胶结充填料浆合理配比的确定.pdf

第3 3 卷第3 期 2 0 0 4 年5 月 中国矿业大学学报 I Q u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t y0 { M i n i n g8 LT e c h n o l o g y V 0 1 ．3 3N o ．3 M 州2 0 0 4 文章编号1 0 0 0 - 1 9 6 4 2 0 0 4 0 3 0 3 1 1 0 3 胶结充填料浆合理配比的确定 崔刚1 ，陈文楷1 ，段鸿杰2 1 ，北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京1 0 0 0 2 2 2 ．胜利油田管理局．山东东营2 7 0 0 1 2 摘要为了经济合理地配制胶结充填料浆，根据采用B P 算法建立的充填质量模型，以厦技术参 数要求，确定了合理的充填料浆配比．通过实验室实验，进一步验证了确定的配比结果． 关键词充填料浆} 模型f 配比 中图分类号T D8 5 3 ．3 4 3文献标识码A C h o i c eo fC o m p o n e n tR a t i oo fC e m e n t e dB a c k f i l lP u l p C U IG a n 9 1 ，C H E NW e n k a i l ，D U A NH o n g j i e 2 1 ．S c h c l o lo fE l e c t r o n i cI n f o r m a t i o n ＆C o n t r o lE n g i n e e r i n g ，B e i i i n gU n { v e r a i wo { T e c h n o l o g y ， B e i j i n g1 0 0 0 2 2 tC h i n a ；2 ．S h e n g l iO i lF i e l dA d m i n i s t r a t i o n ，D o n g y i n g ，S h a n d o n R2 7 0 0 1 2 ．C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt om a k ec e m e n t e db a c k f i l lp u l pe c o n o m i c a l l ya n dr e a s o n a b l y ，t h er e a s o n a b l e c o m p o n e n tr a t i oo fc e m e n t e dh a c k f i lp u l pw a sf o u n d ．U s i n gt h eb a c k f i l lp u l pq u a l i t ym o d e l ，t h i s w o r kw a sm a d eh yB Pa l g o r i t h ma c c o r d i n gt ot h et e c h n o l o g yp a r a m e t e r s ．M o r e o v e r ，T h er e s u l t w a sv e r i f i e db ye x p e r i m e n t s ． K e yw o r d s b a c k f i l lp u l p ；m o d e l ；c o m p o n e n tr a t i o 对于采用细砂胶结充填矿山，其充填系统配制 的料浆质量是顺利生产的关键．为保证顺利生产， 对配制的充填料浆的流动性及其固结体强度均有 一定的要求，即配制的充填料浆首先满足能够顺利 输送的条件，其次必须满足充填强度要求．对充填 料浆的合理配比进行确定不仅能够很好地满足充 填要求，而且能够做到经济合理． 我们曾采用B P 算法建立了胶结充填质量模 型o ] ，在充填料浆的浓度、细粒级添加量和胶凝剂 的添加量、养护温度和料浆塌落度、固结体强度之 间建立了对应关系，为充填料浆合理配比的确定奠 定了基础． 1 充填质量模型 将某一金属矿山的分级尾砂作为充填骨料，溢 流尾砂为细粒级，某一固结材料作为胶凝剂，配制 不同浓度的料浆，测试其塌落度，然后在不同温度 条件下进行养护。最后测试固结体3d 和2 8d 的单 轴抗压强度，根据测得的5 3 个样本数据利用B P 算法建立了充填质量模型．建立的模型为三层B P 网络模型，其拓扑结构为4 1 4 x3 ，输人为4 个溢 流尾砂添加量 ％，质量比例 ，胶凝剂添加量 ％， 质量比例 ，料浆浓度 ％，质量浓度 ，养护温度 ℃ f 输出为3 个塌落度D c m ，固结体3d 抗压 强度S 。 M P a ，固结体2 8d 抗压强度S 。。 M P a 。 塌落度表征料浆流动性，固结体3d 和2 8d 抗压强 度表征其早期和后期强度；隐含层节点为1 4 个．网 络模型隐含于输入层和隐含层间、隐含层和输出层 间的权值、隐含层和输出层各神经元的阈值中． 