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117properties of filling slurry J.Safety in Coal Mines,2023,54(10):117-127.移动扫码阅读ZHAO Bingchao,CHEN Pan,ZHAIDi,et al.Influence of particle gradation and timeliness on rheological2023,54(1117-127.赵兵朝，陈攀，翟迪，等.颗粒级配及时效性对充填料浆流变特性的影响J.煤矿安全，SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月No.10煤砺发全Vol.54第54 卷第10 期DOl:10.13347/ki.mkaq.2023.10.016颗粒级配及时效性对充填料浆流变特性的影响赵兵朝12，陈攀，翟迪，张金贵3，韦启蒙！（1.西安科技大学能源学院，陕西西安7 10 0 54;2.西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西西安7 10 0 54;3.神木市能源局，陕西神木7 1930 0）摘要：基于Talbot级配理论配置不同颗粒级配料浆，研究了不同质量浓度及静置时间下的研石胶结充填料浆流变特性，并使用灰色关联度分析了颗粒级配对流变参数的影响关系。结果表明：料浆质量分数为7 6%8 0%料浆屈服应力T随质量分数升高而增加，且质量分数对骨料细研率高的料浆屈服应力影响更明显。浓度相同时，料浆屈服应力关联系数随粒径增大而增大；质量分数不同时，关联系数与质量分数有关。屈服应力随料浆静置时间增加而升高，在0 50min增速较快，50 90 min增速减缓，且时间效应对系数k低的料浆屈服应力提升更明显。随着剪切速率增至临界剪切速率，料浆流变状态由层流态向紊流态转变。关键词：研石充填料浆；流变特性；灰色关联度分析；时间效应；临界剪切速率中图分类号：TD853.34+3文献标志码：A文章编号：10 0 3-4 96 X(2023)10-0117-11Influence of particle gradation and timeliness on rheological properties of filling slurryZHAO Bingchao-2,CHEN Pan,ZHAI Dil,ZHANG Jingui,WEI Qimeng(1.School of Energy,Xian University of Science and Technology,Xian 710054,China;2.Key Laboratory ofWestern Mine Exploitation and Hazard Prevention of the Ministry of Education,Xian 710054,China;3.Shenmu City Energy Bureau,Shenmu 719300,China)Abstract:The rheological properties of gangue cemented backfill slurry under different mass concentrations and standing time werestudied based on Talbot grading theory,and the influence of particle grading on rheological parameters was analyzed by grey correla-tion degree.The results show that when the mass concentration of slurry is 76%to 80%,the yield stress to of slurry increases withthe increase of concentration,and the effect of mass concentration on the yield stress of slurry with high fine gangue content is moreobvious.At the same concentration,the yield stress correlation coefficient of slurry increases with the increase of particle size.Whenthe concentration is different,the correlation coefficient is related to the concentration.The yield stress increases with the increase ofthe standing time of the slurry,and the