尾砂胶结充填体强度特性试验研究

以尾砂胶结充填体试块为对象,选取对强度敏感性最高的影响因子——龄期,对不同龄期的尾矿胶结充填体进行单轴抗压强度和直接剪切试验,分析了尾砂胶结体的强度规律及破坏特征。试验结果表明:尾矿胶结体的强度随着养护龄期的增加而升高,其中7~28d强度增加较为显著,并建立抗压强度、抗剪强度与龄期回归方程,为后期充填采矿设计和降低采矿成本提供了依据。     

充填体—边界介质组合体剪切力学特性与参数分析

充填体—边界介质组合体接触面的剪切力学特性与参数是研究充填采场应力分布与充填体揭露稳定性评价的基础数据。通过室内直剪试验与RFPA^3D数值模拟试验联合手段,对3种灰砂配比(1∶4、1∶8和1∶20)、4种接触面法向应力(50 k Pa、100 k Pa、150 k Pa和200 k Pa)的充填体—边界介质组合体(充填体—围岩、充填体—矿体、胶结充填体—非胶结充填体)的剪切力学特性与声发射特征、黏聚力和内摩擦角参数变化规律进行了分析。结果表明:随灰砂配比降低,充填体—围岩组合体峰值剪切强度减少,破坏模式由脆性变为延性,破坏形态由颗粒粘连、块状粘连到凸起体尖端被剪断。灰砂配比1∶4组合体发生破坏时剪切应力垂直下降,振铃计数率突然骤增,其他阶段振铃计数率相对较小。灰砂配比1∶8和1∶20组合体从裂隙压密到破坏阶段,声发射振铃计数率密集,剪切过程中有明显剪胀变形;充填体—边界介质组合体接触面的峰值剪切强度随法向应力、灰砂配比降低而减少。胶结充填体—围岩接触面峰值剪切强度略小于胶结充填体—矿体强度,胶结—非胶结充填体组合体峰值强度远小于胶结充填体—矿岩组合体,接近非胶结充...     

下向矩形进路充填体强度需求应用

通过采用弹性力学简支梁、薄板及加拿大米切尔理论模型等分析方法，结合尾矿胶结充填体的物理力学参数，计算了下向矩形进路充填体顶板的理论强度需求。同时，通过近两年充填站取浆养护充填体的强度试验数据，统计分析了可定量表征实际充填强度工业离散性的浮动安全系数，最终得出了适用于企业现阶段充填质量控制水平的下向进路充填体实际强度需求。通过研究和试验，优化了充填配比设计参数，达到了合理降低胶结充填成本、提高矿山综合经济效益的目的。同时，为类似矿山下向进路充填体强度需求优化提供参考。     

基于直剪试验的胶结充填体与岩石接触面力学特性研究

采场充填体与围岩接触面处的强度参数对研究采场充填体应力分布及其揭露稳定性具有重要意义。本文对全尾砂胶结充填体与花岗岩光滑面形成的充填体—岩石接触面试块进行了直剪力学试验研究,从充填体灰砂比（1:4、1:10和1:20）、养护龄期（7d和28d）及接触面法向应力（50kPa、100kPa和150kPa）、三个方面研究对比了接触面的剪切峰值强度和残余强度,探索了接触面的内摩擦角和黏聚力的相互关系。结果表明：充填体-岩石接触面的峰值剪切强度和残余剪切强度均随法向应力的提高而线性增加;接触面的峰值剪切强度随灰砂比、养护龄期的增加而显著提高,但接触面残余剪切强度随灰砂比和养护龄期的改变基本无敏感性;接触面的内摩擦角明显大于等配比和龄期充填体的内摩擦角,而接触面的黏聚力则小于等配比和龄期充填体的黏聚力,并得出了接触面内摩擦角和黏聚力分别与等配比和龄期充填体内摩擦角和黏聚力的线性相关换算关系。     

锚杆锚固段极限抗剪强度参数试验

锚杆支护是地下工程稳定围岩的有效支护手段之一,围岩与锚固体界面之间的极限抗剪强度参数确定对锚杆支护设计有重要的工程应用价值.为了在锚杆设计中能方便准确的确定锚固层的抗剪强度,基于弹塑性理论,建立了锚杆在拉拔力作用下的理论模型,推导了锚杆作用过程的荷载传递函数,得出了锚固层界面的极限抗剪强度参数与锚杆拉拔试验曲线之间的理论关系式,确定了煤矿巷道锚杆支护树脂锚固剂与煤岩体之间的剪切强度参数.结果表明:利用锚杆拉拔试验曲线,可以很方便求得锚固层黏结强度以及锚固层界面剪切刚度系数,为锚杆支护设计提供参考依据.     

