干湿循环对全尾砂固结体强度的影响研究

为探究干湿循环对全尾砂固结体强度的影响规律,选取不同水泥掺量的固结体为研究对象,进行干湿循环处理后的单轴压缩与扫描电镜试验,研究了不同水泥掺量及养护龄期下的固结体强度变化规律,并对不同干湿循环次数及水泥掺量下固结体微观结构变化规律进行分析。结果表明：养护3d与7d的固结体试件,随干湿次数的增加,强度呈先增加,后降低趋势,养护28d固结体试件强度呈逐渐下降趋势;不同养护龄期下,水泥掺量越大,固结体干湿循环后强度下降幅度越低。随干湿循环次数的增加,固结体微观结构呈先密实,后稀疏松散趋势。     

冻融循环对全尾砂固结体强度与微观孔结构的影响

通过实验室试验,对冻融循环作用下全尾砂固结体强度与孔结构演化规律进行了研究。以含有自制胶凝材料TC-Ⅰ的全尾砂固结体为试验对象,运用抗折抗压试验机与压汞仪分别对标准养护条件下与冻融20次后的试件进行了力学与压汞试验,并通过理论推导得出损伤量D。研究结果表明:养护3d时的强度低于其冻融20次的强度,7d后的强度有所反超;标准养护条件下的孔隙率、总孔隙量、孔总面积、平均孔径4个全尾砂固结体内部孔结构参数均随养护时间的增长而减小,冻融循环20次后的孔结构参数变化规律与之相反,且其推导出的损伤量D与强度关系为:D=-0.184σ+0.5479;从强度与孔结构参数变化规律可以看出,35g/L的防冻剂掺量降低了冻融循环对全尾砂固结体的破坏作用。     

不同加载速率下全尾砂固结体抗拉力学特性研究

利用全尾砂对矿山地表塌陷坑进行固结回填是解决尾矿堆存与地表塌陷两大矿山灾害行之有效的方法之一,如何保证回采过程中塌陷坑全尾砂固结体的稳定性至关重要。塌陷坑全尾砂固结体在回采过程中主要受到拉破坏,且与回采速率直接相关。基于此,本文选取程潮铁矿尾矿库尾砂,制作了不同配比(1∶4、1∶6、1∶8)和不同浓度(68%、72%、76%)的全尾砂固结体试样,开展了5种不同加载速率(0.01、0.02、0.05、0.1、0.2 k N/s)下的全尾砂固结体抗拉力学试验研究,探讨了不同加载速率下全尾砂固结体抗拉力学特性,揭示加载速率对全尾砂固结体抗拉破坏的影响机理。研究结果表明:固结体抗拉强度存在明显的加载速率效应,低浓度低配比的固结体抗拉强度受加载速率影响较大;固结体抗拉强度存在双临界加载速率现象,第一临界加载速率为0.05 k N/s,第二临界加载速率为0.1k N/s;低于第一临界加载速率时,加载速率对固结体原始孔隙存在压密效应,随着加载速率变大压密效应逐渐减弱,到第一临界加载速率时,压密效应消失,固结体抗拉强度最低,宏观裂纹最多,破坏最明显,最终耗弹比最大;高于第一临界加载速率时,加载速率对固...     

击实对全尾砂固结体强度及渗透性影响

为了解决全尾砂固结体地面排放时堆排体稳定性的问题,提出通过击实来增大全尾砂固结体的稳定性.通过室内击实试验、无侧限抗压强度试验、常水头渗透试验和扫描电镜试验,研究了击实对全尾砂固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响以及微观层面上击实对固结体内部结构变化的影响.得到了不同击实功下的全尾砂固结体的最大干密度和最优含水率,并以此为基础研究了击实功(598.2 kJ/m3、1074.7 kJ/m3、1535.3 kJ/m3和2149.4 kJ/m3)、干密度、含水率和养护龄期对固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响.结果表明,无侧限抗压强度随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大,随含水率的增加而减小;渗透系数随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大.对固结体进行击实可以减少固结体内部结构的孔隙并提升固结体结构的密实度,从而提高了固结体的强度和抗渗性能.表明在全尾砂固结排放中,可以通过击实的手段提高全尾砂固结体的强度和抗渗性,进而提高全尾砂固结体的稳定性.     

