中国安全科学学报

作者：何文, 卢博凯, 石文芳, 祝思雨, 刘金朋

单位：1 江西理工大学 资源与环境工程学院,江西 赣州 341000；2 江西理工大学 战略金属矿产资源低碳加工与利用江西省重点实验室, 江西 赣州 341000；3 江西理工大学 应急管理与安全工程学院,江西 赣州 341000

关键词：超声空化,细粒尾矿,增渗,渗透系数,数值模拟,孔隙,核磁共振

基金：国家自然科学基金资助(51604127); 国家自然科学基金资助(52104085); 赣州市科技计划项目(202101094905)

针对细粒尾矿的渗透性较弱,容易导致尾矿坝浸润线抬升和降低尾矿坝安全系数的问题,提出采用超声空化的方法改善尾矿的渗透性。首先,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟空化泡溃灭的过程;然后,根据空化阈值和换能器的声压计算结果选定试验使用的换能器,频率范围为20~40 kHz,功率为60 W,并通过染色试验证实尾矿试样中存在超声空化效应;最后,使用自制变水头渗透仪与选定的换能器,针对不同细粒含量的尾矿试样,开展超声增渗试验,并利用核磁共振仪检测增渗前后试样的孔隙结构变化。研究结果表明:得到的空化泡半径变化曲线与R-P方程拟合曲线吻合度较高,证明模拟结果的有效性;当气泡直径大于50 μm时,低频超声的空化效果更好,当气泡直径小于25 μm时,高频超声的空化效果更佳;细粒含量相同时,尾矿试样的渗透系数增长率随超声的频率增大而增加;超声频率相同时,细粒含量多的尾矿试样渗透系数增长率更高;超声作用后,尾矿试样中0~10 μm的孔隙占比降低,降幅随频率的增加而增加;10~20 μm的孔隙占比变化趋势不明显;20~40 μm的孔隙占比增加,增幅随频率的增加而增加;>40 μm的孔隙占比增长较少。对于不同孔隙占比的尾矿,施加相应频率的超声信号可获得更显著的增渗效果。

来源：2024年第5期

《中国安全科学学报》期刊编辑部

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