输入层和隐含层问的权值矩阵为 收穗日期2 0 0 3 0 0 ～0 3 作者筒介t 崔刚 1 9 7 1 一 ，男，河北省盐山县人，北京工业大学讲师，工学博士，从事充填系统及其自动控制方面的研究． 万方数据 中国矿业大学学报 第3 3 卷 W 1 一 隐含层和输出层问的权值矩阵为 W 2 0 ．2 6 0 ．2 9 1 ．4 4 1 ．9 Z 0 ．8 4 1 ．6 4 1 ．9 1 1 ．1 6 1 ．1 4 0 ．6 2 0 ．7 3 1 ，2 8 2 ．4 3 2 ．9 2 隐含层神经元的鹇值矩阵为 B 一[ 一7 9 ．8 6 ，一1 ．1 8 ，一8 8 ．5 4 ，4 1 ．8 3 ，- 0 ．1 5 ， 8 4 ．3 6 ，4 ．5 7 ，3 5 ．1 4 ，- 4 4 ．3 6 ，一2 9 ．8 0 - 8 3 ．2 8 ，6 3 ．2 9 ， 6 6 ．5 4 ，一1 6 ．4 8 ] ． 输出层神经元的阔值矩阵为 日2 E o ．9 6 0 ．1 9 2 ．3 3 ] ． 2 充填料浆合理配比的确定 确定充填料浆的合理配比是根据建立充填质 量模型进行的，其原则是，满足充填要求的情况下， 同时做到经济台理，即胶凝荆的添加比例尽量小． 2 ．1 确定步骤 由于胶凝剂添加量为显著影响因素，先保持胶 凝荆添加量一定，改变其它添加成分的比例，根据 模型得出的结果 料浆流动性和其圊结体强度 确 定细粒级和充填骨料的添加比例．若上述过程结束 后，料浆生成的固结体强度不能满足要求，则须改 变胶凝荆添加量，即调整胶凝剂添加量，然后重新 进行，直到满足要求为止． 由于一年四季生产矿山的温度环境太部分时 间为常温或常温以上，料浆温度对其流动性基本没 有什么影响，而且温度对固结体强度的影响相对较 小，对充填料浆配比的确定在常温2 5 ℃下进行． 充填料浆配比的确定步骤为在2 5 ℃温度条 件下，胶凝剂添加量保持不变，第一步确定合理级 配．即进行细粒级添加量确定；第二步进行充填料 浆浓度的确定 即充填骨料添加量的确定 ，即保证 具有一定流动性条件下，选择较高的充填料浆浓 度；最后，根据要求的固结体强度，改变胶凝剂添加 量，重复前面的过程，选择台适的胶凝剂添加量， 2 ．2 确定过程 由于3 ％胶凝剂添加量条件下形成的固结体 强度在1 ．0M P a 以上，可以满足一般的充填要求， 我们在胶凝剂添加量为3 ％条件下确定料浆的含 理配比． 为了获得合理的细粒级添加量，拟将料浆浓 度、胶凝剂舔加量和料浆温度保持不变．改变细粒 级添加量，做为充填质量模型的输入，根据其输出， 即塌落度、3d 强度和2 8d 强度，保证充填料浆具 有较好流动性 较大的塌落度 ，又具有较高的早期 和后期充填强度，来确定合理的细粒级添加量． 根据实验情况，配制7 5 ％浓度的料浆在添加 一定细粒级条件下，流动性能够满足要求 因此。细 粒级添加量的确定我们从7 5 ％的料浆浓度开始． 1 细粒级添加量确定 保持料浆温度为2 5 ℃，胶凝剂添加量为30 A ， 细粒级添加量在o ％～3 5 ％范围变化，料浆浓度为 7 5 ％，作为充填质量模型的输入。图1 ．2 为模型的 输出结果． 褪掩尾醐加量／v ． 田l 滥流尾砂添加量与塌落度的关系 F i g ．1T h er e l a t i o nb e t w e e ns i l tp o r t i o n a n dl u m po fb a c k f i l ls l u r r y 从图1 ，2 可以看出，对于胶凝剂添加量为 3 ％，料浆温度为2 5 ℃，浓度为7 5 ％的充填料浆， 细粒级的添加量范围为1 3 ％～2 8 ％时，塌落度均 大于2 ．4c m 塌落度橱为自制上口径} 3 ．6c m ，下 口径{ 6 ．4c m ，高6 ．0c m ，即料浆具有较好流动 性．细粒级的添加量范围为1 7 ％～2 4 0 ／o 时，3d 强 度在0 ．4 8 ～0 ．5 3M P a 之间变化，2 8d 强度大于 1 ．0M P a ，充填体具有较高的早期和后期强度．因 此，根据模型的输出，较合理的细粒级添加量范围 为1 7 ％～2 4 ％，2 0 ％左右的细粒级添加景为最佳． 提高料浆浓度到7 6 ％，其它条件和7 5 ％浓度 相同，确定结果表明细粒级的添加量范围为1 8 ％ ～2 3 “时，料浆具有较好流动性，同时充填体3d 强度和2 8d 强度较高，1 9 “左右的细粒级添加量 盼％鸺∞踮“弘∞弘盯北孙惦 5 6 4 1 l 7 9 8 2 O 6 6 l 5 7 5 6 0 4 3 7 O 3 4 4 9 5 3 i}}；5 2 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 1 O 9 9 0 4 3 3 5 8 l 4 O 5 一 一～ 一 一一 一● 5 1 O 8 8 0 6 2 6 2 3 O O 8 】O l 4 7 1 O 1 7 0 2 9 7 7 l 2 6 4 0 8 5 7 0 6 O O 5 7 ，■ 一 一 一，一 一1 一 O 5 9 8 2 5 2 O l 8 4 2 9 5 5 7 5 0 2 2 1 O 5 0 1 5 7 9 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 3 3 O 9 O 4 O 5 2 5 0 2 2 2 9 1 1 9 2 4 4 1 8 8 3 一 一 一 一 ●一 一 射褥她硒∞轴如盯眈钉M姐盼昭 枷枷q o o 叫o 1 o o o川。