大岭矿充填体的应用研究

运用正交回归设计原理，试验研究了炉渣和尾砂混合的胶结充填体的强度特性，分析各骨料成份对其影响关系，寻求矿山经济合理的充填料配比。     

胶结充填材料优选及配比优化试验研究

针对某矿山采用全尾砂和胶凝材料作为充填材料进行自流胶结充填存在的充填料浆浓度低、井下采场泌水量大及充填体强度达不到要求等问题,开展了充填材料优选和配比优化试验研究。通过进行充填尾砂的物化性质分析和充填材料优化对比试验,优选出适合该矿山的胶结充填材料。在优选试验的基础上,采用正交试验方法进行配比优化试验,以标准水泥为胶结材料,全尾砂和矿渣微粉为骨料,研究矿渣微粉掺量、灰砂比和料浆浓度对充填体和料浆性能指标的影响规律,通过极差分析和方差分析确定因素的主次顺序和影响程度,并最终确定胶结充填材料最佳配比为料浆浓度68%,矿渣微粉掺量18%,灰砂比1∶14。     

混合粗骨料配比对充填体强度及浆体流动性能的影响规律

为缓解金川龙首矿棒磨砂产量不足和充填成本上升带来的压力,提升充填体的稳定性,对金川龙首矿棒磨砂、废石混合粗骨料与固结粉的充填特性进行了研究。选择-5 mm棒磨砂和-12 mm废石混合新型固结粉作为充填材料,在灰砂比为1∶4的基础上,开展充填体强度测试和浆体流变性、流动性及泌水率试验,分析混合骨料配比对其充填综合性能的影响规律,从而提出最佳配比参数。结果表明：随着废石掺量的增加,充填体3 d强度出现略微下降,7 d和28 d强度呈现小幅增长的趋势;浆体屈服应力随废石掺量的增加而增大,黏度系数不断减小,当废石掺量小于35%时,浆体屈服应力均小于150 Pa;充填浆体塌落度和扩展度随废石掺量的增加而急剧减小,塌落度为27~29 cm,能够满足自流输送的要求;浆体泌水率为9%~12%,随着废石掺量的增加泌水率减少,有利于提升浆体的抗离析性;混合粗骨料中废石最佳掺量为30%,最佳质量浓度为82%~83%,在该参数条件下充填体各项指标均能满足金川龙首矿充填质量标准,对于提升矿区充填体稳定性和降低充填成本具有重要意义。     

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大,严重影响充填浆体的质量。本文以金川二矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律。实验结果表明:全尾砂–粗骨料膏体中,粗骨料的比表面积和化学成分（活性MgO和CaO）是影响凝结时间的主要因素;凝结时间随尾骨比增加而缩短,屈服应力随尾骨比增加而增加,塑性黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加;全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度;最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1 h和增加33%以上。最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化,多目标回归优化表明:全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为270～300 min、尾骨比10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为167.0～169.0 Pa;全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为300～330 min、尾骨比10∶14～10∶16、屈服应力为164.0～167.0 Pa,满足矿山生产要求。      

夏甸金矿分级尾砂充填材料试验研究

为增加夏甸金矿分级尾砂供应量,提高了全尾砂旋流器分级产率并开展了相关充填材料试验。介绍了分级尾砂胶结充填体强度试验、分级尾砂充填料浆塌落度试验及分级尾砂胶结充填料浆凝固时间测定试验。试验结果表明,夏甸金矿选厂全尾砂经旋流器分级的尾砂是一种良好的充填骨料,可以作为充填骨料进行充填。试验所得数据和结论对于矿山充填作业具有直接的指导意义。     

废石尾砂胶结充填体强度试验研究

对废石尾砂胶结充填进行了系统的试验研究。阐述了废石尾砂胶结充填工艺的工业性及原理,着重研究了废石尾砂胶结充填体强度的影响因素:水灰比、灰砂比、水泥含量、废石尾砂的粒径级配及配比。研究结果表明,废石尾砂胶结充填体强度随水灰比、灰砂比的减小而增大,随水泥含量的增加而增加。在强度一定的条件下,废石尾砂胶结充填比其他充填方式,单位体积内水泥耗量少,成本低。     

新型尾砂固结剂在矿山的应用

高采矿充填成本是影响我国矿山采矿单耗的一大因素。本文介绍了新型尾砂固结材料替代水泥在矿山胶结充填的应用。在充填体强度相同的条件下,尾砂固结剂的使用量只需普通水泥的1/2或更少。尾砂固结剂的充填工艺与矿山普遍使用的水泥胶结充填系统相同。在满足矿山对充填体强度要求的情况下,可降低充填成本,具有明显的经济效益。     

