体”状浆体，具有含水量低、流动性好、易于干燥等特点，但上游法堆坝过程中高浓度尾矿的流动性能、干滩面处尾矿在自然条件的水分蒸发情况、沉积固结规律等仍不明确。本项目针对高浓度尾矿上游法堆坝过程中存在的基础性问题，采用室内试验、理论分析和数值模拟等方法开展研究，取得了如下研究成果：. （1）设计了可控制提升速度的高浓度尾矿塌落度试验系统，分析了塌落筒形状、提升速度、浆体浓度、环境温度、塌落底面粗糙度等因素影响下高浓度尾矿的流变特性规律，并构建了塌落度-屈服应力关系数学模型，确定塌落度法测试高浓度尾矿浆屈服应力的适用条件及范围；研制了小型流槽试验装置，开展了不同浓度、不同排放速率下尾矿浆流动性能试验，基于润滑理论构建了沉积滩面形状预测模型；. （2）研制了可模拟自然条件的尾矿蒸发试验系统，系统开展了不同条件下（光照、温度、相对湿度、风力、初始浓度、初始厚度等）高浓度尾矿的蒸发脱水试验，构建了表征沉积滩面尾矿蒸发脱水理论模型，并分析了高浓度尾矿脱水干燥过程中力学性质变化规律；. （3）设计了透明沉降柱装置，开展了高浓度尾矿自重沉降固结试验，分析了高浓度尾矿自重沉降规律，借助CT扫描技术，研究了沉积尾矿的微观结构形态；采用核磁共振试验测定了不同固结压力条件下的高浓度尾矿孔隙结构，从微观角度探索了尾矿孔隙结构与渗透性之间的关系，揭示了尾矿渗流机理. （4）采用综合比选法，甄选出玄武岩纤维作为高浓度尾矿加筋材料；系统开展了玄武岩纤维加筋尾矿的物理力学性质试验，借助SEM技术，从微观角度分析了玄武岩纤维与尾矿颗粒的界面作用特性，揭示纤维增强尾矿力学性能的作用机理。.项目研究成果不仅可为高浓度尾矿地表堆存的设计和施工提供技术支撑，而且为矿山高效安全处置尾矿提供新方法，产生较大的经济效益和社会效益，在理论方面填补高浓度尾矿的基础性能等知识，具有重要的学术价值。