全尾砂改性固化力学性能研究

为实现浓缩全尾砂固化堆存,达到地表无害化处理目的,选用矿渣粉、生石灰、工业石膏和膨润土开发尾砂改性固化剂。以三山岛金矿全尾砂为研究对象,测定了尾砂的物化性质;设计了改性固化剂配比试验和正交试验,对固结体强度的影响因素进行了分析,确定了改性固化剂的最佳配比。结果表明:随着生石灰、工业石膏和膨润土占比的增加,尾砂固结体强度变化为先增大后减小,尾砂料浆浓度越大,固结体强度越大;工业石膏的含量变化对尾砂固结体的强度影响最显著;在灰砂比1∶20条件下,适合三山岛全尾砂固结的最佳改性固化剂配比为矿渣粉78.8%、生石灰13%、工业石膏7%、膨润土1.2%。     

NaAlO2激发对旋喷用固废基浆料固化性能的影响研究

将高压旋喷注浆技术应用于在役尾矿库库底的防渗加固具有施工简单、成本低的优点。以固废基矿渣钢渣水泥作为旋喷注浆材料胶结细铜尾砂为研究对象，设置不同的水固比和尾砂掺量模拟旋喷注浆工艺参数，通过测定砂浆凝结时间和固结体抗压强度评价固废基胶凝材料替代水泥的可行性，在此基础上，研究不同添加量NaAlO2激发剂对砂浆的促凝效果和促凝机理。研究结果表明固废基矿渣钢渣水泥胶结尾砂抗压性能优异，但凝结时间过长；NaAlO2是有效的凝结时间调节剂，设定水固比为0.3，铜尾砂掺量60%时，NaAlO2最佳使用量为0~1%，初凝时间可降至4~8 h；NaAlO2水解产生的NaOH和Al(OH)3凝胶提高了体系的碱度，促进了AFt和C—S—H的形成和交错生长，从而加速固结体硬化，缩短凝结时间。     

胶结剂对全尾砂固结材料孔隙结构的影响

通过掺入一定比例粉煤灰和矿渣代替水泥,用AutoPoreⅣ9500型全自动压汞测孔仪测量不同胶结剂、不同龄期的全尾砂固结材料孔结构,表征胶结剂的胶结性能。结果表明,15%掺量的矿渣的孔结构参数比15%掺量的粉煤灰的孔结构参数更优。水泥、矿渣、粉煤灰三者水化活性活依次降低。随着养护龄期的增加,三种全尾砂试块的孔隙率、平均孔径、孔隙量均减小,分形维数、孔总面积均增大,抗压强度增加。工业试验验证,掺入一定量矿渣与粉煤灰的胶凝剂对水泥的可替代性,且具有成本优势。     

矿渣-脱硫灰基固结剂的尾砂固结效果

为开发利用矿渣和脱硫渣,以矿渣和脱硫灰为主要原料,掺入少量石灰石和活性激发剂后,粉磨制得矿渣脱硫渣基固结剂（矿渣、脱硫灰、石灰石、激发剂的配合比为81∶13∶2.5∶3.5）,并以该固结剂为胶凝材料,以2种不同性质的尾矿为固结对象,对比了固结剂料浆和32.5#水泥料浆的流动度、保水性以及不同养护龄期固结体的无侧限抗压强度。结果表明：固结剂的基本性能指标达到,甚至优于32.5#水泥;固结剂料浆的流动度、保水性均略高于相同条件下的32.5#水泥料浆;提高固结剂的掺量、延长养护时间,其固结体的无侧限抗压强度越高;相同条件下,固结剂固结尾矿的能力明显优于水泥,固结剂掺量为5%时固结体的无侧限抗压强度和水泥掺量为10%的固结体的强度相当。因此,矿渣-脱硫渣基固结剂可以替代32.5#水泥用于尾矿的固结。微观分析表明,随着养护龄期的延长,胶凝材料的水化反应越来越充分,凝胶逐渐充填尾矿颗粒间隙,固结体越来越密实,抗压强度越来越高。     