考虑龄期的全尾砂胶结充填体强度预测模型建立及试验验证

为了探究养护龄期对充填体强度的影响规律,制作了标准的全尾砂胶结充填体圆柱试件,在标准养护条件下养护了不同的时间,再对其进行单轴压缩试验,记录不同龄期试件的破坏形式和应力应变曲线,分析破坏形式,最后寻找合适的函数模型对充填体的强度进行拟合验证。结果表明,不同养护龄期下的胶结充填体的抗拉性能均较弱,破坏形式均为拉伸破坏;混凝土的2个经典强度预测模型对全尾砂胶结充填体较为合适,尤其是ACI 209模型可以简明准确地预测不同龄期下胶结充填体的强度。     

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。     

卤水对尾砂胶结充填体的强度影响试验研究

为了研究卤水对尾砂胶结充填体强度的影响规律,开展了不同养护龄期、不同搅拌水、不同灰砂比条件下的充填体的强度试验,试验结果显示：充填体试块强度与养护龄期呈乘幂函数关系： 。卤水会提高充填体的早期强度(7d),但会降低充填体的长期强度(7d~28d)。通过对充填体强度影响因素极差分析,养护龄期为影响充填体强度的主要因素。     

胶结料浆梁拼板中不同弱面的抗剪性能试验研究

结合金川矿区深井开采复杂条件,选取典型区域进行现场取样。选择RYL-600微机控制岩石剪切流变仪,通过施加不同的正压力(围压)对4组梁拼板进行抗剪试验。试验结果表明:在抗剪联接条件下,高浓度砂浆梁拼板与分级尾砂膏体梁拼板的抗剪强度,都明显大于非抗剪联接条件下对应料浆梁拼板的抗剪强度。无抗剪联接条件下,分级尾砂膏体梁拼板试件的抗剪强度,大于高浓度砂浆梁拼板试件的抗剪强度。在抗剪联接条件下,2种料浆梁拼板试件的抗剪强度基本接近。研究表明在相邻充填进路间增加抗剪联接结构,可以改善进路充填体弱面之间的抗剪性能,进而提高充填体的整体稳定性。     

胶结充填体强度敏感性分析及灰砂比优化

以李楼铁矿尾砂为原材料,采用水泥作为胶结材料,制作尾砂胶结充填体,进行尾砂基本物理化学参数和单轴抗压强度的测定。研究了尾砂胶结充填体强度与料浆浓度、灰砂比及养护龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析。胶结充填体强度随着料浆浓度的增加呈线性增长,随灰砂比和养护龄期的增长呈指数增长。胶结充填体对灰砂比的敏感性最高,养护龄期次之,料浆浓度最低。在工程应用中,对6个大型充填采场的胶结充填体取芯强度进行分析,采场取芯强度比实验室试块强度高1.59 MPa,在满足采场不同段高强度的基础上,20～50 m部位充填配比由1∶6降为1∶8,进而降低充填成本。     

胶结充填体波速-密度双参数强度预测模型研究

抗压强度是表征胶结充填体力学性质的重要指标，是确定采场充填方案的基本依据，快速、准确地确定胶结充填体抗压强度值，对于保障采场安全意义重大。分析了胶结充填体强度的影响因素，为克服单一预测指标的不准确性和预测指标过多的复杂性，选取了较易获取的胶结充填体初始超声波波速和密度两个参数，构建了波速-密度双参数预测指标T，运用预测指标构建了胶结充填体强度预测模型，并进行了验证。研究表明：①胶结充填体单轴抗压强度的影响因素有组成成分、结构尺寸以及养护环境，主要影响因素为组成成分；②将试验数据应用所构建的强度预测模型、典型强度预测模型分别进行了曲线拟合，对比分析得出所构建的强度预测模型拟合结果良好，相关系数均达到0.98以上，可以较好地预测胶结充填体强度。利用波速-密度双参数进行胶结充填体强度预测具有可行性，为准确预测胶结充填体强度提供了新的思路。     

胶结充填体波速-密度双参数强度预测模型研究

抗压强度是表征胶结充填体力学性质的重要指标，是确定采场充填方案的基本依据，快速、准确地确定胶结充填体抗压强度值，对于保障采场安全意义重大。分析了胶结充填体强度的影响因素，为克服单一预测指标的不准确性和预测指标过多的复杂性，选取了较易获取的胶结充填体初始超声波波速和密度两个参数，构建了波速-密度双参数预测指标T，运用预测指标构建了胶结充填体强度预测模型，并进行了验证。研究表明：①胶结充填体单轴抗压强度的影响因素有组成成分、结构尺寸以及养护环境，主要影响因素为组成成分；②将试验数据应用所构建的强度预测模型、典型强度预测模型分别进行了曲线拟合，对比分析得出所构建的强度预测模型拟合结果良好，相关系数均达到0.98以上，可以较好地预测胶结充填体强度。利用波速-密度双参数进行胶结充填体强度预测具有可行性，为准确预测胶结充填体强度提供了新的思路。     

