掺粉煤灰的混合充填骨料配比优化实验

针对某矿山采用混合粗骨料存在充填料浆分层离析的问题,通过添加粉煤灰细骨料来优化骨料级配.首先对充填材料进行物化分析,并在此基础上开展不同粉煤灰掺量的混合骨料粒径级配分析,然后进行掺粉煤灰混合骨料充填体强度实验,实验结果表明:充填体强度随着料浆浓度与粉煤灰掺量的增加而提高,强度改善明显;掺入适量粉煤灰细骨料,能有效改善粒径级配,提高充填体强度.最后以单位充填成本为优化目标,以各龄期强度为约束条件建立优化模型对混合骨料充填配比进行优化,得出满足充填强度要求的最低成本方案,即粉煤灰掺量26％、胶凝材料添加量为286 kg/m3,料浆浓度为81.36％时充填材料成本最低,并以此进行验证实验,得到3d强度为1.56 MPa,7 d强度为2.86 MPa,28 d强度为6.9 MPa,塌落度25.6 cm,分层度3.1 cm,泌水率为5.7％,均满足矿山要求,此时充填成本为124元/m3,较原来的145元/m3降低了 14％.     

金川粗骨料级配与强度分析

通过对粗骨料级配的研究与应用现状分析,指出可应用泰波(Talbol)法对矿山粗粒级充填骨料的级配进行分析和优化,并对金川矿区破碎废石集料和戈壁粗砂的级配进行了分析。强度正交试验表明:相同水泥用量和质量浓度条件下,骨料的堆集密实度越大,则试块强度越高。相同水泥用量条件下,随水灰比的减小,试块强度显著增大。相同浓度条件下,灰砂比越大则强度越高。混合骨料与单一骨料比,随水灰比增大,强度并没有因水泥用量减小而急剧降低,因此骨料级配对强度的影响非常明显,需要优化灰砂比。     

煤矿采空区砂质胶结充填材料特性试验研究

利用风积砂作为煤矿采空区充填的骨料与水泥、粉煤灰等混合制成胶结充填材料,通过宏观、细观和微观手段研究该材料的物理力学性质、物质结构和化学反应。结果表明风积砂是一种级配不良骨料,以风积砂为骨料的胶结充填材料,其单轴抗压强度随着水泥和粉煤灰的掺入量升高而增大,但随着初始含水率的增大而减小;胶结充填材料中添加少量石灰可促进其单轴抗压强度的发挥,而添加石膏会抑制其抗压强度的增长。固化后的胶结充填材料压缩破坏过程较短暂,残余强度较低,且存在水泥掺入量下限。     

基于响应面法的废石-细尾砂充填性能优化试验

为获得满足矿山采矿强度要求的废石-细尾砂充填最佳配比,首先根据混合骨料的堆积密实度和料浆浓度初探试验,初步获得配比范围;在此基础上利用响应面法建立了以废石-细尾砂充填体的3、7、28 d抗压强度为响应值的回归模型,揭示了骨料配比、浓度和灰砂比三因素对充填体强度的影响规律,并通过回归模型优选出充填最佳配比,进行半工业试验验证。结果表明,当充填体养护至3、7 d时,浓度和灰砂比两因素的交互作用影响显著;当充填体养护至28 d时,骨料配比与浓度的交互作用影响显著。当骨料配比1∶3、浓度82%、灰砂比1∶4时,废石-细尾砂充填性能完全满足矿山的充填需求,为废石-细尾砂混合骨料膏体充填性能优化提供了理论基础。     

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。     

井下泵送混凝土充填工艺配比参数试验研究

兴发集团兴隆矿利用经废石破碎成-10mm且具有连续级配的碎渣作为充填骨料,采用泵送混凝土充填工艺,经充填料浆流动性试验及强度配比试验确定,其充填浓度为82%、砂灰比为4时,能够满足泵压输送及回采强度的要求。     

