基于NSGA-Ⅱ算法的废石及尾砂混合充填料配比优化

为了提高高峰矿尾砂充填体强度和解决井下废石利用问题,开展高峰矿废石及尾砂混合充填材料的最优配比研究,设计了四因素四水平的正交试验,采用极差分析获得了影响充填体强度、料浆泌水率和料浆坍落度的主次因素,得到初步满足矿山要求的配比：料浆浓度为83%,灰砂比为0.25,废尾比为1.5,泵送剂添加量为0.5%。根据正交试验数据建立了28 d充填体强度、料浆泌水率和坍落度的二次多项式回归模型,基于NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化,获得最优充填料浆配比。研究结果表明：灰砂比对充填体强度影响最大,料浆浓度和废尾比次之,泵送剂影响最小;灰砂比对料浆泌水率有明显的控制作用,废尾比和料浆浓度次之,泵送剂作用最小;料浆浓度对坍落度影响最大,泵送剂和灰砂比影响次之,废尾比影响最小;多目标优化后的配比：料浆浓度为82.989%,灰砂比为0.240,废尾比为1.419,泵送剂添加量为0.537%,优化后的配比方案所需充填材料成本相比正交试验确定的方案成本下降了2.9%。     

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SPSS的胶结充填配比及多元线性回归分析试验研究

以姑山矿业公司充填开采项目为依托,在已有充填材料的基础上,通过正交设计进行配比试验,利用SPSS软件建立多元线性回归模型,拟合得出各试验指标的回归方程,得到料浆浓度、矿渣微粉掺量和灰砂比对充填体和料浆性能参数的影响规律,确定了因素的主次顺序和影响程度。试验结果表明:影响充填体28 d单轴抗压强度的次序为灰砂比料浆浓度矿渣微粉掺量;影响充填料浆坍落度、泌水率和沉缩率的因素次序为料浆浓度灰砂比矿渣微粉掺量。通过对回归模型作F检验、t检验、回归诊断得到:料浆浓度、矿渣微粉掺量、灰砂比之间不存在共线性,其整体对回归方程、回归系数有显著性影响,多元线性回归方程拟合效果良好。     

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。     

焦家金矿全尾砂胶结充填体强度的试验研究

在焦家金矿使用全尾砂代替分级粗尾砂进行胶结充填，可以满足矿石回采时对胶结充填体强度的要来．影响充填作强度的主要因素是灰砂比和料浆浓度．试验研究获得了胶结试块28天单轴抗压强度对灰砂比和料浆重量浓度的回归方程．     

金厂峪金矿充填尾砂基本性能试验研究

充填尾砂基本性能试验是充填技术应用的基础性工作。通过对金厂峪金矿充填尾砂进行物化性质测定及尾砂沉降试验、饱和度试验和泌水试验,全面掌握了充填尾砂基本特性;根据试验结果并结合强度试验及料浆扩散度试验确定了料浆输送浓度为70%~72%,充填灰砂比(1∶4)~(1∶8),为金厂峪金矿充填工艺及充填系统设计提供了基础数据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

武山铜矿全尾砂膏体流变特性试验研究

为研究武山铜矿全尾砂膏体的流变特性,通过开展不同配比充填料浆的坍落度、稠度和分层度试验,采用 Brookfield R/S 流变仪测试充填料浆的流变参数,并根据膏体流变参数与管道输送阻力的数学模型确定管道输送参数。结果表明 ：充填料浆的坍落度随灰砂比和重量浓度的增加而减小,当浓度超过 74% 时充填料浆的坍落度急骤下降,重量浓度为 76% 充填料浆的坍落度在 20.4~25.62cm 范围内,已达到膏体状态 ;充填料浆的稠度和分层度均随重量浓度的增加而减小,灰砂比的影响不明显,重量浓度 72%~74% 范围内充填料浆稠度均大于 10cm,浓度 70%~76% 范围内充填料浆的分层度均小于 2cm ;充填料浆的屈服应力随灰砂比和重量浓度的增加而增大,当浓度超过 74% 时,料浆的屈服应力急剧增加 ;充填料浆的临界流速随浓度和灰砂比的增加而减小,沿程阻力损失随充填流量和灰砂比的增加而增大 ;推荐充填料浆重量浓度为 72%~74%,充填流量控制在150 m3/h 左右,最大沿程阻力损失为 3.53kPa/m。     

全粒级碎石胶结充填材料及泵送试验研究

为指导四川会东大梁矿业有限公司铅锌矿全粒级碎石胶结泵送充填系统调试及采场规模化充填,开展了充填材料及泵送试验研究。充填材料单轴抗压强度及塌落度测试表明,当充填料浆灰砂比为(1∶6)~(1∶10)、料浆浓度为83%~87%时,充填体3 d、7 d、28 d单轴抗压强度分别为0.14~1.27 MPa、0.48~2.65 MPa、1.75~4.82 MPa,充填料浆塌落度为17.3~23.6 cm。泵送工业试验表明,当充填料浆灰砂比为(1∶6)~(1∶8)、料浆浓度为83%~85%时,泵送系统压力为2.62~9.45 MPa,小于最大正常泵送压力10 MPa,可进行地下采场大规模泵送充填。     

