CN110487840A - 一种膏体固化过程表征方法 - Google Patents

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王勇
吴爱祥
杨钢锋
毕成
靳斐
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Abstract

本发明提供一种膏体固化过程表征方法，属于膏体充填技术领域。该方法首先根据矿山实际情况和需求，配备膏体料，然后，将基质吸力传感器埋设至膏体料内部，再启动传感器，采用数据采集器对膏体料养护过程的基质吸力进行监测和反馈。最后，根据基质吸力不同，将膏体固化过程分为潜伏期、初凝期和终凝期三个阶段。该方法监测方便快捷、固化过程表征连续，更适应于膏体技术。本发明基于膏体自身固化过程的监测，结果更适应于膏体技术。该方法适用于有色、黑色、贵金属、稀有金属、黄金等各种采用全尾砂膏体充填技术的矿山企业。

Description

一种膏体固化过程表征方法
技术领域
本发明涉及膏体充填技术领域，特别是指一种膏体固化过程表征方法。
背景技术
膏体充填是近年来发展速度较快的一种先进充填技术，因其性能优良可靠被广泛应用于世界各国，正如其它充填技术，膏体充填的安全和开采效率与其固化特性密切相关。目前，膏体固化特性评价主要依赖于终端强度表征，其凝结性能判别主要借鉴砌筑砂浆，存在如下两个问题：第一、膏体进入采场之后，水化、硬化是一个过程行为，养护过程的表征对于采充策略精准制定非常关键，而传统的终端强度无法满足固化过程表征的需求；第二、充填料凝结性能严重影响采矿安全和效率，目前凝结性能判定标准主要借鉴砌筑砂浆，砌筑砂浆强度范围5～30MPa，而充填体强度一般只有0.05～5MPa，为此，传统的砌筑砂浆凝结性能判定对于膏体充填来讲适应性差。
根据太沙基(K.Terzaghi)在1923年提出的有效应力原理，有效应力为总应力与孔隙水压力之差。而有效应力控制着充填体固体骨架的变形(固结过程)并影响着其自身强度的变化。对于膏体充填材料而言，水化反应及渗流过程会导致其饱和状态的改变及负的孔隙水压的形成。而后者通过与孔隙气的相互作用将形成基质吸力并贡献于充填体强度的提高。因此对于充填体内部基质吸力的监测及分析将为充填固化行为表征提供重要依据。
基于以上认识，本发明以基质吸力监测和划分为手段，提出了一种膏体固化过程表征方法，旨在协同解决膏体固化过程难以表征、传统凝结性能难以适应两大难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种膏体固化过程表征方法。
该方法包括步骤如下：
S1：根据矿山实际情况和需求，配备膏体料；
S2：将基质吸力传感器埋设至S1中配备的膏体料内部，基质吸力传感器任意方向与膏体料边界距离不小于3cm；
S3：启动基质吸力传感器，通过与基质吸力传感器相连的数据采集器对膏体料养护过程的基质吸力进行监测和反馈；
S4：根据基质吸力不同，将膏体固化过程分为三个阶段：①潜伏期，基质吸力范围0～10kPa，在该阶段，水泥溶解于水中，形成离子联盟，为水化反应做准备；②初凝期，基质吸力范围10～120kPa，该阶段水化反应剧烈，膏体失去了流动性；③终凝期，基质吸力大于120kPa，该阶段膏体强度继续增长，根据膏体功能不同，该阶段的强度上限不同。
其中，S1中膏体料的灰砂比为1:3～1:48、浓度为55％～82％。S1中膏体料采用搅拌机搅拌3～10分钟，确保膏体料均匀。
S4中基质吸力范围达到10kPa所对应的养护时间为初凝时间，基质吸力范围达到120kPa所对应的养护时间为终凝时间。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，突破膏体固化过程表征的瓶颈，提出了基于基质吸力监测的膏体固化特性划分方法。主要优势体现在如下三个方面：第一，监测方便快捷。只需一个传感器和数据采集器，便可实时监测膏体固化效果。第二，固化过程表征连续，可取养护期内任一时间的基质吸力结果，精确表达膏体由流态状至凝结最后至硬化几个阶段。第三、更适应于膏体技术。砌筑砂浆的颗粒远粗于全尾砂，其强度一般来说要远大于膏体强度，本发明基于膏体自身固化过程的监测，结果更适应于膏体技术。