某铅锌矿全尾砂胶结充填体强度试验研究

以某铅锌矿全尾砂为充填骨料、水泥为胶凝剂制作胶结充填体,测定了全尾砂物理化学特性,并用三因素四水平正交试验设计进行单轴抗压强度试验,研究了全尾砂胶结充填体抗压强度与灰砂比、质量浓度和养护时间的敏感性,通过对各因素的多元线性回归分析推荐了充填料浆最优配比。结果表明:当全尾砂不均匀系数大于5时,可用作充填骨料且制成的充填体密实程度好;胶结充填体抗压强度与灰砂比、质量浓度及养护时间成正比;灰砂比对充填体抗压强度的影响最敏感,养护时间次之,质量浓度最小;推荐该矿最优充填配比方案为灰砂比1∶4、质量浓度76%、养护时间28d。     

全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制

以大冶铁矿全尾砂为原材料,采用水泥为胶结材料制作全尾砂胶结充填体,采用单因素五水平设计试验,研究了全尾砂胶结充填体强度与料浆中固相质量分数、灰砂配比及龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析.胶结充填体强度随着料浆中固相质量分数的增加遵循指数函数增长,随灰砂配比的增加呈线性增长,随龄期增加遵循指数函数的增长,其中胶结充填体强度对龄期的敏感性最高,料浆中固相质量分数次之,灰砂配比最弱.胶结充填体抗压破坏试验结果显示,充填体的破坏经历了四个阶段,分别为微裂隙闭合阶段、线弹性阶段、微裂纹扩展阶段及裂纹贯通破坏阶段.      

全尾砂胶结充填在某白钨矿山的应用

为防止或限制某白钨矿山采空区大面积塌方和地表沉陷,矿山对采空区进行了全尾砂胶结充填。该矿山根据尾砂粒级组成和胶结充填材料强度的试验结果,设计了全尾砂胶结充填系统的工艺流程,采用立式砂仓对低浓度全尾砂浆进行沉淀脱水形成高浓度全尾砂浆,将高浓度全尾砂浆、散装水泥及适量调浓水混合连续搅拌均匀后制备成充填料浆,经充填钻孔及井下充填管路自流或者加压输送至采场空区进行充填,并解决了一些胶结充填过程中的具体问题。     

低品质固废协同制备绿色充填胶凝材料

随着国家对环境保护要求日趋严苛,水泥价格逐年提高,以水泥作为充填胶凝材料的充填采矿成本不断提高,利用低品质固废开发低成本绿色充填胶凝材料替代水泥,对于提高矿山经济效益具有重要的现实意义。以邯邢地区某磁铁矿选矿全尾砂为骨料,利用周边固废资源进行矿渣基胶凝材料配比优化试验研究,获得矿渣基胶凝材料的配比：盐激发剂13%+碱激发剂11%+矿渣粉76%。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂矿渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.42 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.1倍和2.5倍,成本约为42.5水泥成本的70%。在此基础上,进一步利用钢渣固废,开展钢渣基全固废绿色充填胶凝材料的配比试验研究,获得钢渣基胶凝材料的配比：33%钢渣微粉+14%硫酸盐激发剂+53%矿渣微粉。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂钢渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.28 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.2倍和2.5倍,成本约为42.5水泥的60%。研究结果可为低成本绿色胶凝材料研发提供新思路。     

金厂峪金矿碎石尾砂浇注胶结充填技术的应用

通过室内试验测定了尾砂的特性以及充填体强度随料浆浓度和灰砂比的变化规律,结合金厂峪金矿现场实际需求确定了充填灰砂比,根据现场地形及生产需要设计了皮带输送两段搅拌造浆充填系统,并分别从充填工艺及充填系统建设两方面介绍了碎石尾砂浇注胶结充填技术在桑家峪矿区的应用。可为类似条件空区处理提供借鉴。     

播卡金矿全尾砂胶结充填材料配比研究

考虑灰砂比、料浆浓度为充填料强度的主要影响因素,以播卡金矿全尾砂为骨料,通过设计试验方案,并对试验结果进行分析和处理,得出播卡金矿全尾砂胶结充填采矿所需的配比。     

夏甸金矿细颗粒尾砂充填技术研究与应用

为解决夏甸金矿充填存在的细颗粒尾砂处理困难、充填浓度低、充填体强度低等技术难题,开展了充填材料物理化学性质研究、细颗粒尾砂沉降特性研究、细颗粒尾砂强度配比试验研究、细颗粒尾砂充填料浆流动性能研究等,提出了夏甸金矿充填系统技术改造方案,并完成了现场技术改造。现场应用结果表明：细颗粒尾砂(-74μm)在灰砂比1∶7～1∶8,充填能力≥60%时,充填体3 d强度≥1 MPa,满足夏甸金矿开采要求,不仅解决了细颗粒尾砂排放问题,减轻尾矿库库容压力,而且还提高了矿山尾砂利用率。     

