深部采场胶结充填体力学稳定性研究

为达到完全回采矿石,深部采矿过程中胶结充填体被用来充填回采过程产生的采空区。胶结充填体强度配比设计是基于满足采矿过程充填体应稳定暴露的要求。通过工程类比法和理论分析计算法,确定了能够满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。     

胶结充填体力学作用机理及稳定性分析

阐述了胶结充填体力学作用的机理,通过工程类比法和理论分析计算法,研究确定了满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。     

急倾斜薄煤层胶结充填开采合理参数确定及应用

为确保水体下急倾斜薄煤层胶结充填开采取得良好效果,采用实验室试验方法,研究了以矸石作为充填料、水泥-水玻璃作为注浆胶结料进行采空区胶结充填时胶结充填体的力学特性和影响因素。结果表明：水灰比和矸石粒径影响矸石胶结体的力学特性,当水玻璃浓度一定时,矸石胶结体的强度随着水灰比和矸石粒径的增大而呈降低趋势,塑性流动特性随水灰比增加明显。基于急倾斜薄煤层的有限充填空间、充填工艺和顶板控制要求,合理确定了充填开采的矸石粒径小于150 mm、水灰比为0.8∶1.0、水玻璃浓度为30 Be。现场工业试验及观测表明,急倾斜薄煤层采空区矸石注浆充填取得了良好效果,确保了水体下急倾斜薄煤层的安全回采。     

某矿胶结充填体破裂后强度降低原因分析

为研究某矿胶结充填体破裂后的强度变化及其原因,对充填体样品进行烘干浸水物理试验和岩石力学强度测试,同时利用X射线衍射分析技术对充填体主要矿物组成进行定性分析。结果表明,胶结充填体破裂面颜色变化深浅与其暴露在空气中的时间及所处温度有着密切的关系,含水率与空气是胶结充填体破裂面发生颜色变化的主要因素,充填体破裂后在空气中氧的作用下发生了"析盐"反应,其矿物组成发生了变化,在一定程度上影响其强度及完整性,使得胶结充填体强度急剧降低,其抗拉强度大约为未反应胶结充填体抗拉强度的52.9%,胶结充填体破裂后产生的"析盐"反应对充填体的整体稳定性存在着安全隐患,矿山需要加强关注,以免影响矿山安全作业。     

某矿尾砂胶结充填体强度演化特征及力学效应研究

以某金属矿山充填开采为研究背景,开展了不同配比参数下的充填体抗压、抗拉强度试验,分析了不同配比参数下的充填体强度演化特征。同时,采用FLAC3D数值模拟软件分析了矿体回采及采空区充填过程中的充填体及围岩受力特征,讨论了充填体在采场内的力学效应。研究表明:随着养护时间增加,充填体的力学强度呈不断增加的趋势,并且浓度或灰砂比越高的充填体其抗压强度增长的幅度也越大;在养护早期,水泥含量减小对尾砂胶结充填体强度的影响并不显著;矿体回采后,采场顶板及底板出现了压应力集中的特征,但采空区充填后围岩的应力集中状态得到了明显改善;此外,在二步骤采空区充填后,充填体拉应力达到了0.20 MPa,超过了部分充填体的抗拉强度,因此建议充填体的灰砂比最低应为1∶6,以维持充填体在采场的稳定。     

超高水材料充填胶结体工程特性试验研究

根据采空区内覆岩垮落与充填浆体的空间位置,将超高水材料采空区充填胶结体分为4种基本形态,即纯超高水材料胶结体(Ⅰ类)、下半部是超高水材料和矸石混合材料与上半部是纯超高水材料胶结体(Ⅱ类)、下半部是纯超高水材料与上半部是超高水材料和矸石混合材料(Ⅲ类)、超高水材料和矸石整体混合材料(Ⅳ类),在实验室进行了抗压、抗拉、抗剪等力学参数测试,并通过建立超高水材料充填开采"充填体-基本顶"力学模型,分析了材料属性变化对基本顶垮落步距的影响。研究结果表明,4种不同类型的超高水材料充填胶结体试件在加压过程中,应力-应变变化趋势基本相同;第Ⅳ类材料试件的抗压强度相对最高,比第Ⅰ类充填胶结体提高约20%;第Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ类胶结体试件的抗拉和抗剪强度较第Ⅰ类也有明显提高,最大可提高40%和50%。充填胶结体属性变化对基本顶极限垮落步距影响的分析结果表明,超高水材料与矸石混合形成的第Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ类胶结体增加了充填胶结体的强度,有利于基本顶的稳定。     

