電滲對(duì)充填料漿脫水固結(jié)過程的影響

電滲對(duì)充填料漿脫水固結(jié)過程的影響

0創(chuàng)新專業(yè)課程體系課程體系不僅是學(xué)校人才培養(yǎng)的載體，也是教育改革的重點(diǎn)。通過適當(dāng)?shù)膶I(yè)課程體系建設(shè)，學(xué)生的知識(shí)、培養(yǎng)能力和素質(zhì)得到了培養(yǎng)，目的是提高。因此，學(xué)校應(yīng)該與行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)相結(jié)合，創(chuàng)新專業(yè)課程體系。當(dāng)前高校采礦工程實(shí)驗(yàn)室通常采用脫水構(gòu)筑物自然脫水此外，多數(shù)高校在采礦工程專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中只注重參觀演示1充填料漿進(jìn)入電流強(qiáng)度的影響由選礦尾砂、水等物料構(gòu)成的充填料漿屬于膠體分散系。根據(jù)膠體化學(xué)理論，充填料漿中水的流動(dòng)滿足式（1）。式中：Q為水的電滲速度，m若充填料漿中加入電流強(qiáng)度I時(shí)，可產(chǎn)生相應(yīng)的電滲流動(dòng)速度Q。因充填料漿中固體顆粒（尾砂）帶有負(fù)電荷而水帶有正電荷，故水的移動(dòng)方向自陽極到陰極。在充填料漿脫水固結(jié)時(shí)，將濾水管作為陰極，料漿四周布置陽極，料漿中的水將逐步運(yùn)移到陰極濾水管并排出。與自然脫水相比，外加電場(chǎng)會(huì)使充填料漿產(chǎn)生電滲流動(dòng)速度Q，故電滲脫水將加快料漿排水速度。2實(shí)驗(yàn)方法2.1充填料漿固結(jié)特性分析以自然脫水為參照，研究電滲對(duì)充填料漿脫水固結(jié)過程的影響，需要設(shè)計(jì)自然脫水實(shí)驗(yàn)裝置和電滲脫水實(shí)驗(yàn)裝置。電滲脫水試驗(yàn)裝置由試驗(yàn)箱、陽極棒、陰極濾水管、導(dǎo)水塑料管和電源構(gòu)成（圖1）。陽極棒縱向布置在試驗(yàn)箱四角處，與直流電源正極相連；陰極濾水管縱向布置在試驗(yàn)箱中央，與直流電源負(fù)極相連。為監(jiān)測(cè)充填料漿脫水固結(jié)性狀，將刻度紙貼于試驗(yàn)箱兩側(cè)，測(cè)試充填料漿高度變化，并監(jiān)測(cè)固結(jié)體內(nèi)溫度、陰陽兩極電壓與電流強(qiáng)度、充填料漿脫水量等數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中所用的電學(xué)元件的連接如圖2所示。與電滲脫水試驗(yàn)裝置相比，自然脫水實(shí)驗(yàn)裝置不設(shè)置陽極棒和電源。2.2充填料漿實(shí)驗(yàn)操作電滲脫水實(shí)驗(yàn)裝置采用長(zhǎng)方形箱體（長(zhǎng)×寬×高=36cm×25cm×22cm）（圖3）；陰極濾水管為銅管，壁厚1mm、內(nèi)徑1cm，沿軸線每隔1cm環(huán)四周鉆鑿4個(gè)Φ2mm的濾水孔，管外裹濾布，其上端自箱體蓋板中央孔伸出，下端則與導(dǎo)水塑料管相接；陽極棒為Φ3mm的鐵絲，其下端與實(shí)驗(yàn)箱底部接觸，上端則通過蓋板四周小孔伸出；電源采用24V直流電源，電流表與電壓表均使用萬用表。以下結(jié)合實(shí)例具體說明實(shí)驗(yàn)操作流程。1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。分別對(duì)尾砂非膠結(jié)充填料漿（不添加膠凝材料）和尾砂膠結(jié)充填料漿進(jìn)行自然脫水和電滲脫水實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所采用料漿質(zhì)量濃度68%，其中膠結(jié)充填料漿灰砂比1∶10。實(shí)驗(yàn)所用尾砂與膠凝材料均取自某黃金礦山，水為城市自來水。2）料漿制備。按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制備充填料漿，充入試驗(yàn)箱。每個(gè)實(shí)驗(yàn)箱中充入料漿30kg。3）數(shù)據(jù)采集。將充填料漿充入實(shí)驗(yàn)箱后，料漿即刻發(fā)生離析沉降，漿面上部出現(xiàn)澄清水。注入充填料漿后每隔6h讀取一次脫水量、料漿溫度和料漿漿面高度，脫水量由稱量流入瓶?jī)?nèi)的水獲取，料漿溫度由溫度計(jì)直接讀出，漿面高度則由箱體兩側(cè)刻度紙讀取。待實(shí)驗(yàn)箱中料漿上部澄清水排凈后，對(duì)電滲脫水實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行通電，間隔6h讀取一次電流值和電壓值。