活化搅拌技术及其在矿山充填中的应用

阐述活化搅拌技术制备细颗粒骨料与水泥等材料组成的高浓度胶结充填料的原理、搅拌工艺及其设备,介绍了活化搅拌技术在高浓度全尾砂胶结充填、空场采矿法嗣后全尾砂胶结充填和下向进路尾砂胶结充填采矿法中的应用。     

不同灰砂比和料浆浓度下充填体强度特性研究

以武山铜矿全尾砂、水泥制备成的胶结充填体为研究对象,利用RMT-150C型液压伺服控制系统,通过单轴压缩方式进行全尾砂胶结充填体强度试验,试验得到了不同灰砂比和料浆浓度下全尾砂胶结充填体强度特性关系曲线。试验结果表明:在全尾砂胶结充填体其他影响变量相同的情况下,强度与灰砂比或料浆浓度正相关;强度的增量随着灰砂比或料浆浓度的增大增幅也随之加大;综合分析可知,灰砂比较料浆浓度对全尾砂胶结充填体影响更加显著。     

基于正交试验的细尾砂—分级尾砂充填体强度研究

为解决某矿山细尾砂充填体流动性差、强度低的问题,通过正交试验和胶结充填试验,探究尾砂料浆浓度、胶凝材料掺量、外加剂掺量和细尾砂掺加比例对充填体强度的影响,得出了各因素影响充填体强度的重要性顺序。通过多元回归分析确定推荐配比参数,并结合试验结果和SEM分析,对充填体微观结构进行进一步的探究。结果表明：各因素影响充填体强度的重要性顺序依次为胶凝材料掺量、料浆浓度、外加剂掺量和细尾砂掺加比例。通过控制变量,可得充填体强度的增长规律,即增大料浆浓度和胶凝材料掺量,均可提高充填体强度;在合适的掺量范围内,充填体强度随外加剂掺量的增加而提高;细尾砂掺量对充填体强度产生较复杂的影响。实际矿房充填推荐配比参数如下：料浆浓度为70%,胶凝材料掺量为20%,外加剂（减水剂）掺量为1‰,细尾砂掺量为30%。掺加外加剂可使充填体水化反应更充分,有助于提高其强度。研究表明,细尾砂充填体强度和流动性可以满足矿山实际矿房充填的要求。     

全尾砂膏体充填配比优化正交试验

某新建矿山计划采用全尾砂膏体嗣后充填采矿法进行地下开采。为了提供经济合理、满足强度要求且有利于管道输送的全尾砂膏体充填最优配比方案,以料浆流动性能和充填体强度性能为考察指标进行正交组合配比试验。运用MATLAB软件对试验数据进行极差分析和多元线性回归分析,获得了灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响的敏感性以及各力学参数预测模型。结果表明：（1）料浆质量浓度对塌落度的影响起主要作用,灰砂比次之;（2）充填体强度的敏感性随着灰砂比和料浆浓度的增加而增强,充填体强度对灰砂比更敏感,而对料浆浓度的敏感性较弱;（3）确定了全尾砂膏体最优配比：水泥用量为13%,充填料浆质量浓度为77%,此时全尾砂、水泥和水的用量分别占制备全尾砂膏体质量的68.14%、8.86%和23.00%。在该配比条件下,经28 d养护龄期后的抗压强度为2.6279 MPa、弹性模量为205.2 MPa、塌落度为23.7 cm,以较少的水泥用量满足了矿山充填强度指标和自流输送要求。     

新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体强度研究

结合某矿山实际,采用实验室试验与数值模拟相结合的手段,研究了新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体力学强度特性及其作为采场顶板的稳定性.单轴抗压试验与巴西劈裂试验结果表明,灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体在7d、14 d、28 d、60 d养护龄期的抗压、抗拉强度,分别高于所对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;并且灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体的早期抗压、抗拉强度均优于对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;FLAC3D数值模拟结果表明:新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体,可以满足作为采场充填顶板的要求.     

超细全尾砂充填配比优化正交试验研究

为了研究灰砂质量比、固相质量分数和温度对充填料浆各性能指标的影响规律,确定不同温度范围适合采矿工艺要求的充填材料控制参数。结合北方某矿山工程实践,以司家营磁铁矿全尾砂为充填骨料,新型胶凝材料为胶结料,运用正交试验设计法进行充填配比优化试验,得到以上3个因素对充填体28 d抗压强度、泌水率、塌落度和初凝时间等4个评价指标的敏感程度,以及各指标随各因素的变化趋势,确定最优的配比参数。试验结果表明：通过增大灰砂质量比可以提高充填体强度并缩短初凝时间,而充填体的泌水率和塌落度对固相质量分数最敏感;料浆充填性能随温度升高而提高,当温度为10 ℃ 和20 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶6,固相质量分数70%;当温度为30 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶8,固相质量分数72%。在不同温度范围采用不同配比参数可以降低充填成本。