growth rate is faster in 0-50 min,and the growth rate slows down in 50-90 min,and the timeeffect is more obvious to the yield stress of the slurry with low coefficient k.As the shear rate increases to the critical shear rate,therheological state of the slurry changes from laminar flow to turbulent flow.Key words:coal gauge backfill slurry;rheological properties;grey correlation analysis;time effect;critical shear rate研石胶结充填开采作为1种绿色开采技术-3已然成为煤炭生产变革的大方向4 ，一般采用管道将煤研石、粉煤灰、水泥及水经搅拌而成的浆体5 输送至采场，因此明确料浆流变特性是保证料浆输送的重要前提，对料浆流变特性产生影响的原因有很多7-9，而骨料级配及质量分数是其中收稿日期：2 0 2 2-0 9-2 3责任编辑：朱蕾基金项目：国家自然科学基金资助项目（52 0 7 4 2 0 8，518 7 4 2 30)作者简介：赵兵朝（197 8），男，山西晋城人，教授，博士，从事开采损害及防护方面的数学与研究工作。E-mail：z h a o b c 913 12 6.c o m118SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月Vol.54No.10煤砺发全第54 卷第10 期的重要因素10 。在以往研究大多认为料浆流变性质不随时间发生改变，对充填料浆流变特性受时间及骨料级配影响研究甚少。然而随着矿井建设深度增加，料浆在管道中停留时间增长，流变性质会发生改变1-13。为了研究料浆流变性质受质量分数、骨料级配及时间效应的影响，采用不同骨料级配及静置时间的充填料浆对其进行流变试验，使用H-B模型拟合流变参数并分析其变化规律，为选取或优化研石胶结充填料浆骨料配比、质量分数选取及料浆输送管道设计提供依据1试验设计1.1试验原材料及配比本试验骨料为山西某矿的煤研石，进行破碎后多次筛分分级，最大粒径为8 mm，胶凝材料采用P.0.42.5水泥，粉煤灰使用一级粉煤灰，采用XRF试验对原材料化学成分进行分析，原材料化学成分见表1，拌合用水为城市自来水。为研究不同研石粒径级配对充填料浆流变特性的影响，通过大量的配比试验，从技术经济多方面因素综合考虑且与矿山现场采用配比一致，保持水泥、粉煤灰、研石材料质量比不变为1：3：514 15，基于Talbot级配理论16 配置级配系数k为1、1/2、1/3、1/4、1/5的5种研石颗粒集料见表2，石各粒径累计占比曲线如图1。选取质量分数为7 6%80%的膏体充填料浆17 ，各组原料配合比见表3。表1原材料化学成分Table1Chemical composition of raw materialsSiO2Al,O;Fe,O,K,0CaoSO;OTH材料含量/%含量/%含量/%含量/%含量/%含量/%含量/%水泥21.716.523.641.1162.22.172.65粉煤灰54.2833.132.941.573.750.883.45研石50.1629.67.261.510.488.642.351.2试验方法试验采用ThermoScientific公司生产的Visco-testerIQ型流变仪，按照表3配合比向50 0 mL烧杯中依次加入水泥、粉煤灰、研石及水，经搅拌均匀后送人流变仪进行试验，将测试桨叶插人烧杯内并调整后开始测试，测试程序设置相邻两测点时间差为0.5s，速率差为0.2 7 3s，记录剪切速率为0 10 0 s-的剪切应力与表观黏度，对每组试验进行3次测量取平均值以保证试验准确性。为研究时间对充填体流变性质的影响，配比7 6%表2各组研石集料粒径组成Table 2Particle size composition of gangue aggregate ineachgroup粒径范围占比/%研石级Talbot级配类型配指数0.10.1112.52.555o,n17:有屈服应力的to0,n=1膨胀流体宾汉姆流体：to=0,n1膨胀流体to=0,n=1牛顿流体e/to0,nK1to=0,n0时，流体为宾汉姆流体；若n1，T o=0 流体为膨胀性流体；若n1，T o 0 时流体为有屈服应力的膨胀性流体；若n1，T o=0 流体为伪塑性流体，若 n 0时流体为有屈服应力的伪塑性流体。2.2流变参数拟合对不同质量分数不同级配粒径流变曲线结果采用H-B流变模型进行拟合，各组充填体流变拟合回归结果见表4。