井下采空区全尾砂充填材料试验研究

银鑫矿经过多年开采,井下形成较大采空区,为充填治理井下采空区,需要进行实验室充填材料试验。通过进行流动性和强度试验,并在室内和矿山井下采场中进行养护,优选得到最佳的充填料浆质量浓度和材料配比,确定了银鑫矿的充填工艺。结果表明,使用胶固粉G料作为胶凝材料,74%质量浓度、灰砂比1∶10可以达到3 d强度1 MPa以上;74%质量浓度、灰砂比1∶6可以达到28 d强度4 MPa以上,银鑫矿充填料浆在其井下采场条件下,充填体的强度明显降低,采场中的充填体强度只有室内试验试块强度的80%左右。     

某金矿合理级配尾砂膏体充填体强度研究与试验

尾砂级配为影响膏体充填体强度力学性质的主要因素之一。配制8组不同颗粒级配的尾砂试样,在实验室中进行标准养护条件下和井下养护条件下充填体抗压强度的试验测试,对比分析尾砂级配对充填体强度的影响,并到井下采场进行试验验证。试验结果表明:在一定范围内,随着尾砂中+150μm含量的增加,配制的充填料浆形成的充填体强度先增大后降低。优化组合后的合理级配尾砂制备成的膏体充填料浆在同等条件下充填体强度最高。试验数据可为该矿膏体充填工艺流程选择提供参考。     

高阶段胶结充填体强度的变化规律

根据企业降本增效要求,矿山使用的充填胶结材料由原来的P.C32.5标号水泥改为新型胶结材料--胶固粉。按照设计要求的充填配比,发现地表实验室料浆试块和井下充填体取芯的强度存在很大差异。在-400 m中段的14-1#和10-3#充填采场中,提取不同深度的地表实验室和井下充填体的岩芯,分析2种胶结材料在不同养护条件下所对应的强度变化规律。对于水泥充填的采场,充填体取芯的强度要比实验室试块的强度高1.8 MPa以上;对于胶固粉充填的采场,灰砂比分别为1∶4、1∶5、1∶6时充填体取芯的强度要比实验室试块强度高2.0、1.35和0.7 MPa以上,且随着充填灰砂比的降低而降低。研究结果为进一步优化充填灰砂比提供了可靠的依据,进而可减少充填材料的消耗,降低充填成本。     

毛坪矿充填体流变特性与强度影响规律实验研究

毛坪矿采用机械化下向水平进路充填法开采,为保证充填料的顺利运输和充填体强度满足下向水平进路法开采的要求,通过试验对充填浆料流变参数特性及充填体强度影响规律进行研究。结果表明:充填料浆各流变参数之间存在一定的相关性,充填料浆浓度越高,其坍落度越小;灰砂比为1∶4的充填体试块的抗压强度在各个龄期明显高于灰砂比为1∶8的充填体试块的抗压强度,并得出充填体试块强度与龄期的拟合关系式;充填体强度在地表环境和井下自然环境下存在较大差异;经过饱水处理的充填体,较前两种养护条件,强度值下降更加明显,体现出矿井水、地温等井下环境条件对充填体质量的劣化影响。     

安庆铜矿分级尾砂胶凝材料配比试验及应用研究

根据安庆铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了分级尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。结果表明:在灰砂比为1∶10、质量浓度为70%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的1.9倍。通过数值模拟方法,计算典型一步骤采场充填体的实际强度需求为1.525 MPa,并在此基础上推荐充填浓度不低于70%,新型胶凝材料与分级尾砂比为1∶10进行工业充填试验。采场充填体现场取样测试结果表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.01 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求,胶凝材料用量降低了21.8%,从而节约了充填成本。     

尾砂胶结充填体强度影响因素正交分析

大尹格庄金矿2#矿深部矿体采用尾砂胶结充填采矿法回采,为了确定合适的配合比,对不同尾砂的充填体试块进行单轴抗压强度试验,得到不同养护条件下充填体试块的单轴抗压强度,从而得出料浆浓度、灰砂比、养护龄期对充填体试块强度的影响规律。通过正交分析确定了充填体试块强度的主要影响因素。试验研究结论可靠,为大尹格庄金矿充填采矿法的实施提供了依据,同时也对其他矿山充填设计具有一定的指导和参考作用。     

应力养护条件下充填体强度演化试验研究

针对常规室内充填试验无法模拟充填采场原位环境和多因素对充填体强度发展的影响,无法获得与工程环境相匹配的充填体强度及材料配比参数的问题,利用充填体多场耦合养护试验仪,模拟试验深部应力条件下充填体强度的演化规律.研究发现:充填体的强度随着养护应力的增加而增加,养护应力对充填体后期强度的影响明显大于对其早期强度的影响;带压养护和常规养护方式下的相同配比的充填体其强度相差较大,养护１４d时,带压养护比常规养护充填体强度高１５．４％;带压养护条件下影响充填体强度发展的主要因素是孔隙水和养护应力.     

