【摘 要】
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我国地大物博,矿产资源丰富。近年来,随着开采方法、经验和技术的发展,我国矿业开采规模不断扩大,随之而来的就是对于尾矿的处理和利用问题,如何合理有效利用采矿产生的尾砂已经成为矿业发展的核心问题之一。长久以来,我国对于尾砂都采用尾砂堆积这种粗放型处理模式,不仅占用大量地表面积,而且尾砂的长期堆积可能导致塌陷等灾害,长此以往,非常不利于矿业的持续发展。膏体充填技术就是将尾砂等固体废弃物混合制成膏状流体充
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我国地大物博,矿产资源丰富。近年来,随着开采方法、经验和技术的发展,我国矿业开采规模不断扩大,随之而来的就是对于尾矿的处理和利用问题,如何合理有效利用采矿产生的尾砂已经成为矿业发展的核心问题之一。长久以来,我国对于尾砂都采用尾砂堆积这种粗放型处理模式,不仅占用大量地表面积,而且尾砂的长期堆积可能导致塌陷等灾害,长此以往,非常不利于矿业的持续发展。膏体充填技术就是将尾砂等固体废弃物混合制成膏状流体充填到井下开采区,不仅有效的解决了尾砂的堆积问题,还解决了采矿区填充物来源问题,实现了尾矿等固体废渣的回收利用,同时通过厂前回水实现了水资源循环利用,有效解决当前矿山尾矿处理问题,解决了尾矿堆存导致的环境污染和人民安全问题,是绿色可持续发展的前沿技术,符合当今时代“绿水青山就是金山银山”这一时代发展主题。膏体充填技术先进行尾砂浓密,再通过加入一定比例的物料制备膏体,最后通过管道输送至采空区。而在膏体料浆的管道输送中,料浆流变特性决定膏体能否成功输送至开采区。膏体流变特性受料浆浓度、物料配比、材料级配和酸碱度值等众多内部因素影响。除此之外,还涉及一些诸如温度、输送荷载等外界因素的影响。这一复杂过程伴随着各种理化反应,是热力学、流变学等共同作用的结果。本文通过试验探究不同因素对于膏体流变特性中屈服应力和黏度两个重要参数的影响,记录不同影响因素下的流变参数,进行数据拟合得出其影响大小,分析其影响流变特性的原理,通过SPSS建立多元回归方程,得到的线性回归模型和非线性回归模型之间进行比较。最后基于机器学习中SVM和XGBoost对流变参数进行预测。得到如下结论:(1)膏体料浆质量浓度对于膏体流变特性的影响最强,膏体稳定系数影响其次,之后是温度和灰砂比的影响。且当料浆浓度低于64%时,灰砂比对膏体流变特性影响甚微。料浆浓度和灰砂比对于其屈服应力和黏度的影响其本质是对料浆自由水比例的影响,料浆灰砂比的增加使其水化产物增多但也只是间接影响自由水的比例,其屈服应力和黏度只呈现线性增长,而料浆浓度直接影响自由水比例,屈服应力表现为指数增长。流变参数随料浆浓度增大呈指数增长,随灰砂比增大呈线性增长,随膏体稳定系数增大呈线性增长,而温度对膏体料浆流变性的影响是分子内能和水化反应相互“中和”的结果。对于纯尾砂料浆,温度升高使料浆分子内能增大,料浆分子更加活跃,其流动性随之变强。加入水泥的后,生成C-S-H等水化产物,温度升高加快水化产物生成速率,阻碍料浆流动,且阻碍作用随着灰砂比增大而增强。(2)使用线性关系得到的屈服应力的计算模型很难拟合准确,同理对于黏度也基本难以准确拟合。而对于非线性关系得到的回归模型有不错的拟合效果,仅有个别几组出现效果较差的情况。膏体料浆的屈服应力和黏度的非线性回归模型均好于线性回归模型,预测值和测量值之间的误差为(预测值-测量值)/测量值,其中线性回归模型的屈服应力误差均小于14%,黏度的误差均小于12%,而对于非线性回归模型,其屈服应力的误差均小于10%,黏度的误差均小于6%,非线性回归模型误差在允许范围内,可以满足实际生产需求。(3)使用XGBooost模型进行参数预测的效果比使用SVR模型效果的稍好,XGBooost模型屈服应力预测结果的几项误差RMSE、MSE以及MAE均小于SVR模型,黏度预测结果的几项误差也同样小于SVR模型。本文对膏体流变特性的探究,旨在分析实际充填过程中何种物料配比较为合适,以及设计好充填过程中的外界因素,改善膏体料浆流变性,以此改善实际充填效果。希望本文对膏体充填料浆流变性做出的一些有益探索,能够对未来膏体充填技术的发展提供理论指导,以期提高我国资源综合利用率和利用效率,扩大资源利用范围。
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