本发明涉及一种废石-尾砂高浓度充填料浆屈服应力预测模型的建立方法及应用，属于充填采矿技术领域。
背景技术：
矿产资源开发利用过程中产生的煤矸石、废石、尾砂和冶炼渣已成为我国排放量最大的工业废弃物，占固体废弃物总量的85％左右，而这些废石、尾砂若不被处理，将对环境造成污染。矿山废石-尾砂高浓度充填采矿工艺是解决矿山废尾排放的最有效途径，也是实现绿色采矿的主体支撑技术之一。在充填料浆中添加废石(戈壁砂)等固体废料可使同等水泥用量下充填体强度得到显著提高；在同等强度下，可以减少水泥用量进而降低成本。且高浓度充填料浆具备不离析、不沉淀，采场脱水量少(甚至不脱水)，充填体强度增长迅速，充填质量好，充填效率高，充填成本低等优点。
屈服应力作为充填料浆的流变参数，是表征料浆流动性与工作性的重要参数，它的获取可以为矿山充填系统设计及制备提供必要的基础。屈服应力的大小又直接影响后续管道输送材料的选取，准确的判定料浆流变参数对指导工程设计和应用具有重要意义。确定屈服应力的方式，一般是通过工业实验或流变实验，测得不同水泥量不同质量浓度以及不同配比下的料浆，进而获取流变曲线确定屈服应力，但全部进行实验，工作量大且容易受人为操作等因素干扰，在实际生产应用中具有一定的局限性。
目前国内外对于屈服应力预测的研究主要有是：(1)针对混凝土，新拌混凝土提出的预测模型；(2)应用坍落度与屈服应力的关系建立的预测模型，误差较大；(3)针对全尾砂的膏体料浆建立屈服应力预测模型。
综上可知，废石-尾砂高浓度料浆的屈服应力模型尚未见详细报道。因此需要深入研究废石-尾砂高浓度料浆的流变特性，为矿山企业大量固体废料(主要包括废石和尾砂)充填应用提供理论和技术支撑。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种废石-尾砂高浓度充填料浆屈服应力预测模型的建立方法及应用，针对目前还没有废石-尾砂的高浓度充填料浆屈服应力预测模型，建立屈服应力预测模型，将屈服应力的影响因素全面考虑进去，减少预测模型的误差，解决现有技术的不足，可以减少工程实验后室内试验的实验次数，迅速预测出料浆的屈服应力，以便后续管道充填系统设计及制备提供必要的准确参数。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种废石-尾砂高浓度充填料浆屈服应力预测模型的建立方法，该方法的步骤如下：
a、充填料浆的状态分为牛顿流、结构流、柱塞流；
高浓度料浆属于结构流，其应具备以下条件：
首先确定充填料浆为高浓度状态；
粗骨料管输充填料浆高浓度的判定标准为：在静置一定时间后保持不分层的充填料浆所对应的浓度即为高浓度，在此条件下，料浆中的颗粒没有自由沉降只有压缩过程，只有间隙减小和体积收缩，没有粗颗粒的分选沉降，料浆表面无水泥浆层，泌水量极少，料浆表面有明显的粗骨料，料浆不分层基本无离析；满足式(1)
式中：vw--水的体积；v堆--混合料的堆积体积，混合料中含有水泥；v实--混合料的密实体积；
b、根据高浓度条件确定符合条件的废石-尾砂配比，质量浓度的变化范围和水泥添加量的变化范围，对所需充填采矿的矿山进行流变的基础试验，通过改变骨料的添加量、水泥的添加量和水量，测得各条件下流变曲线，所测得的数据不得少于50组；
c、将步骤b测得的所有流变曲线应用h-b进行回归得到流变参数；
d、加有废石/戈壁砂的料浆中粗粒料之间存在明显的啮合现象，同时由于浆体中一定数量的细颗粒在静止状态下会形成具有一定刚度的结构，产生内聚力，能抵抗一定的剪切作用，形成剪切屈服应力：τ0；
当剪切外力小于τ0时，浆体不会发生流动；当剪切外力大于τ0时，浆体开始发生塑性流动；
屈服应力特性根据流变回归结果表明，在满足高浓度条件下，屈服应力随着水泥量、质量浓度和废尾比的变化呈现出不同的变化规律，为了研究充填料浆流变参数影响因素的主次关系以及屈服应力随影响因素的变化规律，采用灰色关联理论对其影响因素—充填料浆浓度、水泥添加量及废石与分级尾砂之比，其简称为废尾比，进行关联排序；
e、关联分析的结果表明料浆，从上述分析中可以看出屈服应力与料浆中水的含量、水泥量、骨料的多少，散体级配都存在着密切的关系，缺一不可；