脫水結(jié)束后，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)箱中切取70.7mm×70.7mm×70.7mm的固結(jié)體試塊進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試。3數(shù)據(jù)分析和處理3.1充填料漿脫水能力非膠結(jié)充填料漿電滲法與自然法脫水量見圖4。由圖4可知，對(duì)于非膠結(jié)充填料漿，在充填料漿上部澄清水未排凈之前，電滲法與自然法脫排出的水量相當(dāng)。充填料漿脫水觀測(cè)13次（144h）后，漿面上方的澄清水排凈，電滲法和自然法分別排出4125.5g和4156.0g的澄清水。通電后，電滲脫水速度突增，前30h內(nèi)電滲脫水速度明顯快于自然脫水速度。澄清水排凈后，電滲脫水實(shí)驗(yàn)箱和自然脫水實(shí)驗(yàn)箱又分別多排出768.5g和398.5g的滲透水。即，充填料漿通電后，電滲法較自然法多排出滲透水370.0g，脫水率提高92.85%，表明通電有利于尾砂非膠結(jié)充填料漿脫水。膠結(jié)充填料漿電滲法與自然法脫水量見圖5。由圖5可知，膠結(jié)充填料漿脫水觀測(cè)5次（30h）之后，漿面上方的澄清水排凈，電滲法和自然法分別脫排出1726.5g和1838.0g的澄清水。料漿通電后，電滲脫水速度與自然脫水速度相當(dāng)，電滲法與自然法又分別多排出224.0g和176.0g的滲透水，電滲法僅比自然法的脫水率提高27.27%，這表明尾砂膠結(jié)充填料漿通電后脫水效果不甚明顯。3.2充填體電阻率電滲脫水實(shí)驗(yàn)中，實(shí)測(cè)陰極、陽極兩端電壓為21.7V。根據(jù)電滲脫水過程中實(shí)測(cè)漿體內(nèi)部電流變化（圖6）可知，通過充填料漿的電流呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，這表明電滲脫水過程中充填體電阻率發(fā)生變化。3.3不同種類的對(duì)比圖表實(shí)驗(yàn)室室溫13～16℃，尾礦充填料漿脫水過程中內(nèi)部溫度變化如圖7所示。由圖7可知，自然脫水過程中充填料漿內(nèi)部溫度與所處環(huán)境溫度基本一致，但電滲過程中料漿內(nèi)部溫度較自然脫水高3～5℃，這表明通電導(dǎo)致充填料漿內(nèi)部溫度升高。3.4非膠結(jié)充填料漿沉降特性以料漿通電時(shí)刻漿面高度為零點(diǎn)計(jì)算，實(shí)驗(yàn)過程中漿面高度變化如圖8所示。由圖8可知，非膠結(jié)充填料漿通電后，漿面沉降明顯，這是由于通電可加大非膠結(jié)充填料漿脫水速率和脫水量，尾砂固結(jié)進(jìn)程加速。然而，通電對(duì)全尾砂膠結(jié)充填料漿漿面沉降影響則不及非膠結(jié)充填料漿明顯3.5非膠結(jié)充填材料配比在尾砂充填料漿脫水固結(jié)后形成的充填體中切割70.7mm×70.7mm×70.7mm的試塊，置于恒溫恒濕箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度20℃±1℃、相對(duì)濕度95%。根據(jù)28d齡期單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果（表1）可知，非膠結(jié)充填料漿自然脫水形成的充填體試塊松軟，未能在單軸壓力機(jī)上測(cè)得其強(qiáng)度（<0.1MPa）；對(duì)比兩種脫水方式下形成的充填體強(qiáng)度，通電有助于提高非膠結(jié)尾砂充填體強(qiáng)度。4全尾砂膠結(jié)充填料漿脫水固結(jié)效果1）通過自制實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)充填料漿脫水進(jìn)程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，得到了電滲對(duì)尾砂充填料漿脫水固結(jié)過程的影響規(guī)律。對(duì)于未添加膠凝材料的全尾砂非膠結(jié)充填料漿，電滲法具有排水速度快、排水量多，可加速漿面沉降并提高充填體強(qiáng)度；對(duì)于全尾砂膠結(jié)充填料漿，電滲對(duì)脫水固結(jié)效果改善不顯著。2）充填料漿脫水實(shí)驗(yàn)包含充填料漿制備、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與結(jié)果分析等內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單、難度適中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯、直觀，適于采礦工程專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過開