基于CT扫描的矿山充填材料深度脱水细观机理研究

张力友, 张伊辉, 焦华喆, 王金星, 杨涵. 基于CT扫描的矿山充填材料深度脱水细观机理研究[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(2): 22-31. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.003
引用本文: 张力友, 张伊辉, 焦华喆, 王金星, 杨涵. 基于CT扫描的矿山充填材料深度脱水细观机理研究[J]. 矿产保护与利用, 2024, 44(2): 22-31. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.003
ZHANG Liyou, ZHANG Yihui, JIAO Huazhe, WANG Jinxing, YANG Han. Study on Meso-mechanism of Deep Dewatering of Mine Filling Materials Based on CT Scanning[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(2): 22-31. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.003
Citation: ZHANG Liyou, ZHANG Yihui, JIAO Huazhe, WANG Jinxing, YANG Han. Study on Meso-mechanism of Deep Dewatering of Mine Filling Materials Based on CT Scanning[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2024, 44(2): 22-31. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.02.003

基于CT扫描的矿山充填材料深度脱水细观机理研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金面上项目(52374121);国家重点研发计划课题(2023YFC2907203)
详细信息
    作者简介: 张力友,男,安徽宿州人,工程师,硕士,主要从事矿山开采技术研究,E-mail:zlyadd@163.com
    通讯作者: 焦华喆(1985—),男,河南商丘人,副教授,博士,主要从事矿山充填技术研究,E-mail:jiaohuazhe@126.com
  • 中图分类号: TD853.34

Study on Meso-mechanism of Deep Dewatering of Mine Filling Materials Based on CT Scanning

More Information
  • 针对全尾砂浓密脱水困难、底流质量浓度低的问题,开展了基于压缩床层不同高度处料浆絮团细观结构深度浓密脱水研究。通过对全尾砂进行动态浓密实验获取压缩床层料浆样品,借助SEM及高精度CT扫描设备,对获取的絮团结构进行扫描及三维重构处理分析沿压缩床层方向孔隙结构变化规律。结果表明:沿着床层向下,五组料浆内部孔隙平均半径分别为9.58 μm、9.23 μm、8.76 μm、8.63 μm及8.31 μm。床层顶部料浆质量浓度为59.4%,絮团呈现松散无规则状,底部料浆质量浓度为62.1%,絮团呈现致密规则状。对比顶部和底部料浆,孔隙率下降3.7个百分点,连通孔隙比下降了35.53%,孔隙平均配位数减小了22.73%,孔隙连通性大大降低。本文从细观角度定量表征了微观孔隙结构特征,为矿山充填材料进一步脱水提供理论依据。

  • 加载中
  • 图 1  全尾砂粒级分布

    Figure 1. 

    图 2  不同分子量絮凝剂作用的浑浊面沉降高度变化

    Figure 2. 

    图 3  小型尾砂动态浓密实验装置

    Figure 3. 

    图 4  浓密实验装置底部取样处

    Figure 4. 

    图 5  样品取样及CT扫描过程

    Figure 5. 

    图 6  表征单元体提取流程

    Figure 6. 

    图 7  压缩床层不同高度处样品料浆SEM图像

    Figure 7. 

    图 8  不同床层高度样品的孔隙结构(从左至右依次为孤立孔隙、料浆重构体及连通孔隙)

    Figure 8. 

    图 9  孔隙率与质量浓度分布关系曲线

    Figure 9. 

    图 10  等效孔隙网络模型

    Figure 10. 

    图 11  床层料浆内部配位数分布

    Figure 11. 

    图 12  不同质量浓度料浆的孔隙和喉道半径分布

    Figure 12. 

    表 1  1800万分子量阴离子型絮凝剂基本特性表

    Table 1.  Basic characteristics of 18 million molecular weight anionic flocculants

    聚丙烯酰胺 单位
    分子量/万
    固相
    质量分数/%
    粘度/(mPa·s) 溶解
    速度/h
    阴离子型 1800 88~92 3~4 ≤1
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    表 2  压缩床层不同高度处样品质量浓度

    Table 2.  Mass concentration of samples at different heights of compressed bed

    样品编号 L1 L2 L3 L4 L5
    样品料浆取样高度/ cm 16~20 12~16 8~12 4~8 0~4
    平均质量浓度/% 59.4 60.3 60.9 61.5 62.1
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    表 3  孔隙连通性结果统计表

    Table 3.  Statistical table of pore connectivity results

    样品L1L2L3L4L5
    总孔隙率/%41.639.739.138.537.9
    孤立孔隙数量/ 个4546963018391829
    连通孔隙比 fp0.760.710.640.580.49
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    表 4  孔隙网络模型结构参数统计

    Table 4.  Statistics of structural parameters of pore network model

    样品 孔隙数量 孔隙半径/μm 喉道数量 喉道半径/μm 配位数
    (a)L1 742 20.84 3510 15.43 48
    平均 9.58 3.56 9.46
    最小 2.73 0.27 1
    (b)L2 最大 715 22.41 3150 13.04 46
    平均 9.23 3.40 8.81
    最小 3.09 0.27 1
    (c)L3 最大 672 18.98 2627 10.73 33
    平均 8.76 2.91 8.43
    最小 2.68 0.27 1
    (d)L4 最大 643 21.77 2708 11.73 31
    平均 8.63 3.17 7.82
    最小 3.09 0.30 1
    (e)L5 最大 464 19.61 1697 10.82 32
    平均 8.31 2.91 7.31
    最小 2.86 0.27 1
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出版历程
收稿日期:  2024-03-31
刊出日期:  2024-04-15

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