表4各组充填体流变拟合回归结果Table 4 Rheological fitting regression results offilling body in each group编号to/Pa/(Pas)nR2拟合方程76-A36.450.00612.360.99-36.45+0.006 1,2.3676-B56.350.01402.180.99=56.35+0.014/2.1876-C71.780.41001.370.98=71.78+0.41r1.3776-D107.956.08000.700.92=107.95+6.08,0.7076-E144.5430.90000.420.98-144.54+30.90,0.4278-A74.140.05001.910.99-74.14+0.05,1.9178-B104.490.21001.600.96t=104.49+0.21r1.6078-C130.412.32001.020.99=130.41+2.32r1.0278-D203.8411.040 00.720.99-203.84+11.04,0.7278-E266.8765.890 00.470.94-266.87+65.89,0.4780-A127.400.004.42.760.99=127.40+0.004 4,2.7680-B155.380.51001.480.97=155.38+0.51,l14880-C192.503.37001.050.99T=192.50+3.37rl.0580-D314.778.82000.850.97=314.77+8.82,0.8s80-E352.4674.02000.450.96=352.46+74.02,0.45由表4 可以看出曲线拟合标准差均大于0.90，且除2 组数据外其余标准差均大于0.95，故拟合所得参数可信度较高。料浆流变曲线拟合所得屈服应力t。与表观黏度的变化与充填料浆固体质量分数及研石级配密切相关2 0-2 1，各组料浆屈服应力随质量分数变化折线如图3，各研石胶结充填料浆剪切速率-剪切应力曲线如图4。350A一BCDE3002502001501005040767880质量分数/%图3各组料浆屈服应力随质量分数变化折线图Fig.3Line chart of yield stress of each group ofslurrywith mass fraction由图3可以看出：对于相同研石级配的料浆，屈服应力随质量分数升高而增加，这是因为固体120Safety in Coal Mines2023年10 月Oct.2023No.10Vo1.54煤砺发全第54 卷第10 期450 76-A=36.45+0.006 1r2.3640076-B-t-56.35+0.014r2.18-76-Ct=71.78+0.41r1.373503002502001501005076-Dt-107.95+6.08r0.7076-E-144.54+30.90r0.42020406080100剪切速率/s-!（a）7 6%质量分数料浆1000-78-At74.14+0.05rl.9178-Bt-104.49+0.21r1.6080078-C-t-130.41+2.32rl.0260040020078-Dt-203.84+11.04r0.7278-EF-566.87+65.89r0.47020406080100剪切速率/s-1（b）7 8%质量分数料浆-80-A-127.70+0.004 4r2.761 000080-B-t-155.38+0.51rl.48-80-C一t-192.50+3.37rl.05m80060040020080-DT-314.77+8.82r0.8580-ET-352.46+74.01r0.45020406080100剪切速率/s-1（c）8 0%质量分数料浆图4各组料浆剪切速率-剪切应力曲线Fig.4Shear rate-shear stress curves ofeachgroupofslurry颗粒增多导致颗粒之间碰撞加剧且摩擦次数增多，从而造成料浆强度增加。料浆固体质量分数由76%增加至8 0%导致石级配为AE组对应料浆屈服应力净增加值分别为90.95、99.0 3、12 0.7 2、206.82、2 0 7.92 Pa，故随Talbot研石级配理论系数k值降低，即随细研率增加，料浆质量浓度对屈服应力影响程度增加。由图4 可以看出：相同质量分数料浆由A至E组剪切应力逐渐升高，也即细研率升高导致料浆强度升高；各浓度料浆AC组剪切速率-剪切应力曲线均下凹，且下凹程度逐渐降低，拟合方程中流态性能指数n大于1且逐渐降低，DE组曲线上凸且程度加深，流态性能指数n小于1并逐渐降低，这是由于粗骨料多在测试过程中惯性及碰撞作用强，加速搅拌过程中使其运动更困难，且颗粒间能量交换剧烈，故由A至E组粗骨料含量降低造成剪切增稠效果减弱，流态性能指数n降低2 2 2.3灰色关联度由各组充填料浆流变参数变化可以看出研石级配与充填料浆屈服应力密切相关，故采用灰色关联度法分析料浆屈服应力t。与骨料中各粒径研石占比的关系，从而得出各粒径研石颗粒对屈服应力的影响程度。灰色关联度分析法是考察各行因素之间微观或宏观的几何接近程度2 3，分析确定各因素之间影响程度或若干子因素对主因素贡献程度，最终求得所关注的某个项目受其他因素影响相对强弱。