充填料浆中气泡作用机理及其流变特性演变规律

作     者：杨柳华 李金仓 尹升华 焦华喆 陈新明 寇云鹏 王增加 贾恒伟 YANG Liuhua;LI Jincang;YIN Shenghua;JIAO Huazhe;CHEN Xinming;KOU Yunpeng;WANG Zengjia;JIA Hengwei

作者机构：河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 河南省地下工程与灾变防控重点实验室河南焦作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：2024年第49卷第4期

页      面：1894-1905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：流变特性 料浆含气量 毛细管力 无量纲屈服应力 气泡演变特征 

摘      要：充填料浆是由固-液-气三相组成的悬浮体,长期以来有关充填料浆研究重点多是固-液两相的流变特性,而气相因素对于具有复杂流变特性的料浆影响却鲜有报道。气相成分可以显著降低充填浆体的屈服应力、黏度,对于改善管道输送性能、降低管道磨损等方面具有显著优越性。首先,通过控制引气剂(TTAB)掺量调节料浆含气量,并测定充填料浆表面张力、空气体积分数、流变性能等参数,探寻料浆中气泡对其流变性能的影响规律。其次,引入毛细管力(F_(cay))、无量纲屈服应力(τ_(ref)/τy)气泡演变模型来分析料浆内气泡演变特征,以期探明气泡对料浆流变特性的作用机理。结果表明,当充填料浆含气量较低时(12.5%),气相因素对悬浮体料浆流变特性影响甚微,而伴随含气量增加气泡对充填料浆流变特性的影响愈发显著。引气剂作用下气泡表面对料浆内细颗粒体产生斥力,降低了水泥、固废(尾砂)等细颗粒的吸附力,导致料浆屈服应力表现为递减趋势,其流动性呈现增强趋势。基于毛细管力(F_(cay))与无量纲屈服应力(τ_(ref)/τ_(y))理论分析了充填料浆不同含气量下流变特性演变机制,当含气量增加(12.5%~27.7%),料浆的表面张力、屈服应力降低,气泡挤压变形;高含气量下(接近28.6%),料浆内气泡极易破裂。另外,气泡滞留充填体内部导致强度劣化,为此就气泡对充填体力学性能影响及其解决措施开展了探索,并提出了3点有效措施。通过揭示气泡对于充填料浆流变特性影响与其演变特征规律,为高泡充填减阻减磨技术发展提供理论支撑。