镍渣胶结充填体动静加载状态下的强度特性

对水淬二次镍渣胶结的充填体试件进行了动静加载状态下的强度特性试验研究。研究结果表明:随着胶砂比的增大,充填体试件的静态抗压强度和动态抗压强度都有不同程度的提高;但在动态加载状态下,充填体试件的抗压强度明显高于静态条件;在胶砂比为1∶4时,充填体28d的抗压强度,动态加载条件下比静态加载条件下高57%,抗拉强度高72%,动态抗剪强度高127%。在动态荷载条件下,充填体试件抗拉强度和抗剪强度的增加趋势相比抗压强度增加更为明显。     

超细全尾砂胶结充填体强度特性研究

甲玛铜矿采用空场嗣后胶结充填采矿法开采厚大矿体,采用超细全尾砂胶结充填,为掌握该类型的尾砂胶结充填体在高寒地区的强度特性,本研究通过设计砂灰比(4、6、8、10、12)、料浆浓度(60%、62%、64%、66%)和养护龄期(7 d、14 d、28 d)3种因素,分别在平原和高原地区两种环境下开展单抽抗压强度试验,获得了超细全尾砂胶结充填体试件在室内标准养护条件和井下硐室低温条件下的强度发展规律,并分析了两种养护条件下强度差异产生的原因,有效指导了高寒高海拔环境下甲玛铜矿的充填作业。     

冲击加载下养护龄期对掺膨润土充填体力学破坏特征研究

深部开采中爆破、地震波等冲击对不同养护期的胶结充填体稳定性造成破坏,威胁采场安全。为此采用霍普金森杆试验系统对充填体试样进行单次冲击试验,分析爆破荷载下不同龄期掺膨润土全尾砂胶结充填体的动力学特性。试验结果表明：动态冲击曲线存在多个波峰,养护早期(3d、7d)表现为动态强度硬化(峰值应变0.005左右),后期(14d、28d)为动态强度软化(峰值应变0.002左右);充填体DIF与膨润土掺量正相关,与龄期负相关;养护龄期3~14d时,动态抗压强度、吸收能、单位体积吸收能随膨润土掺量的增大呈先降后升趋势(10%为临界点),28d时,两者正相关,养护龄期的延长可以提高充填体吸收能量的能力,增强抗冲击性能;养护早期韧性指数随膨润土掺量的增大而降低,养护后期两者关系表现为正相关且敏感性更高、增幅更显著。     

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。     

粉煤灰对三山岛金矿充填体强度影响的试验研究

为了研究和提高三山岛金矿分级尾砂胶结充填体的抗压强度,在充填体中加入粉煤灰及粉煤灰活化剂(CaO)以提高充填体的早期强度。设计了不同粉煤灰掺量替代胶结剂的充填体强度试验和最优粉煤灰掺量条件下不同CaO掺量的充填体强度试验,研究了粉煤灰掺量和CaO掺量与充填体强度之间的关系,并对出现这种关系的原因进行了理论分析。试验结果表明,当粉煤灰掺量为5%时,充填体试样的强度最大,充填用水中的Na+、Ca2+、Cl-离子对提高充填体的早期强度起了关键作用。当CaO掺量为最优粉煤灰掺量的20%时,各养护龄期的充填体强度最大。最终确定三山岛金矿分级尾砂胶结充填体粉煤灰掺量为5%,粉煤灰活化剂(CaO)的掺量为20%。     

大尹格庄金矿深部采场胶结充填体强度研究

依据工程类比和理论计算分析，确定了大尹格庄金矿深部采场的胶结充填体需求强度，即3 d充填体强度不少于0.5 MPa，整体稳定强度不少于1.0 MPa。同时，对大尹格庄金矿的尾矿进行了胶结充填体抗压强度试验，得到了不同灰砂配比、不同料浆浓度、不同养护时间的分级尾砂和全尾砂胶结充填体抗压强度；根据试验结果，获得了满足矿山需求的胶结充填配比方案。     

下向进路分层充填模拟研究

针对红石矿区新开拓矿体与围岩都极其破碎,自然塌落现象严重的情况,提出利用下向进路分层充填采矿法对破碎矿体进行开采。利用FLAC3D数值模拟软件,对充填体和围岩进行应力应变分析,建立模型分析不同分层在回采过程中围岩的位移及应力变化范围,进而确定胶结充填体的强度要求,保证安全高效作业,指导现场井下试验,满足开采需求,对类似矿山具有一定的指导意义。     

某铁矿采掘石渣注浆胶结充填试验

为解决了井下采掘石渣处理问题及降低充填成本,利用水泥、全尾砂、石渣、粉煤灰、水等材料进行胶结充填体试验。在定制的注浆容器中填充井下石渣,并根据拟定的不同配比注入充填料浆,养护形成胶结充填体,获取不同配比下注浆压力、填充率、注浆用量及充填体强度等参数,验证了回填石渣的可注性及胶结充填体稳定性,并与全尾砂胶结充填比较,证明具有较好的经济性。