为研究料浆的屈服应力t。与研石集料各粒径占比间的关系，以屈服应力t。为母序列，各组研石集料中各粒径研石占比作为特征序列进行灰色关联度分析。由于参数之间量纲不同难以进行比较，故需对各序列参数进行归一化，其包括初值化与均质化2 种方法，如式（2)和式（3），均质化适用于参数没有明显升降规律的情况，初值化适用于数据存在明显升降关系。由于试验由AE 组级配石对应屈服应力to存在明显升降关系，故采用初值化将各指标数据量纲归一至1数量级附近便于后续计算，各参数进行量纲归一化的结果见表5。X;(k)y;(k)=f(x;(k)=(2)XXo;(k)yo;(k)=f(xo;(k)(3)Xo1式中：xoi(k)为不同质量分数充填料浆的屈服应力to对应的母序列，其中=1、2、3；k-1、2、5；x;(k)为不同石集料配比对应的特征序列，其中j=1、2、5，k=1、2、5;yo;(k)、y;(k)为序列参数对应的量纲归一化指标。根据式（4）式（7），分别计算序列与母序121SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月Vol.54煤防发全No.10第10 期第54 卷表5母序列及特征序列参数量纲统一化结果Table5Dimension unification results of mother sequence and characteristic sequence parameters母序列xo;(k)特征序列x;(k)组别x01(k)X02(k)x03(k)X1(k)X2(k)x3(k)x4(k)X5(k)A1.001.001.001.001.001.001.001.00B1.551.531.141.4010.002.441.200.84C1.971.761.511.9222.002.671.130.84D2.963.022.504.4832.002.671.000.52E3.973.602.776.4340.002.560.870.44注：x01、x 0 2、x 0 3分别为7 6%、7 8%、8 0%质量分数料浆届服应力归一值；x1、x 2、x 3、x 4、x 5分别为粒径 0.1mm、0.1 1mm、1 5m m 的颗粒占比归一值。列的绝对差、两级最大差、两级最小差及关联系数：Aijk=xo:(k)-x;(k)(4)Aimax=maxjmax;(Aijk)(5)Aimin=minjmin;(Ajk)(6)Aimin+pAimaxYijk(7)Aijk+pAimax式中：i为各特征序列参数与对应母序列xo:(k)的绝对差值；imax为对应母序列为xo:(k)的特征序列的两级最大差；imin为对应母序列为xoi(k)的特征序列的两级最小差；Yik为母序列xo(k)对应的特征序列关联系数；p为分辨系数，在0,1 取值，其值越小区分能力越强，通常取0.5。对各粒径对应的关联系数取平均值为，即为其在对应质量分数料浆上的关联度，其绝对值越大则表明料浆屈服应力t与该粒径关联程度越高，即该粒径研石颗粒对料浆屈服应力影响最明显关联系数计算结果见表6。各质量分数料浆粒径与屈服应力关联系数曲线如图5。表6 关联系数计算结果Table 6Correlation coefficient calculation results关联系数组别XinYXnYX.nYXinY2X2nY2X.nY2XinYXnY,X.nY,XinY4X2nYX.nY.XinY,X.nY,X.nY,A0.760.760.840.890.810.880.830.790.860.960.860.911.001.001.00B0.690.660.810.740.680.830.770.690.840.760.690.840.830.720.86C0.670.640.730.640.630.720.680.650.730.670.640.730.640.630.72D0.550.480.540.490.450.520.520.460.530.480.450.520.490.450.52E0.460.430.510.390.400.490.410.410.500.390.400.480.390.400.490.620.590.690.630.600.690.640.600.690.650.610.700.670.640.72注：X、X2、X,分别为7 6%、7 8%、8 0%质量分数料浆；Y、Y2、Y、Y4、Y,分别为料浆中 0.1mm、0.1 1mm、1 5mm颗粒质量占比。由表6 可以看出：在7 6%、7 8%、8 0%固体质量分数的胶结充填体中，粒径大于5mm的研石颗粒与料浆屈服应力t。的关联系数最高，这表明粒径大于5mm的研石颗粒对料浆屈服应力to影响最大；粒径小于0.1mm的研石颗粒与各质量分数料浆屈服应力t。关联系数最低，表明其对料浆屈服应力影响最小。