水耗量和骨料粒度对充填体结构和质量的影响

一些矿山企业用采空区胶结充填法开采。这些企业使用胶结充填料的经验表明,仅按平均强度评价充填体的质量是不够的。充填体的取样化验资料证明,一些地方的强度与平均强度相差很大,主要是某些地段的强度较低。过去作的充填体研究表明,强度指标很不一致是由于采空区充填时不能保证充填料的均质性。大家知道,决定混凝土均质性的主要因素是水灰比和骨料粒度。胶结     

矿渣胶结材料充填体强度确定及配比优化

为了降低充填成本,从分析高阶段嗣后充填充填体的力学作用机理入手,采用经验公式,计算了充填体暴露高度与强度的关系,得出充填料浆配比设计依据。而后,以超细全尾砂和自行研发的矿渣胶结材料制备充填料浆,采用正交设计与极差分析,研究了料浆与各个影响因素的关系,确定了各个因素的权重,得出了最佳的充填配比。研究结果表明：高阶段嗣后充填充填体在暴露高度95 m时所需强度为2.9 MPa,100 m时所需强度为3.1 MPa;采用灰砂比1∶、浓度72%的料浆作为胶结面,采用灰砂比1∶10、浓度72%的料浆充填矿房,完全满足采场稳定性的要求。     

废石胶结充填体强度特性及其应用研究

宝山矿西部2#矿体为深部难采矿体,采用废石胶结充填法回采.为确保其回采的安全,采用RMT-150B岩石力学试验机,对7种配比的废石胶结充填体在不同龄期的抗压强度进行了测试,利用龄期为28 d的废石胶结充填体的力学参数对试验采场进行了充填法回采的FLAC3D模拟,根据模拟结果选用C组配比的废石胶结充填体对该矿试验采场进行了充填,同时还对其进行了应力测试.研究结果表明:水灰比和灰砂比是控制废石胶结充填体抗压强度的关键因素;龄期为28 d的C组废石胶结充填体的抗压强度大于2 MPa;采空区围岩的最大主应力和竖向最大位移随废石胶结充填体强度的增加而减小,而最小主应力则与之相反;选用C组配比的废石胶结充填体的试验采场的应力测试结果与模拟结果吻合良好,能有效地控制该试验采场深部开采的地压.     

基于P波模量的原位胶结充填体强度预测模型研究

原位胶结充填体质量评价通常采用单轴抗压强度作为表征指标,由于在现场工程中无法快速、准确获取充填体的强度值,因此需要建立一种参数易于获取且准确的原位胶结充填体强度预测模型。基于胶结充填体物理力学参数的内在联系,从量纲平衡的角度探索了胶结充填体单轴抗压强度与P波模量的关系。根据C矿和I矿两种原位胶结充填体的密度、P波速度及取芯强度的测试数据,采用线性拟合的方法获得了基于P波模量的原位胶结充填体强度预测模型。通过对C矿和I矿的强度预测模型拟合效果分析可知,P波模量与取芯强度呈正相关性,且拟合效果较好,证明原位胶结充填体强度预测模型精度高,具有很强的实用性。     

高水材料硬化体特性及其充填体力学作用机理分析

详细分析了高水材料硬化体多方面的特性,并从高水材料对其尾砂固结充填体力学性质的影响、高水固结充填体对采空区周围岩体的作用、高水因结充填与围岩共同作用等方面探讨了高水固结充填体的力学作用机理。研究结果表明,由于高水材料固结充填体具有速凝早强、高结晶水、强度再生、耐水等特性,使其充填作用效果明显优于普通胶结材料充填体,且更适用于深部高应力环境及复杂应力条件下的充填。     

空场人工点柱替换原生矿柱回采技术及工艺

针对采用空场法开采的矿山采空区内原生矿柱回采技术难题,采用人工矿柱替换原生矿柱的残矿资源回收方案。其实现方法是:通过对原生矿柱开采前的空区稳定性数值模拟分析,反演空区允许的极限暴露面积,据此作为人工点柱布置和参数计算依据。为保证人工矿柱的稳定性,对倾斜底板进行台阶削平处理,并以三角形结构布置底座钢筋。采用井下废石砌筑人工点柱外墙,利用矿山已有的全尾砂胶结充填系统充填点柱内芯,待充填体沉缩凝固形成一定强度后,再以预制楔形体结合混凝土泵送充填联合接顶的工艺充填接顶,确保人工点柱的强度及有效接顶。     