冻融循环对全尾砂固结体电阻率影响研究

冻融循环作用对全尾砂固结体造成一定损伤,电阻率作为固结体的重要物理参数必然发生变化,因此可以用电阻率的变化来衡量固结体的损伤。为研究冻融循环次数和固结体电阻率的定量关系,制作(灰砂比为1∶4,1∶8,1∶10共3种配比;每种配比包含3,7,28d三个养护龄期,)共九组18个试件。每组试件经过0,5,10,15,20次冻融循环后,测定固结体试件电阻率变化情况。建立了固结体电阻率与冻融循环次数的关系;基于三元导电模型建立固结体电阻率模型。研究结果表明:固结体试件电阻率与冻融循环次数呈明显的指数关系,且随着冻融循环次数的增加不断减小,前5次冻融循环过程中电阻率减小量最大,其后逐渐减小。通过电阻率模型,可以计算出经过不同冻融循环次数后固结体的电阻率。研究成果对固结体损伤探测有重要参考价值。     

基于散体动力学的全尾砂振动脱水机理试验研究

脱水效率是影响全尾砂非胶结充填体稳定性的关键因 素之一.基于散体动力学理论,分析了全尾砂非胶结充填体 的振动脱水机理,研究不同振动脱水方式下全尾砂非胶结充 填体脱水效率的变化规律.试验结果表明:全尾砂散体骨架 在振动应力波的影响下产生垂直应力和剪切应力,其中剪切 应力是破坏散体原有结构的关键因素,相比非振动脱水,固 结后振动累计脱水量提升了１０％;全过程振动累计脱水量 提升了２７％,脱水时间减小了８３％,但尾砂流失量大;间歇 性振动累计脱水量提升了１８％,脱水时间减少了５０％,尾砂 流失量较大,但间歇性振动相比全过程振动的尾砂流失量降 低了５０％,间歇性振动是振动脱水的最佳方式,不仅可以提 高脱水效率,同时也可降低尾砂流失,保证脱水效果.     

改性镁渣基充填材料的性能评价及其孔结构演变规律研究

工业产生的固废所造成的环境污染问题是实现清洁生产的主要阻碍。为实现可持续发展,将镁渣(MS)和粉煤灰(FA)回收作为胶凝材料,再与尾砂(TL)混合,制成一种可用于采矿工程中的膏体充填材料,研究了不同粉煤灰掺量和尾砂含量充填体的流变特性、力学性能和孔结构演变。结果表明:(1)随着粉煤灰掺量增加,微型坍落度值先增大后减小,粉煤灰掺量为20%时,充填体的流动性最好。(2)单轴抗压强度随养护龄期和粉煤灰掺量的增加而增加,随尾砂含量增加而降低,低粉煤灰含量的充填体在早期强度发展缓慢,而高粉煤灰掺量的充填体早期强度发展较快。(3)临界孔径和孔隙率随着粉煤灰掺量的增加而减小,掺量越大临界孔径减小的幅度越大,随着尾砂含量增加,临界孔径和孔隙率逐渐增大。     

冻融循环对全尾砂固结体超声波特性的影响研究

在不同养护龄期(3,7,28d)和冻融循环次数(0,5,10,15,20次)条件下,对不同灰砂比(1∶4,1∶8,1∶10)的全尾砂固结体进行了超声波特性测试,对不同影响因素下超声波特性的变化规律以及冻融循环次数和超声波速度之间的关联性进行了研究。研究结果表明:冻融循环过程中,波速和波形有明显的变化规律,振幅特征较为杂乱;灰砂比、冻融循环次数相同时,养护龄期越长的固结体超声波波速越大;养护龄期、冻融循环次数相同时,灰砂比越大的固结体超声波波速越大;养护龄期为28d时,未进行冻融循环的固结体在各灰砂比条件下超声波波速相差不大;全尾砂固结体超声波波速与冻融循环次数呈负相关,基本遵循对数函数关系,随着冻融循环次数的增加,超声波波速不断减小,且前5次减小量较大。     