基于改进PCA与有序多分类Logistic的充填管道磨损风险评估

为准确预测矿山充填管道磨损风险，建立改进PCA与有序多分类Logistic回归组合的充填管道磨损风险评估模型。结合实际经验，选取12项指标（9项定量指标和3项定性指标）建立评估模型。依据改进PCA算法，筛除影响力指数小的充填料浆密度和充填料浆腐蚀性2项指标，将优选出的主要指标代入有序多分类Logistic回归模型，依照相应概率大小进行风险性等级判定，最后预测矿山充填管道磨损风险等级概率。该方法摒弃了关联性较低的指标，得到可靠的充填管道磨损风险概率分布，为类似矿山科学预测管道磨损风险及采取有效防护措施提供了理论依据。     

围压与料浆浓度对尾砂充填体峰后损伤演化研究

对于矿山地下深部开采存在的地压问题，选取3组料浆浓度充填试件在RMT-150C压力机上经过不同围压三轴压缩后再进行单轴压缩试验，获得经过3组围压压缩后不同料浆浓度试件的应力—应变曲线数据，并结合Lemaitre应变等价原理，得到全尾砂胶结充填体的峰前后损伤值公式和损伤本构方程。从损伤—应变曲线可知：当料浆浓度一定时，增大围压，充填体弹性变形阶段缩短，更早达到屈服极限且峰值损伤值增大，继续增大围压，充填材料峰值损伤值降低；在低围压条件下，增大料浆浓度抑制了峰前损伤增长,但促进峰后损伤增长；在高围压条件下，随着料浆浓度的增大，充填材料损伤值先降低后升高，促进了试件破坏。     

全尾砂高浓度胶结充填的环管试验

为探明全尾砂高浓度充填料浆的灰砂比、浓度和流速对管道阻力的影响规律，预测工业充填管道阻力，开展中试规模环管试验。根据管壁切应力与剪切速率关系建立管道阻力预测模型，利用灰关联法分析各因素对管道阻力的影响强弱，通过线性回归获取料浆流变参数。结果表明，管道阻力对料浆浓度的变化最为敏感，随浓度增加成二次函数增长。料浆流速对管道阻力的影响仅次于浓度，层流输送时管道阻力随流速增加成线性增长。灰砂比对管道阻力的影响有双重性，灰砂质量比小于1∶8时胶凝材料的黏结作用占主导并增加管道阻力，反之胶凝材料的润滑作用占主导并降低管道阻力。环管试验得到的料浆流变参数明显小于流变仪测试结果且更接近工程实际，管道阻力预测模型的误差小于10%。      

废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型

针对废石全尾砂高浓度充填料浆管输易堵管及充填体分层的问题，开展减水剂、搅拌参数等对料浆均质性影响的试验及料浆均质化定量表征的研究。首先基于泌水?坍落度试验确定了聚羧酸系(PC)减水剂及其掺量区间，获得了PC作用下的料浆流变参数及充填体强度的变化规律。其次，通过图像处理技术分析搅拌料浆表面特征，明确了PC作用下搅拌时长及废尾比(废石与尾矿质量比)对料浆均质化的影响规律。最后，构建了废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型。结果表明，PC作用能够降低料浆的屈服应力与塑性黏度系数，改善料浆流动性。合理掺量可以提升充填体的早期强度，但对28 d强度有削弱。料浆表面图像信息熵越高、黑色像素点占比越小，料浆均质化程度越高，且均质化程度随搅拌时长、废尾比的增大呈先增大后减小趋势。当PC的质量分数为0.26%~0.5%时，料浆均质化程度高，PC质量分数为0.5%时料浆屈服应力和塑性黏度达到最小值，分别为202.25 Pa和0.79 Pa·s。      

采矿废石—尾砂混合骨料在下向分层进路胶结充填采矿中应用的试验研究

为了降低金川矿山充填采矿成本,针对下向分层进路胶结充填采矿法,开展了废石—尾砂混合骨料现场工业充填试验。对废石和尾砂进行了粒度分析与级配研究,选取合适的废石—尾砂配比混合骨料开展现场工业充填试验研究。结果表明：-16 mm废石粗骨料和选矿尾砂细骨料的配比在5∶5~7∶3范围内,此时混合骨料的堆积密实度达到或接近于最大;对于废石与尾砂配比为6∶4和5∶5的混合骨料,当水泥添加量为260 kg/m³时,2种配比的混合骨料的胶结充填体强度均满足金川矿山充填法采矿的胶结体强度要求;采用一段搅拌时废石—尾砂混合骨料充填料浆搅拌不均匀,水泥和尾砂存在结团现象,导致胶结充填体均质性较差,整体稳定性较低,因此,废石—尾砂混合骨料的充填料浆需要采取二段活化搅拌来提高胶结充填体整体质量;对混合骨料充填料浆配比的精确控制,是影响胶结充填体强度和整体稳定性的重要因素。