由图5可以看出：7 6%、7 8%、8 0%固体质量分数的充填料浆随着粒径增大对应与屈服应力的关联系数呈现增加趋势，表明粒径越大的石颗粒对屈服应力影响越大，这主要是由于研石颗粒在料浆中可被水化产物包裹，粒径较小的石颗粒更易被包裹从而失去流动性，导致其对料浆剪切应力影响减弱，而粒径越大的砾石颗粒不易被完全包裹，故粒径大的研石颗粒对料浆屈服应力影响越强。8 0%固体质量分数料浆随粒径增大与屈服应力关联系数增速较缓，这是因为料浆固体质量分数过高时，质量分数对屈服应力的影响程度远大于骨料粒径对其影响2 4 。石在流变测试剪切过程中的状态如图6。122Safety in Coal MinesOct.20232023年10 月No.10Vol.54煤防发全第54 卷第10 期0.720.6976%0.66一7 8%一8 0%0.630.60(0,0.1)0.1,11,2.52.5,5(5,8)粒径范围/mm图5各质量分数料浆粒径与屈服应力关联系数曲线Fig.5Correlation coefficient curves of particle size andyield stress of eachfraction浆板运动研石颗粒运动流变仪桨板颗粒运动颗粒颗粒运动碰撞颗粒运动浆板运动絮状产物包裹图6研石在流变测试剪切过程中的状态Fig.6State of gangue in shearing process of rheological test2.4时间效应对充填料浆流变性的影响石充填料浆需拌合后通过管道输送至采空区充填，在料浆遇水拌合过程水分子会与集料中的活性物质反应并有部分蒸发造成充填料浆中含水量改变2 5，且集料中活性物质水化造成料浆结构及强度发生改变，因而充填料浆流变性质受时间效应的影响，导致充填过程中料浆在管道中流动状态及料浆在采空区中的堆积形态产生变化，故需进行时间效应对料浆流变性质影响分析。由2.3节可知高质量分数料浆屈服应力与研石颗粒级配相关性较低，故选取7 6%质量分数各研石级配的料浆进行时间对充填料浆流变特性影响分析，首先按照表2 中7 6%固体质量分数的配比分别称取7 6-A、7 6-B、7 6-C、7 6-D、7 6-E 5种集料进行拌合，完成后对5种料浆分别静置0、10、30、50、7 0、90 m i n 并测量流变曲线，对测得流变曲线使用H-B模型进行拟合，得出的充填料浆不同静置时间的流变参数变化见表7。表7 776%质量分数料浆静置不同时间流变拟合参数Table 7 Rheological fitting parameters of 76%concentration slurry at different standing time编号时间/minto/Pak/(Pas)nR024.3033.1310-42.9550.9911026.5652.9610-42.9570.9943028.7051.97104.3.0490.99176-A5036.3854.191042.9040.9907036.4053.2110-42.9660.9909037.7531.561043.1230.991052.0930.1061.6270.9961055.8130.1881.5010.9983058.4390.2681.4410.99676-C5060.7410.3671.3750.9937069.3810.2121.4910.9959071.2520.2461.4670.9950164.43037.7810.2890.94410185.28543.3350.3330.95130204.82629.0760.3940.95776-E50206.68720.6390.5070.96570244.17516.2870.4870.96490258.01116.5900.5470.979033.9530.00862.1850.9951035.4630.1311.5450.9873045.1600.0192.0360.98876-B5049.3750.0212.0230.9947053.0980.0192.0310.9909056.2950.0172.0620.9950107.1976.0810.7020.92210132.8150.4381.3500.97230149.6470.0821.7850.97576-D50155.9072.3510.9600.94770158.9360.1441.171.0.96690170.9380.1151.6600.966由表7 可以看出：拟合所得标准差均大于0.94，故拟合结果较可靠。76%质量分数各组料浆屈服应力随时间变化如图7。123SafetyinCoalMinesOct.20232023年10 月Vol.54No.10第10 期煤防发全第54 卷30076-A76-B25076-C76-D76-E2001501005001030507090时间/min图776%质量分数各组料浆屈服应力随时间变化图Fig.7Variation of yield stress of 76%concentrationslurry with time由图7 可以看出，各组料浆在静置90 min时间内，7 6-E组料浆屈服应力最高，新拌0 min时为16 4.4 30 Pa,76-A组料浆屈服应力最低，新拌0min时为2 4.30 3Pa；各组充填料浆随放置时间增长屈服应力升高，这主要是由于料浆内絮网状产物总量随着水化时间增长而增加，提升料浆屈服应力；相同静置时间下不同骨料级配的料浆屈服应力也各不相同，由AE组料浆应力逐渐升高，在 O min 时由 AB、B C、C D、D E 组屈服应力净增量分别为9.6 50、18.139、55.10 4、57.2 33Pa，这主要是因为随着细颗粒含量增多，生成具有抵抗机械破坏力的絮网状胶凝产物数量多。