全尾砂充填新型胶凝材料在铜山铜矿的应用研究

根据铜山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。在研究全尾砂基本物理力学性质的基础上,采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:新型胶凝材料不仅成本低于水泥,而且胶结强度高,在灰砂比1:8、浓度68%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块抗压强度的8.2倍。因此,推荐充填料浆浓度68%～70%,新型胶凝材料与全尾砂比为1:8进行工业充填试验。采场充填体现场钻孔取样表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.85 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求。     

深井矿山充填体强度分布规律研究

针对深井矿山采场充填的实际情况,充填料浆复杂的流动沉积及离析作用,致使充填体表现出极大强度分布的不均匀性。为此,进行了实验室尾砂胶结充填模拟试验,研究原位充填体的强度与实验室标准试块强度的差异,得出了采场尾砂胶结充填体强度分布规律。在此基础上,对采场充填体强度分布划分为强度增强区和强度减弱区,可改进二步骤回采的深井矿山采场充填管路布置方式,以指导矿山生产实践。     

铜绿山矿新型胶结充填材料工业化试验研究

随着铜绿山矿采矿强度的提高,井下采场回采时间相应缩短,导致水泥尾砂胶结充填技术存在的强度不达标、养护时间长等问题越来越突出,越来越难以满足生产进度要求。胶凝材料是提高充填质量的重要因素,为解决水泥胶结充填与高强度生产之间的矛盾,开展了新型胶结充填材料工业化试验研究,通过对比分析普通水泥充填料和新型尾砂胶固料井下全胶结充填体各期试样(3, 7, 28 d)的强度,表明在相同成本条件下,华重新型尾砂胶固料充填体相比原有水泥充填体在强度、性能等方面均有较大优势,能够满足铜绿山矿井下采场充填技术标准要求。     

尾砂胶结充填体在多因素影响下的强度试验研究

为了研究卤水对尾砂胶结充填体强度的影响规律,开展了不同养护龄期、不同搅拌水、不同灰砂比条件下的充填体的强度试验。试验结果显示:充填体试块强度与养护龄期呈乘幂函数关系;卤水会提高充填体的早期强度(7d),但会降低充填体的长期强度(7～28d);通过对充填体强度影响因素极差分析,得出养护龄期为影响充填体强度的主要因素。     

安庆铜矿土壤固化剂固结尾砂充填试验应用研究

以HAS土壤固化剂取代水泥做尾砂充填胶凝材料为研究对象,分析HAS土壤固化剂对尾砂的固结机理。在不改变现有尾砂充填站生产工艺和尾砂浆体浓度的前提下,分别按不同的灰砂比进行2次现场试块的取样制模、料浆浓度检测和现场充填体钻芯取样检测中试试验。结果表明:HAS土壤固化剂在相同配合比、浓度条件下,室内试验试块强度比水泥提高近1倍,同时在相同浓度、不同配合比条件下,井下充填体强度和材料成本均明显优于水泥,而且在相同掺量条件下,充填体水化热仅为水泥的60%,改善了井下施工作业环境。该试验表明安庆铜矿采用HAS土壤固化剂作为井下充填胶凝材料,符合其井下充填生产安全和技术经济要求。     

甲玛铜矿胶结充填体低温水化特征及其强度规律

针对甲玛矿充填用尾砂,在5℃条件下养护充填试块,开展了室内单轴抗压强度测试,对比20℃标准养护条件下充填体试块,开展了单轴抗压强度测试,结合测试结果开展了扫描电子显微镜(SEM),分析了低温条件下充填体水化反应微观特征及其宏观强度规律。结果表明:低温充填体强度受温度影响明显,低温充填体内部水化产物晶格较小,分布离散,孔隙度大,宏观强度折减随水泥含量增加而增大,在砂灰比4～10范围内,强度折减在8%～28%之间。     

胶结充填体低温水化特征及其强度规律

针对甲玛矿充填用尾砂,在5℃条件下养护充填试块,开展了室内单轴抗压强度测试,对比20℃标准养护条件下充填体试块,开展了单轴抗压强度测试,结合测试结果开展了扫描电子显微镜（SEM）,分析了低温条件下充填体水化反应微观特征及其宏观强度规律,结果表明,低温充填体强度受温度影响明显,低温充填体内部水化产物晶格较小,分布离散,孔隙度大,宏观强度折减随水泥含量增加而增大,在砂灰比10～4范围,强度折减8%至28%。     