f、将各影响因素引用具体的来表征，e中各因素反映的是固体含量、颗粒级配以及水泥含量等物料特性之间的差异.固体含量用质量分数及体积分数两种指标进行描述，相比之下体积分数可同时表征颗粒密度的影响，使研究结果更具普适性，体积分数表征了组成料浆的散体颗粒在流场作用下的分布特征；堆积密实度φ反映了散体颗粒级配的固有属性；通过构建系数cv/φ，将级配的概念由散体扩展到了料浆状态，表示在单位料浆体积内固体颗粒的密实度占最大密实度的比例，反映了当前体积分数达到物料级配极限状态的程度，综合反映了散体和流体的特征。料浆中水的多少以及水的结构直接影响料浆的屈服应力；而水泥的掺入相当于增加了物料中的细颗粒含量，间接影响絮网结果，水泥量的多少也同样起着作用，且水与水泥之间存在水化反应，水与水泥的影响综合使用水泥浆的体积：cwc来表示。
g、通过d、e、f步骤可知，屈服应力主要影响因素用cv/φ以及cwc来表征；
h、通过g中确定的影响参数，通过c步骤中的屈服应力与料浆基本参数的相关性，建立屈服应力与cv/φ以及与cwc的关系；
通过统计分析发现屈服应力随cwc呈指数形式增长，cv/φ函数与屈服应力之间存在幂函数关系；
为表现不同因素与屈服应力的关系，同时实现屈服应力的简明预测，提出了废石-尾砂高浓度充填料浆屈服应力计算模型，式(2):
式中τ0--屈服应力pa；cwc--水泥浆体积；cv--骨料体积浓度；φ--骨料堆积密实度；α、b--实验常数；
i、在回归分析中，创建自定义函数，采用三因素回归分析法对b/c中实验数据相关数据代入进行回归得到系数α，b。
进一步的，步骤f中：固体含量用质量分数及体积分数为cv；
体积分数大小表示散体特征和流体特征占主导的程度，同时在流体应力、静电作用力、孔隙水压力作用下，散体特征与流体特征之间存在复杂的交互关系，体积分数是固液作用平衡关系的综合表征，反映了散体在流体中的综合作用：
堆积密实度为φ，当采用不同的物料配置料浆时，所反映的级配条件也不同，这也是在相同含量下，不同料浆流变特征千差万别的主要原因之一。
废石-尾砂高浓度充填料浆屈服应力预测模型的建立方法在矿产资源开发利用中的应用。
本发明与现有技术相比，其有益效果为:
(1)减少了为获取流变参数而进行的大量工业实验以及室内试验，减少成本和人力物力，同时具有精度较高的屈服应力预测效果。
(2)在选择充填材料相同的情况下，无需进行多次实验，即可计算出满足高浓度要求的不同充填料浆参数，节约了一个实验周期的时间，因此，实验成本也随之降低，大大提高了的工作效率，
(3)模型考虑因素全面，且结构简单，应用起来方面，为后续管道设计提供了准确的保证。
比起通过分析大量实验数据，结合实践经验而计算出屈服应力的方法，此模型能更为精确的预测出屈服应力，从而大大降低充填成本。本发明方法可以计算任意配比下的屈服应力值，冲破了现有方法的局限性，易于推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明：
下面结合例详述本发明：以铜矿实验为基础，实验中选用材料为废石及分级尾矿，实验测定废石破碎集料的密度为2815kg/m3，堆集密实度为0.554，分级尾砂的密度为2897kg/m3，堆集密实度为0.506，预测其屈服应力数值。采用最优配比范围内的一个比例废石尾砂6：4做作为充填骨料中一种，水泥为胶结剂，设计出满足条件的充填料流变实验方案。
步骤1、所需充填料浆必须保证为高浓度料浆，同时满足判定条件：
步骤2、对于满足条件的充填料浆，首先确定如下参数值，骨料堆集密实度，骨料体积浓度，以及质量浓度与水泥添加量；
步骤3、对满足要求的料浆组合进行流变实验基础试验，测得各条件下流变曲线，所测得的数据不得少于20个，见表1：
表1实验方案表
步骤4，获得流变曲线经过h-b模型回归分析得到相应的屈服应力值，列于表2
表2：参数表
步骤5：将表中的数据及相应的已确定的条件代入到式(2)中进行回归拟合，
直至结果收敛。得到参数a＝45.588，b＝5.48，则式(8)此时可表示为
拟合结果分析如表3：
表3：分析结果
回归方程的显著性f＝8107.4>f0.995(2，36)＝6.19，属高度显著。.将上式作为料浆屈服应力预测模型；
步骤6：在废石、尾砂基础条件不变的情况进行其他优先配比下废石-尾砂5:5，7:3等配比下的屈服应力预测、预测结果与实际测量对比结果见表4：
表4：结果对比表
以上反应了预测结果与实际测量结果的比较，误差在10％以内大道工业实际生产应用标准。
本发明综合考虑了了料浆的各种影响因素来预测屈服应力，预测方法简单，预测精度高。该方法在技能达到采矿工艺所要求，又能预测出满足矿山对充填料浆输送条件的参数，比起直接通过实验和经验计算的方法可直接节约充填实验成本。且，在选择充填材料相同的情况下，只需测算一种配比下的关系曲线，即可对不同要求下的充填料进行快速的预测。无需重复试验，大大提高了效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。