“煤体-支柱(架)-胶结体”联合作用下顶板超静定梁模型

针对胶结充填开采中工作面煤壁、控顶区与胶结体形成区间上方的顶板受力问题,考虑胶结体强度前期快速增长、中期缓慢增长和后期稳定的形成特性,以及胶结体对顶板的支撑作用随距离工作面的长度增长而增大的特性,建立“煤体-支柱（架）-胶结体”联合作用下顶板超静定梁模型。基于结构力学解析方法,得到该模型及其2种特殊情况下的岩梁两端支座反力、两端弯矩和整个岩梁剪力、弯矩分布的表达式;确定最大剪力位于煤壁处;加快充填体强度形成的速度,能减小岩梁两端及支座所受应力。模型算例表明：① 支柱和胶结体的介入,较大地改变了顶板应力分布,岩梁剪力和弯矩分布均具有非对称性;② 煤壁处支座剪力和弯矩均大幅高于采空区侧支座的剪力和弯矩;③ 与垮落法开采相似,充填开采岩梁最大剪力和最大弯矩所在位置仍然在煤壁处,但量值均大幅减小,岩梁应力波动幅度小;④ 胶结充填开采有利于减少煤壁片帮,有利于工作面超前支护和顶板管理。     

充填体变形特性分析及材料配比优选

当地下矿山采用胶结充填开采方法时,充填体的强度是影响其在地下矿产开采过程中是否稳定的直接因素,并且关系到采场围岩的稳定性和充填成本,而合理的充填材料配比是关键。本文在室内充填试验的基础上,利用数值模拟手段对四种灰砂比的充填体进行充填开采仿真模拟,分析了胶结充填体的变形特性,结果表明充填体的失稳主要从与下盘围岩接触的底部开始发生破坏,然后沿充填体与下盘的接触面向上、以及在与底板接触面处沿充填体倾向方向这两个方向逐渐发生变形破坏;对采场中的位移、应力和塑性区等围岩力学响应特征进行了对比分析,结果表明,当灰砂比为1∶8时,充填体能够维护采场稳定并且充填材料成本较低。研究结果对矿山充填工程具有一定的指导意义。     

长壁胶结充填覆岩移动变化规律初探

针对长壁工作面胶结充填开采后覆岩移动及矿压显现规律的理论研究亟待提高的现状,首先在实验室内对胶结充填体的力学性能进行了测试,测定了本次实验中充填体弹性地基系数的取值范围为0.015~0.167 GN/m³;在综合分析岩层移动变形和充填体受力特征的基础上,应用弹性地基梁理论,建立了充填开采顶板岩梁移动变形的数学力学模型,求得了该模型的解析解;并通过数值求解的方法,详细分析了充填区覆岩移动变形的各影响因素和充填区支承压力分布变化规律。结果表明：在长壁胶结充填采矿中,应根据不同的采矿地质条件,制备具有一定强度和刚度的胶结充填体;合理的充填体地基系数对于覆岩下沉及其变形的控制起了决定性作用;该研究可对长壁胶结充填实践的工程应用提供理论指导。     

充填采矿法胶结充填体力学作用分析

结合某矿山应用胶结充填采矿法的试验 ,测试胶结充填体的力学参数 ,采用数值模拟方法研究胶结充填体的受力情况和变形特征。结果表明 :尾砂胶结充填体 ,具有独特的支护特性和力学特征、良好的可塑性和较高的残余强度 ;尾砂胶结充填体受动态载荷作用的动态强度、动态弹性模量均高于受静态载荷的静态值 ;胶结充填体的支护作用是对围岩的限制和与围岩的共同承载。     

武平紫金公司充填挡墙受力分析与厚度计算

武平紫金矿业有限公司井下空区多而乱,为了消除空区的安全威胁且更好的回收地下矿石资源,采用全尾砂胶结充填系统充填新旧空区。针对武平紫金公司-115m中段81-3空区,对所设置的1#、2#挡墙的受力特点进行分析和计算,并结合该空区情况,计算出所需挡墙厚度值,为矿山后续其他空区的充填挡墙设计提供参考借鉴。     

香炉山钨矿高大采空区充填回采方法优化研究

充填回采顺序的合理与否影响着地表地质灾害的发生。针对香炉山钨矿大规模地下高大采空区,用类比法确定充填体强度,拟定4种不同的充填回采方案并用数值模拟方式进行结果比较。结果表明,从经济角度,先两翼再中间的长方形充填回采方案可取,而充填面积如果大于回采区面积的2倍且充填区域的形状接近正方形,则充填后回采更安全可靠。     

粉煤灰细砂胶结充填应用技术的研究

针对新桥硫铁矿胶结充填成本高、强度低等现状,提出了以部分粉煤灰替代水泥作为胶凝剂的方案,通过系统的试验研究,确定了关键技术参数,为提高胶结充填质量、降低充填成本奠定了基础。     

普遍低标号碎石胶结充填料强度特性

碎石胶结充填料与尾砂胶结充填料相比,具有强度高而水泥耗量少的特点,因而在有条件使用的矿山值得提倡。本文分析了碎石胶结充填料的内部结构、最佳含水量、水泥含量、集料级配效果等因素与强度的关系,提出了合理地配置充填混合料的方法。