基于正交试验的全尾砂胶结充填配比方案优化

为获得全尾砂胶结充填最优配比,降低矿山充填成本,保证空区稳定,以全尾砂胶结充填体试块为研究对象,试块的单轴抗压强度为指标,综合考虑充填体强度的影响因素,采用正交试验开展研究,并运用极差和方差分析法对充填体强度影响因素的敏感性和显著性进行分析。研究表明:试验最优配比方案为浓度75%,灰砂比1∶6,养护龄期28 d;影响试块的敏感性顺序是养护龄期灰砂比浓度;养护龄期对充填体强度的影响最显著。因此,矿山在生产实际中要保证充填体的养护时间。     

胶结充填体强度敏感性分析及灰砂比优化

以李楼铁矿尾砂为原材料,采用水泥作为胶结材料,制作尾砂胶结充填体,进行尾砂基本物理化学参数和单轴抗压强度的测定。研究了尾砂胶结充填体强度与料浆浓度、灰砂比及养护龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析。胶结充填体强度随着料浆浓度的增加呈线性增长,随灰砂比和养护龄期的增长呈指数增长。胶结充填体对灰砂比的敏感性最高,养护龄期次之,料浆浓度最低。在工程应用中,对6个大型充填采场的胶结充填体取芯强度进行分析,采场取芯强度比实验室试块强度高1.59 MPa,在满足采场不同段高强度的基础上,20～50 m部位充填配比由1∶6降为1∶8,进而降低充填成本。     

卤水对尾砂胶结充填体的强度影响试验研究

为了研究卤水对尾砂胶结充填体强度的影响规律,开展了不同养护龄期、不同搅拌水、不同灰砂比条件下的充填体的强度试验,试验结果显示：充填体试块强度与养护龄期呈乘幂函数关系： 。卤水会提高充填体的早期强度(7d),但会降低充填体的长期强度(7d~28d)。通过对充填体强度影响因素极差分析,养护龄期为影响充填体强度的主要因素。     

某铁矿胶固粉与水泥胶结充填体强度对比试验

针对某铁矿的充填胶凝材料选择和配比参数设计,开展了全尾砂胶固粉胶结充填体与水泥胶结充填体的强度对比试验。先考察全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法设计试验,测试了不同灰砂比、不同质量浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果显示：该铁矿山全尾砂的加权平均粒径为d_av=0.21 mm,大于0.074 mm的尾砂占53.82%,全尾砂较粗;灰砂比1∶10、浓度70%、28 d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.13 MPa,相同条件下胶固粉胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的2.33倍即2.63 MPa;胶固粉胶结试块强度平均是水泥胶结试块的2.93倍即2.79 MPa。水泥胶结试块不仅强度相对较低,而且增大灰砂比,其强度增长率小于胶固粉胶结试块;降低灰砂比,水泥胶结试块强度不稳定。以上结果表明胶固粉的胶结强度高,成本也低于水泥,是较优的胶凝材料。     

高浓度全尾砂结构流胶结充填材料试验研究

对中钢集团山东矿业有限公司进行了充填材料试验研究,以确定合理的充填料浆制备输送参数及充填料配比,实现高浓度尾砂结构流胶结充填工艺。研究结果表明:该公司采场充填尾砂粒级分布较好、级配较均匀,尾砂沉降速度较快;水泥-尾砂充填料浆制备输送浓度为68%~72%时的管道流动输送性能较好,保水性能良好,基本不产生离析、沉降等不良现象;不同灰砂比的充填试块凝固硬化正常,后期强度增长稳定,试块强度总体较好,在一定条件下,多加水泥提高料浆浓度有利于充填体强度的提高。     

吴庄铁矿盘区间柱回采优化研究

基于吴庄铁矿盘间柱宽度不确定性、两侧均为充填体且高度大的现状，为安全高效回采盘区间柱，制定了盘区间柱两侧采场充填体取芯设计方案，并对充填体进行制样，进行了实验室试块抗压强度试验。试验结果表明：一步骤采场（矿柱）充填体强度整体符合设计强度要求，二步采场充填体强度整体偏低，盘区间柱宽度较设计变化较大，宽度极其不规整，整体呈上窄下宽的规律。鉴于盘区间柱宽度不规则、二步骤采场充填体强度低于预期、采场高度大和盘区间柱回采时不能大面积暴露的特点，采用留设一定厚度间柱和采用较小采场长度的措施进行回采方案制定，制定了小采场分段空场嗣后充填法回采方案。该方案的制定和实施，对于其他类似地下矿山三步骤间柱回采工程具有借鉴意义。