基于PVM技术的充填膏体搅拌过程细观结构演化

作     者：杨柳华 高炀 尹升华 焦华喆 陈新明 王洪江 寇云鹏 YANG Liuhua;GAO Yang;YIN Shenghua;JIAO Huazhe;CHEN Xinming;WANG Hongjiang;KOU Yunpeng

作者机构：河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 山东黄金集团有限公司充填工程实验室山东莱州261441 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第S1期

页      面：325-333页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金资助项目(52104129) 河南省重点研发与推广专项资助项目(212102310602) 山东省重大科技创新工程资助项目(2019SDZY05) 

主　　题：PVM技术 细观结构 剪切分散 膏体搅拌 等效直径 

摘      要：膏体性能是体系内部不同颗粒、组分之间协同作用的结果,探明充填料浆在搅拌作用下细观结构形态的演化过程,对完善膏体搅拌理论、改善膏体充填性能、实现矿山降本增效具有重要意义。采用激光颗粒显微成像(PVM)技术获取膏体料浆在不同搅拌时刻的细观结构图像,经二值化处理后应用Avizo软件得到料浆中团聚体的等效直径(d),来表征膏体细观结构特征,并基于Blake-Kozeny方程及Hattori-Izumi理论构建d-t关系模型,最后将所得实验值和理论值进行对比分析。研究结果表明:膏体搅拌制备过程分为浸湿黏结和剪切分散2个阶段,在搅拌作用下料浆细观结构的等效直径先增大后降低,最终趋于稳定。在浸湿黏结阶段,颗粒与液体之间形成类似“核-壳结构,并在液桥力的作用下不断吸附周围的颗粒,随着被吸附的颗粒越来越多,“核-壳结构尺寸渐渐增大(d与时间t的0.5次方成正比),并在35 s左右达到峰值;在剪切分散阶段,“核-壳结构的体积分数达到临界状态无法吸附更多颗粒,团聚体在剪切力的作用下发生破裂,细观结构的等效直径不断变小(d与t成反比),并于300 s后趋于稳定,物料转变为均质“膏体状态。基于等效直径的细观结构演化模型量化了充填料制备过程,促进了固废充填技术的完善。