戈壁集料级配优化试验及充填材料制备

为验证戈壁集料制备充填材料的可能性,以某矿充填所用的高含泥全尾砂和戈壁集料为主要原料,研究戈壁集料制备充填材料时所需的最优级配,并制备全尾砂戈壁充填材料,采用二次多项式回归分析探讨浓度、添加剂剂量、砂灰比、尾废比对充填材料的塌落度及各龄期抗压强度的影响。试验结果表明:戈壁集料颗粒级配为0~12mm制备矿山充填材料更为合理。影响(假顶)充填体塌落度和各龄期强度的因素中,浓度74%~79%对塌落度和28d抗压强度影响较小,骨料比对7,14d抗压强度影响较小。影响(嗣后)充填体塌落度和各龄期强度的因素中,浓度74%~79%对充填体塌落度及14,28d抗压强度影响较小,各因素变化对7d强度影响都较明显。当浓度为74%~79%,添加剂为2.5%、砂灰比为4、骨料比为3时,(假顶)充填体的28d强度达到10.7 MPa;当浓度为74%~79%,添加剂为1%、砂灰比为8、骨料比为2时,(嗣后)充填体的28d强度达到3.5 MPa。     

神东矿区山砂基膏体充填材料配比优化试验

为制备成本低廉、配比合理和稳定优越的膏体充填材料，以山砂作为骨料，水泥和粉煤灰作为胶凝材料，分别对充填材料的物理力学性质、化学成分、膏体流动性、速凝特性和配比进行系统研究。结果表明：神东矿区山砂颗粒粒度中等偏细，SiO₂含量较高，有利于提高充填体强度；粉煤灰颗粒超细，具备部分活性，是良好的添加辅料；山砂基膏体的推荐质量浓度为水泥∶粉煤灰∶山砂=1∶2∶6、1∶2∶10、1∶4∶15、1∶4∶20时，质量浓度分别为83%、84.5%、84%、84.5%；水泥∶粉煤灰∶山砂=1∶4∶15时，3 d龄期抗压强度为1.44 MPa,28 d龄期抗压强度可达8.88 MPa，而配比为1∶4∶20时，膏体充填体强度略有降低；充填体的早期强度较高，能够满足充填技术要求。     

煤矸石似膏体充填材料配比优化研究

为了解决煤矸石大量堆积引起的生态环境污染及膏体充填材料泵送性差、投资大等问题,以煤矸石、河砂为骨料,水泥和粉煤灰为胶结料,运用正交试验对煤矸石、粉煤灰、质量浓度等因素对似膏体充填材料性能的影响及矿用似膏体充填材料的最优配比进行了研究。结果表明:胶结料中水泥的比例越大,似膏体材料的强度越大;适当的增加煤矸石用量有利于提高材料的长期强度;提高粉煤灰比例、减小材料质量浓度及合理的粗细骨料比例可提高材料的泵送性能。获得的最优配比为:水泥、粉煤灰、煤矸石和河砂的质量比为1∶3∶5∶5,质量浓度为74%,早强剂含量为1%。     

废石尾砂胶结充填材料流动与强度性能的研究

为了解决极细全尾砂作为充填骨料制备充填料浆脱水困难、充填体强度偏低的问题,通过开展废石尾砂胶结充填试验,改善充填骨料粒级组成,研究废石掺量对充填料浆流动性能及充填体强度的影响规律。结果表明:相比较全尾砂胶结充填,掺入废石可以显著改善充填料浆的流动性能,提高充填料浆的输送浓度;在相同灰砂比和浓度情况下,废石尾砂胶结充填体强度高于全尾砂胶结充填体。因此,废石尾砂胶结充填体可以降低灰砂比,减少水泥用量,消纳地表废石。在云南金厂河矿山开展工业试验,确定了充填参数为浓度80%、灰砂比1∶8、废石掺量60%,原位取芯平均抗压强度为3.36MPa,满足采场充填体强度设计要求。     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

