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。     

分段碎石胶结充填采场稳定性计算机模拟

为了探索丰山铜矿分段碎石胶结充填法合理的采场结构参数，依据该矿地质条件和矿岩、充填体的力学地质，采用有限单元法建立力学模型，分析采空区周边的应力状态，提出了合理的采空区结构参数，为采场设计提供了参考依据。     

采空区不同充填接顶率的充填体稳定性研究

以石人沟铁矿-60m水平采空区为研究对象,采用相似试验,结合有限元理论,开展了不同充填接顶率对充填体稳定性影响的研究。试验结果表明:充填接顶率大于50%时,充填体处于稳定状态。采空区不同接顶率的5种钻孔布置方案中,接顶率70%方案(1)为最优,拉应力及其集中区域为最小值,该方案的拉应力较其他4种方案,分别降低了6.64%、6.64%、20.6%和1.7%,在确保充填体达到维护采场稳定的同时,充填钻孔位置和数量的布置得到了优化。     

下行中深孔空场嗣后充填采场结构参数优化研究

充填体下进行矿体回采时采场的稳定性至关重要,合理的采场结构参数对保障采场安全高效的回采起重要作用。以喀拉通克铜镍矿2_^#矿床东段矿体为工程背景,基于现场充填体假顶厚度,通过荷载传递交汇线理论、跨厚度比法、国外经验图表法和经验类比法预估采场极限跨度,并利用FLAC_^3D数值模拟软件对7 m、8 m和9 m 3种采场跨度方案进行数值模拟研究,分析不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响,确定在充填体假顶作用下最优的采场结构参数。研究结果表明：当采场跨度为8 m时,既能保证采场稳定性,又能最大程度发挥采场生产能力。     

金属矿山充填体与围岩体相互作用研究综述

尾矿库失稳和采空区地表沉陷是采矿生产过程的主要伴生灾害,充填采矿法的运用可同时解决上述难题。充填体以自流、泵送或混合输送至地下采场可确保采场围岩体稳定性。其中,充填体如何与围岩体相互作用以维持围岩体的稳定性,是实现充填采矿安全开采的核心问题。从充填体充入采场后受采场条件的影响其自身发生的硬化机理和如何维持围岩稳定性两方面入手,重点论述了当前在充填体与围岩体相互作用关系方面国内外研究现状及其产生的机理,分析了充填体作为自立型人工矿柱、充填体与矿柱组合系统对围岩体的承载能力特性,并对未来重点研究方向进行了总结和展望。研究表明:研究充填体充入采场后与围岩体的相互作用过程,需充分理解充填体充入采场后所体现出的多场环境影响下的材料力学行为;分析充填体的稳定性及其功能,需要探究其力学性质的多元信息表征方法,这是实现对充填体失稳灾害可靠性预警的前提和基础;充填体充入采场后可对围岩体产生局部和区域支护作用,充填体与围岩体的相互作用关系可间接通过充填体的应力分布特征、变形特征反演围岩体的活动信息,充填体可有效控制围岩体的冒顶片帮及其岩爆灾害;通过监测充填体内部应力等信息,实现对岩体活动信息的反演和预测是未来需要研究的重点,地下采场动力扰动特性对充填体内部应力演化的影响、充填体与矿柱组合系统的稳定性和承载特性需要进一步研究,最终实现对深地充填开采方案的改进和优化,为深地矿产资源安全高效开采保驾护航。     

某矿山采场充填工艺技术研究

应用充填采矿法矿山的采场充填工艺方案的合理性,是保障采场充填质量的关键;本文分别从充填参数的选择、井下充填管路设计、井下采场充填关键工序方法等方面进行系统论证采场充填工艺,并根据某矿山开采方案及现场实际情况,针对性的选择适合该矿山井下充填工艺方案,经现场生产验证,所推荐充填工艺能够满足生产需求,且充填效果良好。     

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。     

充填体矿柱刚度对采动地压分布影响分析

为研究充填体变形特性对采动压力分布的影响规律,采用弹性地基梁理论和结构力学理论,构建了充填体矿柱采动地压分布力学模型,给出了充填体变形参数影响下的矿柱压力理论解析解,分析了不同刚度比对采动地压分布影响规律,并提出了基于充填体与围岩变形参数匹配的充填体力学设计方法。研究结果表明：充填体与围岩变形参数对充填采场采动压力分布影响显著;岩体与充填体弹模比小于1000时,围岩及充填体采动压力对弹模比的参数敏感度较高;在充填体参数设计时,应将岩体与充填体弹模比控制在1500以内,为类似充填开采矿山的充填体力学设计提供了有益参考。     