， ∞靳卵m∞曲∞缸u n 勰昭 1，川叫。叫q，叫。叫o o o 万方数据 第3 期崔剐等胶结充填料浆合理配比的确定 为最佳．当提高料浆浓度到7 7 ％，确定结果表明料已经高出了充填工艺要求． 浆流动性已不能满足要求，说明7 7 ％的料浆浓度 04 81 21 62 02 42 83 23 6 澄托尾砂瀑_ I | I 』量，％ 图2 溢流尾砂掭加量与固结体抗压强度的关系 F i g ．2 R e l a t i o nb e t w e e nd o s a g eo fs i l ts a n da n dc o m p r e s s i v es t r e n g t h 2 充填骨料添加量确定 由料浆浓度可以推算出充填骨料添加量，因此 充填骨料添加量确定即充填料浆浓度的确定．随着 充填料浆浓度的提高，其流动性逐渐变差，而料浆 的井下脱水减少，充填体强度逐渐增加．因此，充填 料浆浓度确定是得到配制的料浆允许的最高浓度， 即料浆满足流动性要求的同时，具有较高的浓度． 为确定充填料浆浓度，拟将细粒级添加量、胶 凝剂添加量和充填料浆温度保持不变，改变料浆浓 度，做为充填质量模型的输人，同样根据其输出，保 证充填料浆具有较好流动性，又具有较高的充填强 度，来确定料浆浓度． 根据上面细粒级添加量的确定结果，配制 7 5 ％和7 6 ％浓度的充填料浆通过添加一定比例细 粒级，其流动性均能满足要求，而7 7 ％浓度的充填 料浆无论如何添加细粒级均不能满足要求，已经超 出了工艺要求．为了保证实际充填作业时具有一定 的安全系数，选择充填料浆浓度为7 5 ％． 由此得到胶凝剂添加量为3 ％的条件下料浆 的合理配比为最佳的细粒级添加量为2 0 ％，充填 料浆浓度为7 5 ％ 即充填骨料的添加爨为5 2 “ ． 配比关系为胶凝剂t 干溢流尾砂干分级尾砂 3 ％l2 0 ％ 7 5 3 2 0 ％ 1 6 ．7 1 7 ．3 ．在这 一配比条件下，充填料浆的塌落度为2 ．9 5e m ，3d 和2 8d 的同结体强度分别为0 ．4 0 ，1 ．1 2M P a ． 3 胶凝荆添加量确定 若以上充填强度不能满足要求，逐渐改变胶凝 剂添加量，重复上述充填料浆配比确定步骤，直到 充填料浆具有一定流动性，同时满足固结体强度要 求为止．随着胶凝剂添加量的增加，固结体强度明 显提高，同时充填成本随着增加，为了做到经济合 理，胶凝剂添加量确定即是满足固结体强度要求条 件下，尽量选择较少的胶凝剂添加量． 添加量为2 0 ％，配制7 5 ％浓度的料浆，测定料浆的 塌落度，然后做成4c r u x 4c m x l 6c m 的试块，在温 度为2 5 ℃的条件下进行养护．分别测试养护3d 和2 8d 的单轴抗压强度，为保证实验结果的可靠 性，实验重复三次，实验结果如表1 所示． 襄1 实验结果 T a b l e1 E x p e r i m e n td a t a 竺銎歪蔓至夏至至巫 由表1 可见，在3 ％胶凝剂添加量情况下，根 据确定结果配制的料浆其D 值平均误差为0 ．2 5 c m ，其相对误差为7 ．8 ％；S 。值平均误差为0 ．0 4 M P a ，其相对误差为9 ．1 ％；s 。值平均误差为0 ．1 1 M P a ，其相对误差为8 ．9 ％．由此表明确定结果和 实际很好地相符． 4 结论 1 料浆配比的确定按先细粒级器加量，再充 填骨料添加量，最后胶凝剂添加量的确定顺序进 行；2 对充填强度要求1 ．0M P a 左右，料浆配比的 确定结果为胶凝荆干溢流尾砂干分级尾砂一 1 t 6 ．7 1 7 ．3 ．按这一配比配制的料浆具有较好的 流动性，同时固结体早期和后期强度较高；3 通过 实验验证了配比结果，证明了方法的可行性，这对 合理配制充填料浆具有一定的指导意义． 参考文献； E 1 ] 崔刚．基于B P 算{ 击的充填质量模型[ J ] ．中国矿业 大学学报，2 0 0 1 ，3 0 ， 5 ；4 8 8 4 9 1 ． 3 配比结果的实验验证 [ 3 ] 为了验证以上的配比结果，我们在实验室进行 了相应的实验．即胶凝剂添加量为3 ％，溢流尾砂 孙恒虎。刘文采，黄玉诚，等．高水固结充填采矿[ M ] ． 北京机械工业出版社，1 9 9 8 ． 闻新，周露，王丹力，等．M a t l a b 神经网络应用 设计[ M ] ．北京；科学出版社，2 0 0 0 ．2 0 7 ．2 4 3 ． 责任编辑王玉渡 l、避腻塌辗 型驯谯安 一． ； 万方数据