不同粒径组合对煤矸石基充填材料性能的影响

为解决胶结充填成本高、煤矸石和低品质粉煤灰等固废堆存占用大量土地及污染环境等问题,在充分利用煤矿固体废弃物、满足工程实际需求的前提下,制备了煤矸石基充填材料。根据不同胶凝材料的水化特性,研究了高活性辅助胶凝材料和低活性辅助胶凝材料的颗粒级配。通过组分筛选、配比优化、性能测试分析,获得了材料抗压强度、泌水率和流动度3项性能指标;利用XRD、SEM和压汞研究了不同粒径组合对充填材料性能的影响机理。研究表明:水泥熟料30%、煤矸石40%、粉煤灰20%、脱硫石膏10%为最优配比,此时早期强度发展较快,3 d强度达到0.83 MPa,后期强度最高,28 d强度达到9.92 MPa;煤矸石粒径变化对材料性能起主要作用,粉煤灰和脱硫石膏粒径变化起次要作用,并且存在最优的粒径组合,即煤矸石粒径0.075~0.106 mm、粉煤灰和脱硫石膏粒径0.053~0.075 mm的组合性能最优,材料的3 d抗压强度为0.78 MPa,28 d抗压强度达到12.1 MPa,流动度大于320mm,泌水率低。     

矸石粉替代粉煤灰膏体充填材料性能研究

针对传统煤矿膏体充填材料对粉煤灰的需求量较大、成本较高的问题，研究矸石粉替代粉煤灰作为辅料时的膏体充填材料性能，采用正交试验方法以及MATLAB进行线性回归预测和3D可视化模型的建立，分析水掺量和水泥掺量对膏体充填材料流动性和力学性能的影响规律。试验结果表明：随着水泥掺量的增加，充填料浆流动性缓慢下降，同龄期抗压强度也持续缓慢增加，且1～3d变化较明显，3～28d变化较小|水掺量是影响流动性的主要因素，尤其是对充填料浆的扩展度的影响最为明显，随着水掺量的增加，同龄期抗压强度在显著减少，且龄期越长，结果越为明显。综合分析得出最优配比为15%水泥掺量，23%水掺量的充填材料，既满足充填强度要求也满足膏体的流动性要求。     

粉煤灰掺量对煤矸石骨料混凝土性能影响研究

为探讨粉煤灰作为矿物掺合料对煤矸石骨料混凝土性能的影响,在制备煤矸石骨料混凝土试件时,掺入0%、15%、25%、35%、50%的粉煤灰来取代等量的水泥,进行抗压强度、碳化性能及干燥收缩性能试验研究。结果表明,煤矸石混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而有所降低,且均低于未掺粉煤灰时的混凝土抗压强度,但当掺量为15%时,煤矸石混凝土的90 d抗压强度超过同龄期未掺粉煤灰时的混凝土强度;当粉煤灰掺量不超过35%时,对煤矸石混凝土的碳化性能影响不大,粉煤灰掺量达到50%时,煤矸石混凝土的抗碳化能力降低明显;随粉煤灰掺量的增加,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩性能得到改善,50%粉煤灰掺量时干燥收缩率最小。试验表明,适量掺入粉煤灰能改善煤矸石骨料混凝土的后期强度及干燥收缩性能,且对碳化性能影响不大,这为煤矸石骨料混凝土掺粉煤灰的应用提供了试验依据。     

煤基固废制备充填材料配比优化试验研究

为制备低成本、高强度的煤矿充填材料,以煤矸石做骨料,以粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣为 胶凝材料制作试件,并对其进行单轴抗压强度、坍落度、扩展度指标测试,研究了充填材料配比优 化前后的力学性能、各组分影响情况。 结果表明,脱硫石膏、硅钙渣在一定掺量范围内具有较强 的胶凝作用;随着粉煤灰掺量增加,充填材料初期强度增长较慢,应控制其掺量不高于6.67%;粉 煤灰与硅钙渣联合使用能激发硅钙渣的胶凝性能;煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣、水泥最优 质量比为70:6:3:12.5;8.5。 利用响应面法对结论进行了验证,试验结论与预测一致。     