充填体与岩体强度合理匹配下的采场结构参数优化

选取合理的充填配比和采场结构参数是采用阶段空场嗣后充填采矿法矿山实现安全回采和提高生产效率的有效措施。根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近的原则,确定了符合中关铁矿的最佳充填配比为1∶6。在此充填配比下,针对中关铁矿的开采技术条件,对影响采场稳定性的矿房长度、矿房跨度和顶板厚度这3个因素进行了3因素3水平的正交试验设计,得到9种试验方案。运用FLAC3D对9种不同方案的采场结构参数进行模拟计算,分析对比了各方案矿房回采充填后采场顶板和充填体矿柱的应力及位移分布情况,研究了各因素对采场稳定性的影响顺序,进而对采场结构参数进行了优选。计算结果表明：矿房长度和矿房跨度是影响采场稳定性的重要因素,最优的结构参数为矿房长度50 m、矿房跨度18 m、顶板厚度8 m,该结构参数下能够保证采场的稳定性且能有效提高矿山生产能力。     

三山岛金矿采场充填脱水工艺改进措施

采场充填脱水效果对充填体初凝时间及其短期和长期强度产生较大影响,三山岛金矿采用溢流管溢流脱水和充填挡墙的土工布渗透脱水,脱水效率不能满足现场工作要求。为此,在充填脱水理论研究的基础上,分析了影响充填脱水速度的主要因素,提出了多项充填脱水改进措施。增设竖直或倾斜的脱水管,更有效地排出充填采场中的重力水,同时避免充填料浆中细粒级颗粒堵塞脱水管。改进充填挡墙设计和滤水布的选取,避免细粒级颗粒短时间内聚集在滤水布附近,影响渗透脱水效果。设计充填管道滤水器,在充填料浆进入采空区前,过滤充填料浆中的部分自由水,提高了充填采场中料浆的浓度,减小了采场充填脱水工作量。改变矿山简单脱水方式,进一步提高采场充填脱水效率,避免影响下一步开采工作的顺利开展。     

大体积充填体下胶结充填法回采进路参数优化研究

为了提高金川二矿区深部下向进路式胶结充填法开采效率,针对大体积充填体下大断面进路生产的安全可行性问题,通过弹塑性理论和三角塌落拱理论计算充填体人工假顶均布荷载,并依据简支梁理论和薄板理论对深部850 m水平中段回采进路宽度进行理论计算,在现有回采进路参数基础上,设计了9组不同回采进路参数的试验。通过数值模拟,分析了各组参数下进路断面的应力、位移、平均屈服率变化特征和采场安全系数,以生产效率及开采安全为目标,得出金川二矿区深部大体积充填体下的胶结充填法回采进路宽度可增加至6 m、分层高度可增加至4.5 m。现场局部试验结果表明,增大参数后的进路顶板和两帮稳定性较好,能满足安全生产的需要。     

全尾砂分级充填新工艺的研究

近年来，全尾砂充填已成为地下采矿主要的发展趋势。然而，目前全尾充填系统一般采用真空过滤、高速搅拌与高浓度泵送技术，系统投资很大，其应用受到很大的限制。在鑫汇金矿充填工艺研究中，采用分级充填的方法，将粗尾砂用立式砂仓充填系统制浆，送入井下作一步骤采场的胶结充填；细尾砂则用细尾砂充填系统脱水、浓密，送入井下二步骤的采场充填。该全尾砂分级充填技术，既充分利用了产出的尾砂，又提高了一步骤采场胶结充填体的强度，并具有投资小、工艺简单、充填成本低等诸多优点，解决了中小矿山全尾砂应用的问题。     

充填开采充实率控制原理及技术研究

为评估固体充填开采采空区充填效果,提出以充实率作为技术衡量指标,并分析了影响充实率的关键因素。研究表明,顶板的提前下沉量、欠接顶量和充填物料的压缩变形量是决定充实率的三大关键因素,并据此优化了充填设备的结构及性能参数、改进了充填工艺、建立了充实率监控体系。该成果成功应用于平煤十二矿充填采煤工作面,采空区的实际充实率达到89.4%,实测地表最大下沉量仅15 mm,保证了地表建筑物的安全使用。     