基于活性材料的全尾砂胶结充填技术

为解决尾砂地表堆积危害,全尾砂充填细泥含量多、水泥离析严重及NPA药剂絮凝成团所造成的全尾砂胶结充填采场脱水难、固结体强度偏低、水泥单耗大、充填成本较高等难题,将粉煤灰和炉渣(活性材料)应用于全尾砂胶结充填,研究了其物化性能、胶结作用机理、优化配比及全尾砂胶结充填系统。结果表明,粉煤灰、水淬炉渣胶凝活性明显,大大减少水泥离析,提高充填强度;推荐水泥:活性材料:全尾砂配比为1:2:8充填料充填,1:2:6的充填料胶面,质量浓度均为70%;充填材料胶结过程包括水化期、水硬期和强度期;设计的全尾砂胶结充填系统简便、灵活,采场充填效果理想,尾砂利用率达100%。     

水泥-尾砂浆体流动性与固化体强度的研究

对不同水泥种类、水泥掺加量和浆体浓度的水泥-尾砂浆体的流动性和固化体强度的变化情况进行了实验室评价。结果表明，水泥-尾砂浆体流动性随着浆体浓度减小而改善，与掺加普通水泥的场合相比，掺加硅酸盐水泥的尾砂浆体流动性较好，水泥掺量对尾砂浆体流动性影响较小；水泥-尾砂浆体固化体的强度随水泥掺量和浆体浓度的提高而提高，与掺加普通水泥的场合相比，掺加硅酸盐水泥的尾砂固化体强度更高。在尾砂回填作业中，在充填倍线小的采场可以选择浆体浓度高掺加普通硅酸盐水泥的方案，并根据强度要求选择合适的水泥掺量；在充填倍线大的采场，在底部充填时可选择掺加普通硅酸盐水泥且浆体浓度小的方案，在上部充填时可选择掺加硅酸盐水泥的方案，并根据强度要求选择合适的水泥掺量。     

新型胶凝材料对全尾砂固结堆体稳定性的影响

通过实验室正交试验、数值模拟等方法,对全尾砂固结排放过程中掺入的新型胶凝材料T.C的合理配比及其对堆体稳定性影响进行研究。以矿渣、石灰、石膏、硫铝水泥、孰料作为胶凝材料的原材料,通过正交试验得到各因素对固结体强度的影响大小依次为矿渣、石灰、硫铝水泥、石膏,并得到全尾砂新型胶凝材料T.C的最佳配比:矿渣∶石灰∶石膏∶硫铝水泥∶孰料=70∶6∶10∶4∶10。借助全面试验,对比普通硅酸盐水泥(P.O.42.5)、矿渣水泥(P.S.32.5)以及新型全尾砂胶凝材料T.C作用下固结体强度变化趋势,发现无论是早期强度还是后期强度,新型全尾砂胶凝材料T.C的固结效果要明显优于普通硅酸盐水泥与矿渣水泥。基于强度折减法并借助FLAC3D对堆体的稳定性进行分析,从而建议堆体的高度应小于50 m、堆排角小于60°、料浆浓度取76%~78%、灰砂比为1∶12~1∶9。     