该方法适用于有色、黑色、贵金属、稀有金属、黄金等各种采用全尾砂膏体充填技术的矿山企业。
附图说明
图1为本发明的膏体固化过程表征方法与传统方法对比图；
图2为本发明的膏体固化过程基质吸力监测装置示意图；
图3为本发明实施例基质吸力随时间演化图。
其中：1-计算机；2-数据采集器；3-密封盖；4-隔热养护箱；5-基质吸力传感器；6-膏体盛料筒；7-膏体料。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种膏体固化过程表征方法。
该方法包括步骤如下：
S1：根据矿山实际情况和需求，配备膏体料；
S2：将基质吸力传感器埋设至S1中配备的膏体料内部，基质吸力传感器任意方向与膏体料边界距离不小于3cm；
S3：启动基质吸力传感器，通过与基质吸力传感器相连的数据采集器对膏体料养护过程的基质吸力进行监测和反馈；
S4：根据基质吸力不同，将膏体固化过程分为三个阶段：①潜伏期，基质吸力范围0～10kPa；②初凝期，基质吸力范围10～120kPa；③终凝期，基质吸力大于120kPa。
该方法与传统方法对比如图1所示。
下面结合具体实施例予以说明。
采用尾矿、水泥和水制备膏体料，其中胶凝材料占固体质量百分比为4.5％，水灰比7.6。将三种材料采用B20F搅拌机，搅拌约7分钟。本实施例考虑膏体料初始温度为2、20、35、50℃四种情况，连续监测膏体固化过程基质吸力(负孔隙水压力)，并对不同龄期膏体强度进行检测验证。膏体养护采用恒温隔热养护箱，基质吸力采用传感器监测、通过数据收集器传输至电脑。如图2所示，所用装置中，膏体料7置于膏体盛料筒6中，基质吸力传感器5埋在膏体料7中，膏体盛料筒6上盖密封盖3，膏体盛料筒6置于隔热养护箱4中，基质吸力传感器5连接数据采集器2，数据采集器2连接计算机1。
图3给出了不同初始温度下膏体基质吸力演化过程，每个初始温度下，随着养护时间增加，膏体基质吸力不断增加，表明基质吸力随着膏体固化的过程不断增加。同时，膏体基质吸力随时间演化也受到初始温度的影响。在早期养护阶段(7天内)，相比较低膏体初始温度(20℃，2℃)，较高的膏体初始温度(35℃，50℃)基质吸力发展速度更快。
按照本发明提出的膏体固化过程表征方法，获得不同温度膏体料凝结时间如表1所示。
表1不同温度膏体料凝结时间
为了验证所提出表征方法的可靠性，对不同温度初凝时间和终凝时间的单轴抗压强度进行测试，结果如表2所示。
表2不同温度膏体料初凝和终凝状态强度检测结果
由表2可以看出，按照本发明提出的表征方法对应的不同温度条件下膏体强度较为接近，且初凝强度平均值为0.075MPa、终凝平均强度为0.153MPa。通过本发明基质吸力划分对应的强度映射结果可以看出，符合现代化充填技术强度范围0.05～5MPa。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种膏体固化过程表征方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：根据矿山实际情况和需求，配备膏体料；
S2：将基质吸力传感器埋设至S1中配备的膏体料内部，基质吸力传感器任意方向与膏体料边界距离不小于3cm；
S3：启动基质吸力传感器，通过与基质吸力传感器相连的数据采集器对膏体料养护过程的基质吸力进行监测和反馈；
S4：根据基质吸力不同，将膏体固化过程分为三个阶段：①潜伏期，基质吸力范围0～10kPa；②初凝期，基质吸力范围10～120kPa；③终凝期，基质吸力大于120kPa。
2.根据权利要求1所述的膏体固化过程表征方法，其特征在于：所述S1中膏体料的灰砂比为1:3～1:48、浓度为55％～82％。
3.根据权利要求1所述的膏体固化过程表征方法，其特征在于：所述S1中膏体料采用搅拌机搅拌3～10分钟，确保膏体料均匀。
4.根据权利要求1所述的膏体固化过程表征方法，其特征在于：所述S4中基质吸力范围达到10kPa所对应的养护时间为初凝时间，基质吸力范围达到120kPa所对应的养护时间为终凝时间。
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