可以看出前4 组充填料浆屈服应力重新拌0min到静置50 min，A D 组分别增加了10.38 6、13.848、14.7 31、4 2.4 50 Pa，50 90 m i n 内屈服应力增速降缓，由50 min到90 min分别增加1.36 8、6.920、10.511、15.0 31Pa；显著低于在0 50 min内屈服应力增加量，这主要是由于胶结充填体在前期水化反应较为强烈，生成大量絮网状产物，快速提升料浆强度，后期絮网状产物生成速度降低，强度增加减缓。2.5充填体流态随剪切速率变化特征料浆在管道输送中存在层流及紊流2 种流态，用雷诺数可表征，受管径、流速等因素影响。流体为层流状态时，黏性力对流体流动特征影响较大，流体流动稳定，管内形成以为轴心的层状近似圆环，环与环之间互不干涉且流速递减，管道壁面处流速最小；流体为紊流状态时，惯性力对流体流动特征起决定作用，流体流动较不稳定。uDpRe:(8)n式中：Re为雷诺数；u为料浆流速，m/s；D为管道直径，m；p 为料浆密度，kg/m；n 为料浆黏度系数，PaS。76%质量分数不同静置时间料浆剪切速率-应力曲线如图8。由图8 可以看出：料浆剪切应力随静置时间增长而升高，且时间对D、E 组料浆剪切应力-剪切速率曲线影响明显大于对A、B、C组料浆的影响程度。当剪切速率小于某一临界剪切速率时，料浆处于层流状态，此段所有料浆流态性能指数均小于1，料浆表现为有屈服应力的伪塑性流体2 6 ;当剪切速率大于临界剪切速率，料浆处于紊流状态，此段料浆性质随着研石级配变化呈现不同的特征：Talbot级配理论系数较大时即大研石颗粒含量较多时后段紊流阶段剪切应力上升较速率较快曲线呈下凹型，流态性能指数n大于1，呈现膨胀性流体；随着细粒径研石颗粒含量增多，紊流段剪切应力增速减缓，曲线逐渐转为凸型，紊流段流态性能指数n降低，成为有屈服应力为伪塑性流体，也即大颗粒含量多则紊流段剪切膨胀效果强，这与2.2 节中各质量分数各组料浆剪切增稠变化规律相同。76%质量分数不同静置时间料浆剪切速率-表观黏度曲线如图9。由9可以看出：对于同组料浆，静置时间越长的料浆表观黏度越高；同一固体质量浓度料浆静置相同时间，骨料细研率高的料浆表观黏度高。由图9中画出的各临界剪切速率点可以看出：当剪切速率小于临界剪切速率时，表观黏度随剪切速率升高而降低，料浆呈现为剪切稀化流体，主要原因是由于前期剪切速率较低，料浆新拌形成的絮网状结构在剪切作用下逐渐被破坏，且体系中粒径在微米以下的颗粒物质产生Brown运动造成固体颗粒之间的排斥力增加，在测试的剪切作用下颗粒相互排斥形成了最利于流体运动的层状结构，最终料浆产生剪切变稀的现象2 7-2 8；剪切速率大于临界剪切速率即紊流状态时，表观黏度随剪切速率增加而升高，料浆呈现剪切增稠流体，出现此情况首先对于粒径较小的研石，当流体流速超过限度后，流动中的细小固体颗粒暂时聚集呈颗粒团簇，使得料浆出现剪切增稠现象2 9；对于粒径较大的颗粒随着剪切速率增加，颗粒间碰124Safety in Coal Mines2023年10 月Oct.2023No.10Vol.54第54 卷第10 期350T300-0 min一-10 min-30 min50 min 70 min 90 min250层流阶段紊流阶段层流阶段流阶段200150100分段点分段点临界速率50临界剪切速率0剪切速率020406080100剪切速率/s-1（a）充填料浆剪切速率-应力关系曲线(b)76-A组料浆350350300-0min10 min 30 min300-0min10 min 30 min50 min 70 min 90 min50 min 70 min 90 min250层流阶段流阶段250层流阶段素流阶段200200150150分段点100100分段点临界剪切速率5050临界剪切速率020406080100020406080100剪切速率/s-1剪切速率/s-1(c)76-B组料浆(d)76-C 组料浆5006000 min10 min 一一30 min-0min一10 min一30 min50 min70 min90 min500一40050 min 70 min 90 min分段点400300临界剪切速率300200分段点200临界剪切速率111100层流阶段流阶段100层流阶段紊流阶段020406080100020406080100剪切速率/s-1剪切速率/s-1(e)76-D组料浆(f)76-E组料浆图8 7 6%质量分数不同静置时间料浆剪切速率-应力曲线Fig.8Shear rate-stress curves of 76%concentration at different standing time撞次数增加，且颗粒碰撞产生的动量交换增加，造成表观上的剪切增稠现象30 。