[发明专利]一种高浓度尾砂充填料浆搅拌工艺优化方法

说明书

本发明公开了一种高浓度尾砂充填料浆搅拌工艺优化方法，属于矿山充填技术领域，该方法包括以下步骤：1)搅拌工艺初步确定；2)实体三维模型构建；3)仿真参数标定；4)搅拌工艺仿真运行；5)仿真结果分析评价；6)搅拌工艺优化与确定。采用本方法通过离散元与光滑颗粒流体力学耦合(DEM‑SPH)，进行全尺寸装置和全过程工艺的搅拌仿真，基于尾砂颗粒和胶凝材料颗粒在出口孔处浓度随时间的变化规律对搅拌均匀性进行分析评价，精准优化高浓度尾砂充填料浆搅拌工艺，保障充填体强度和充填料浆良好输送性能，有效指导设计和工业试验，有利于节省投资，提高效率，降低成本。

技术领域

本发明属于矿山充填技术领域，尤其涉及一种高浓度尾砂充填料浆搅拌工艺优化方法。

背景技术

充填采矿法能够将矿山产生的尾砂制备成料浆后充填至采空区，一方面减少或消除地表尾矿堆存，另一方面采空区充填后围岩变形移动受到控制，能够有效解决矿山资源开发与安全、环保之间的矛盾，体现了“一废治两害”的科学内涵。高浓度尾砂充填有利于提高充填体强度、降低胶凝材料消耗，为矿山安全、环保、高效、低成本开采提供有效的技术支撑。搅拌作为充填料浆生产制备与输送工艺的关键环节，搅拌效果优劣直接影响胶凝材料混合均匀性，决定了充填体强度和生产成本，同时也对料浆流动性具有很大影响，是高浓度料浆管道输送性能的关键影响因素。

高浓度尾砂料浆的搅拌是个复杂的动态过程，涉及尾砂颗粒、胶凝材料颗粒以及水等多种不同尺度物料的多相混合。而这一过程在快速运转的搅拌机内部无法观测，对各种物料的运移路径和接触行为无法表征，物料混合均匀性无法评价，从而导致搅拌机的选型多基于经验参考，造成搅拌设备与物料性质匹配性差，工业生产中调试时间长，改造工程大，生产成本高，充填体质量不合格等问题。

由于搅拌机机械结构与运动行为的特殊性，一般很难在实验室建立试验装置开展定量的工艺参数研究。采用仿真软件进行数值模拟，能够建立全尺寸物理模型，减小试验装置尺寸效应的影响，模型结构和输入条件可动态调整，能多维度的研究各因素对输出结果的影响规律，可视化分析方法能帮助人们更加深刻地理解问题产生的机理，为半工业试验提供依据，节省常规实验所需的人力、物力和时间，并对实验结果整理和规律发现起到指导作用，同时可获得定量化最佳参数。目前，在尾砂料浆搅拌方面，研究人员采用CFD流体计算软件进行过仿真模拟，将尾砂、胶凝材料、水等多相物料统一视为单一连续介质，单纯从流体对结构反作用力的角度进行力学分析，评价搅拌效果的优劣，从而对搅拌机结构提出改造建议。以上技术不考虑固体颗粒与颗粒、固体颗粒与容器、固体颗粒本身等力学行为特征，无法定量化的表征各种物料在时间和空间上的分布规律，从而很难对搅拌装置和工艺参数进行定量优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高浓度尾砂充填料浆搅拌工艺优化方法，以对高浓度料浆搅拌工艺进行精准优化，科学指导系统设计，有效缩短试验和调试周期，降低事故风险和处理成本。

本发明提供一种高浓度尾砂充填料浆搅拌工艺优化方法，包括以下步骤：

步骤S1、搅拌工艺初步确定：根据充填系统生产能力、物料搅拌时间、容器有效体积等数据，初步确定尾砂料浆搅拌工艺条件，对搅拌机尺寸进行计算、初步选型；

步骤S2、实体三维模型构建：根据计算得到的搅拌机尺寸，以及工业搅拌机实体装备结构，建立搅拌机物理模型；

步骤S3、仿真颗粒物性参数标定：通过仿真平台流变模拟结果与流变仪实验结果进行比对，获得与流变参数匹配的颗粒物性参数，实现尾砂浆液在沉降过程中的仿真参数标定；

步骤S4、搅拌工艺仿真运行：生成边界网格，将充填材料基本物理性质、固液两相流料浆仿真参数输入仿真平台，设置仿真初始条件，采用离散元法(DEM)和光滑颗粒流体力学(SPH)进行耦合计算，开始对尾砂料浆搅拌过程进行模拟仿真；