全尾砂高水固化充填及底柱采场充填接顶试验研究

全尾砂高水固化充填是一种具有不脱水、速凝、早期强度高等特点的新型充填技术。本文介绍了铜绿山矿全尾砂高水固化充填试验工艺，以及利用该技术实现底柱采场充填接项的试验研究。     

用Mathews稳定图法与数值分析法优化充填开采矿山采场结构参数

应用空场法嗣后充填的方式进行采矿是一种高效的采矿方法,已成为特大型地下矿山采矿技术发展的一大趋势。结合Mathews稳定图法和FLAC3D数值计算方法,利用Mathews稳定图法初步选定采场结构参数,而后利用数值方法在初选方案中进行比选获得最优采场结构参数。以张庄铁矿为例,对应用阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法开采厚大矿体进行研究,分析了不同结构参数以及不同暴露面积条件下采场的稳定性,从而得出合理的采场结构参数,为阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法在矿山的应用和推广提供一定的依据。     

某矿山全尾砂似膏体充填配比试验研究

某矿山目前采用立式砂仓自然沉降后的粗粒级尾砂进行自流胶结充填,存在充填体泌水量较大,凝固时间长,强度低等问题。针对该矿山现有充填方式存在的问题,结合膏体充填的优势,开展了该矿山尾砂似膏体充填配比试验研究。主要对该矿山全尾砂和分级尾砂进行了物化性质分析,在此基础上开展了全尾砂和分级尾砂似膏体充填配比试验研究,对比分析了2种尾砂充填体的坍落度、泌水率以及单轴抗压强度等指标,结合矿山生产对充填体强度的要求,确定满足生产要求的最佳配比。研究结果表明:充填骨料采用全尾砂较分级尾砂效果好,全尾砂充填体强度能满足矿山生产需要,并根据矿山生产实际,提出了全尾砂似膏体充填配比方案。     

喀拉通克铜镍矿下向空场嗣后充填采场充填体配比研究

充填体强度是影响地下采场稳定性的重要参数。本文以喀拉通克铜镍矿为研究对象,通过理论计算分析确定了喀拉通克铜镍矿下向空场嗣后充填采场充填体胶结充填体强度要求,即3 d强度不小于0.7 MPa,同时通过对矿山胶结充填体进行抗压强度试验,得到了不同浓度、不同配比的28 d抗压强度,并对数据进行拟合,得到了不同浓度条件下砂灰比与充填体强度关系,最后,根据试验结果,获得了满足矿山需求的胶结充填配比方案。     

接顶率对充填体稳定性的影响研究

为了研究充填接顶率对充填体稳定性的影响,运用MIDAS有限元软件建立了不同接顶率下胶结充填矿柱稳定性分析模型。在研究影响充填接顶率主要因素的基础上,得到充填次数与充填接顶率的关系方程。采用MIDAS软件创建了11个不同接顶率的矿岩及充填体模型,通过分析不同充填接顶率时胶结充填体的受力状况,对胶结充填体安全稳定性进行综合评价,从而得到较合理的充填接顶率。将该研究成果运用于某多金属矿山,当一步采场充填接顶率为72.6%时,充填次数少、充填成本低且能保证采矿作业的安全性。该研究为其他类似矿山科学合理地提高充填接顶率提供了一种全新的指导方向。     

上向水平进路充填采矿法在和睦山铁矿的应用研究

运用分段空场嗣后充填采矿方法后,和睦山铁矿后观音山矿段出现矿岩节理发育、采场安全性较差、矿石损失率较大等问题。基于采场作业安全、地压稳定、提高矿石回收率等方面考虑,提出了上向水平进路充填采矿法。通过对比分析,结果表明该方法具有安全可靠和经济技术指标先进等优点,使矿山总体效益提高。     

崩落法开采对塌陷区回填体沉陷影响的数值分析

运用UDEC软件对地下矿体采用崩落开采后塌陷区回填体的沉陷变化进行了数值模拟分析。结果表明，回填域内的位移呈“中间大，两端小”的现象，且位于矿体正上方的沉陷尤为显著，整个回填区域内似“V”形沉陷盆地，最大下沉值约为30 m。利用UDEC软件正确模拟与预测地下开采后地表回填体的运动规律，为矿区安全回填工作的顺利开展提供科学参考。