各组料浆临界剪切速率见表8。由表8 可以看出：同组料浆临界剪切速率随静置时间增长升高。若流体需进人紊流状态，则雷诺数达到临界雷诺数，此时所需剪切速率如式(9)。Re:%=(9)Dp式中：为临界剪切速率；Rec为临界雷诺数。由图9可以看出，同组料浆静置时间长则表观黏度升高，且同组料浆管径及料浆密度等条件不变，代人式(8)可知料浆临界剪切速率随其黏度125SafetyinCoal MinesOct.20232023年10 月煤防发全Vol.54No.10第10 期第54 卷25-0min-10min30min2050 min 70 min 90 min(S.）/层流阶段紊流阶段15层流阶段紊流阶段10临界速率分段点5204060801000剪切速率剪切速率/s-1（a）充填料浆剪切速率-表观黏度曲线(b)76-A组料浆304035-0min 10min30min250 min10 min 30 min50 min 70 min 90 min50min70min90min30(s.)/20(s.ed)层流阶段流阶段25层流阶段素流阶段152015101055020406080100020406080100剪切速率/s-1剪切速率/s-1(c)76-B 组料浆(d)76-C组料浆601000 min 10 min 30 min0 min 10 min 30 min5050 min 70 min90 min8050 min 70 min 90 min111Ss）/406030层流阶段流阶段层流阶段索流阶段40202010020406080100020406080100剪切速率/s-1剪切速率/s-1(e)76-D 组料浆(f)76-E组料浆图97 6%质量分数不同静置时间料浆剪切速率-表观黏度曲线Fig.9Shear rate-apparent viscosity curves of 76%concentration at different standing time表8 各组料浆临界剪切速率Table 8Critical shear rate of each group of slurry临界剪切速率/s-!时间/min76-A76-B76-C76-D76-E043.6354.9336.4863.3169.371045.9756.7937.9364.7270.933047.0758.1341.2766.4272.575048.6360.4643.8368.0674.227049.2861.4844.7969.2178.059050.3762.5145.9172.9981.88系数增加而增加，故料浆静置时间增长则临界剪切速率升高3结语1)对砾石胶结充填料浆剪切应力-速率曲线进行H-B模型拟合，料浆屈服应力随着质量分数增加而增加；质量分数相同的料浆随细研率上升屈126Safetyin Coal Mines2023年10 月Oct.2023第54 卷No.10Vo1.54煤防发全第10 期服应力增加，曲线由下凹型转为上凸型，流态性能指数降低。2)对不同Talbot级配下各级研石占比与料浆屈服应力进行灰色关联度分析，表明同一质量分数下屈服应力与粒径占比的关联系数随研石粒径增加而增加；不同质量分数下，关联系数随质量分数增加先降低后增加。3)对不同静置时间研石充填料浆流变特性进行分析，料浆屈服应力及黏度随静置时间增加而增加，且时间效应对k值低的料浆屈服应力影响更强；同一质量分数同一级配料浆在0 50 min屈服应力增速最快，增幅为4 2.4 5Pa，50 90 m i n 料浆屈服应力增速减慢，增幅为15.0 3Pa。4)不同静置时间料浆流变曲线均存在层流-紊流转换阶段的临界剪切速率；同一质量分数同一级配料浆临界剪切速率随静置时间增加而增加。参考文献(References):1肖博，李永亮，王宇轩，等.石基新型固体充填材料配比优化试验研究J.煤矿安全，2 0 2 2,53(3)：7 5-8 3.XIAO Bo,LI Yongliang,WANG Yuxuan,et al.Experi-mental study on proportion optimization of ganguebased new solid filling materialsJ.Safety in CoalMines,2022,53(3):75-83.2刘浪，王双明，朱梦博.基于功能性充填的CO,储库构筑与封存方法探索J.煤炭学报，2 0 2 2,4 7(3)：10 7 2-1086.LIU Lang,WANG Shuangming,ZHU Mengbo,et al.CO,storage-cavern construction and storage methodbased on functional backfillJ.Journal of China CoalSociety,2022,47(3):