煤矸石基质土壤的水分入渗试验研究

为了解煤矸石基质土壤的水分特性,利用室内一维垂直入渗模拟试验,研究煤矸石山山顶、山腰、山脚处及3种矸土质量比(7∶3,5∶5,3∶7)的土壤水入渗规律。试验结果表明,煤矸石的初始入渗率、稳渗率由山脚到山顶逐渐减小,减小关系符合幂函数递减关系。山脚矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山腰的1.111和1.078倍;山腰矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山顶的1.096和1.102倍;矸土质量比为7∶3的初始入渗率和稳渗率分别为5∶5的1.152和1.149倍;矸土质量比为5∶5的初始入渗率和稳渗率分别为矸土质量比3∶7的1.179和1.057倍。矸土混合土壤的初始入渗率、稳渗率均随矸土质量比7∶3,5∶5,3∶7的减小而迅速减小,入渗达到稳定状态的时间随矸土比的减小而增加。考斯加可夫入渗模型更适合作为风化煤矸石的入渗模型;通用经验公式更适合作为掺土较多的矸土混合土壤的入渗模型。最终煤矸石基质土壤的累积入渗量为矸土质量比3∶75∶57∶3山顶山腰山脚。矸石掺土可以显著降低入渗率,提高累积入渗量,有益于煤矸石山水土保持和植物生长。     

废石掺量对胶结充填体强度及变形破坏的影响

用一定量的粗骨料替代部分全尾砂进行胶结充填，不仅能够提高充填体的强度，还能减小充填体在载荷 作用下的变形，满足了部分矿山较高的充填要求。胶结充填体的强度主要取决于充填料浆的配比，即骨料、胶凝材料、 水的配比。本研究拟采用控制变量的试验方法，基于SEM电镜扫描和XRD试验，探究在废石—全尾砂混合骨料下胶 结充填体强度及变形特性，探究废石掺量（≥40%）因素对胶结充填体强度以及变形破坏的影响规律和机理。研究表 明：随着粗骨料的增加，充填体试样的单轴抗压强度逐渐减小。由于粗骨料含量太多，所形成的骨架太大，水化产物相 对较少未能充分填满产生较多孔隙，对提高充填体强度产生了不利的影响。此外，随着废石掺量的增加，其强度有所 下降，其破坏时的总应变量基本相同；其应力—应变曲线在初期基本重合，主要在端部裂隙闭合阶段之后逐渐分开。     

降雨入渗下开采沉陷区黄土稳定性分析

在降雨入渗引起土体基质吸力减小的基础上,利用土水特征曲线拟合方程求出不同含水量下的基质吸力,导出了非饱和黄土不同含水量及不同深度下的黄土失稳的关系,并进行了对比分析,结果表明:含水量在19%~23%之间黄土失稳半径下降曲线趋于平缓,基质吸力趋向消失,粘聚力将趋于零。     

砂性土地层的注浆加固试验研究

针对浅表砂性土层条件下的井筒施工难题,以内蒙古鄂尔多斯地区的砂性土地层为工程背景,对砂性土层的注浆加固进行了试验研究。运用正交原理,按3因素5水平设计试验方案,测定了不同含水率、浆砂比以及养护时间条件下砂性土注浆固结体的抗压强度、抗拉强度、黏聚力及内摩擦角,分析了3个因素与砂性固结体力学性质间的相关规律。研究结果表明:当含水率为3.4%、浆砂比为1∶4、养护时间为4d时,固结体的力学性能达到最优,各因素对固结体力学性质影响的程度从大到小依次为:含水率、浆砂比、养护时间,且随着含水率的增大,固结体的抗压强度、抗拉强度及黏聚力减小,浆砂比与内摩擦角成反比。     

尾矿砂膏体充填材料毛细吸水特性试验研究

采用ISAT法与吸水动力学法测试膏体充填材料的毛细吸水特性与孔结构变化情况,结果表明:增大粉煤灰与水泥用量均能降低膏体充填材料的表层毛细吸水性,且粉煤灰的效果更显著;增大粉煤灰与水泥用量均能降低充填体的平均毛细孔径;水泥用量增加,尾砂充填体的孔径均匀性系数减小,且均匀性系数随粉煤灰掺量的增加先增大后减小;确定粉煤灰最优掺量,适当增大水泥用量,能够优化膏体充填材料的孔结构,保证其耐久性能。