高浓度胶结充填系统管网参数及泵机选择

高浓度胶结充填材料具有环保、经济、安全的特点。为了设计合理的管道泵压输送系统,对汾西矿业集团新阳矿区的充填管道进行分析设计。利用新阳矿堆放的煤矸石和附近灵石县南关电厂的粉煤灰作为细骨料,42.5#普通硅酸盐水泥为胶结材料,加入外加剂、水搅拌,试验得出适合新阳矿的高浓度料浆,充填材料配比为1︰2︰5(水泥︰粉煤灰︰煤矸石)、质量分数为78%~80%、坍落度为22.5~27.8cm。通过充填管道输送参数计算,充填料浆的流速为1.8m/s,选用内径为180mm、壁厚为18mm的耐压无缝钢管。充填料浆最大水力坡度为3.35kPa/m,总输送阻力损失为10.96 MPa,选用HGBS200.14.800型充填专用工业泵能够充分满足新阳矿的充填要求,并保证充填系统的高效、稳定运行。     

似膏体充填材料配比的BP网络优化方法

为了探究似膏体充填材料各组分对材料性能的影响及最优配比,以实验室做的16组配比试验数据为样本,建立了材料组分等因素与分层度、塌落度及长期强度之间的5-10-3 BP网络模型,并利用该模型搜索的最优配比方案进行现场试验。结果表明：建立的网络模型最大相对预测误差为6.08%;胶结料与骨料共同决定充填体的强度;高比例煤矸石配以精确比例的胶结料和细骨料可形成强结构充填体;当粉煤灰掺量为水泥质量的3~4倍,河砂掺量约等于煤矸石质量时,材料的综合性能最好;利用优化后的材料配比方案进行巷旁充填,巷道围岩变形较小且较稳定。     

表面活化煤矸石集料水泥砂浆性能试验研究

将煤矸石颗粒分别置于500℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、900℃、1000℃的温度中煅烧活化,然后按一定级配制作砂浆试件,测定其抗压、抗折强度,评定最佳的集料活化温度;根据基准砂浆流动度,研究不同活化煤矸石集料比例下减水剂的掺入量;测试不同养护龄期、不同活化煤矸石集料比例的水泥砂浆试块的立方体抗压强度与抗氯离子渗透性能,并分析了水灰比与砂浆强度的关系。研究表明,煤矸石集料的最佳活化煅烧温度为750℃左右;水泥砂浆流动度相同时,活化煤矸石集料比例的增大会增加减水剂的加入量;水泥砂浆试件的抗氯离子渗透性能随表面活化煤矸石集料的增加先增强后减弱,活化煤矸石集料比例为35%、水灰比为0.86~1.01时水泥砂浆的后期抗压强度与抗氯离子渗透性能均达到最佳状态。     

煤矸石基免烧砖制备工艺及力学性能研究

为了有效地提高煤矸石资源化利用水平，针对抚顺矿区的煤矸石资源，在分析其化学成分和矿物组成基础上，采用煤矸石作为主要原料，辅以水泥、天然砂、粉煤灰及添加剂研究制备免烧砖。通过调整原料配比和成型压力，研究不同制备条件下免烧砖的微观结构特征和物理性能差异，如密度、含水率、抗压强度和抗折强度。通过正交试验获得优化原料质量配比和工艺参数分别为:东舍场煤矸石40%，天然砂42%；西舍场煤矸石70%，天然砂12%；汪良舍场煤矸石50%，天然砂32%；其它相同参数分别为粉煤灰5.14%、水泥12.86%、减水剂0.05%、水10%，成型压力20 MPa，常温养护28 d。获得的煤矸石基免烧砖性能符合JC/T 422—2007《非烧结垃圾尾砖》MU25标准要求，其中最高抗压强度和抗折强度分别为52.70 MPa和4.93 MPa。