磷石膏和粉煤灰胶结充填料的性能试验研究

虽然磷石膏不是理想的充填骨料,但利用具有活化剂作用的粉煤灰等工业废料,作为水泥的代用品,在磷石膏、粉煤灰胶结充填过程中取代一部分水泥用量,可改善浆体的胶凝特性,延长管道使用寿命,对降低充填成本,减少环境污染,推动废弃物的资源化利用具有重要意义,是充填工艺技术发展的一个重要方向。其试验结果显示,用磷石膏和粉煤灰制作胶结充填料是完全满足现场工艺的要求。     

磷石膏充填体强度GA-BP神经网络预测模型

在测试磷石膏充填材料物理化学性能的基础上, 测定了不同配比充填体的强度, 用分形理论揭示了磷石膏充填体强度特征。研究表明, 磷石膏充填体强度与水泥含量、料浆浓度、粒径分形维数、孔隙分形维数及分维数相关率相关。根据充填体强度影响因素, 建立了磷石膏加粉煤灰作为充填料的充填体强度预测的BP神经网络模型。同时利用遗传算法优化BP神经网络的学习过程, 验算结果显示, GA-BP神经网络模型预测误差在4%以内, 具有较高的预测精度。     

磷石膏胶结强度试验研究

磷石膏是一种超细酸性废料,堆放地表不仅占用土地,而且污染环境,为此探讨了将磷石膏充填于井下采空区的可行性,研究了磷石膏的胶结性能。试验发现粉煤灰与磷石膏在胶凝活性、酸碱度等方面具有互补性,通过大量试验和水泥、粉煤灰与磷石膏的胶凝机理研究,得出了磷石膏与水泥、粉煤灰(6~8)∶1∶1的合理配方,井下充填的工业试验结果表明,充填体强度达1.8 MPa以上,且不会对环境和水体产生有害影响。     

磷石膏改性二灰结合料的研究

石灰、粉煤灰胶结体系中,可用磷石膏作粉煤灰的硫酸盐激发剂,但该系统在常温下凝结较慢,早强不高。研究表明:将烧结磷石膏掺入石灰-粉煤灰胶结料,由于半水石膏自身的水化,可缩短胶结料的凝结时间,促进强度发展。电镜扫描结果表明:针柱状晶体的生成促进了胶结料强度的发展。石灰-粉煤灰-磷石膏系统对土具有一定的稳定效果,可用作筑路用无机结合料。     

磷石膏基复合充填材料力学性能试验研究

针对黄麦岭露天转地下充填开采为背景,对该矿的磷石膏复合充填体进行室内单轴抗压强度正交试验,研究不同的料浆质量浓度、磷石膏、粉煤灰、水泥的含量及拌合水p H值等5个因素对充填材料力学性能的影响。对不同配比的复合充填体在分别养护7 d、14 d和28 d后的单轴抗压强度进行测试,同时研究各组配比的坍塌度和泌水率,通过DPS和MATLAB优化工具箱对试验数据进行多元回归分析,最终得到了复合充填材料的优化配比,研究结果表明:当质量浓度为77%、拌合水p H值为12.9,磷石膏、粉煤灰、水泥在比值为5∶12∶3时充填体强度为4.87MPa,坍塌度为208.82 mm。对优化配比进行了试验验证,表明28 d的充填体强度为5.13 MPa,对应坍塌度为196mm。该成果为黄麦岭矿利用磷石膏和粉煤灰提供了理论依据。     

粘土-水泥-磷石膏胶结充填技术试验研究

水泥—磷石膏浆体充填是现在矿山磷石膏胶结充填的主要方式,控制水泥用量是减少充填成本的最直接方法。文章提出用粘土作为水泥替代材料用于井下胶结充填,研究了材料配比、养护龄期、质量分数、添加剂掺量对于粘土—水泥—磷石膏充填体力学性能的影响,说明了粘土—水泥—磷石膏浆体充填具有应用价值。     

磷石膏充填体强度试验研究

磷石膏堆放对环境产生极严重的污染,为了将其应用于充填采矿,对磷石膏和粉煤灰的物理化学性质进行了测试,探讨了磷石膏作充填料的可行性.对磷石膏的胶结体强度进行了系列试验,确定了开磷集团用砂坝矿公路下矿体安全开采的充填配比.     

开阳磷矿磷石膏胶结充填试验研究

磷石膏的大规模利用是一个比较难解决的问题,作者通过研究开阳磷矿磷石膏的物理力学性质及其化学成分,并借鉴其他人员的研究成果,研究得出如下结论在磷石膏中加入少量的水泥、粉煤灰以及适当的添加剂,能够生产出满足开阳磷矿空场法嗣后充填空区的充填材料.     

粉煤灰-脱硫石膏充填材料性能及微观结构研究

为了有效处理电厂两大工业废渣粉煤灰和脱硫石膏,实现火电厂固废资源化利用。将粉煤灰和脱硫石膏与生石灰、水泥以适当比例混合,通过开展泌水率、流动度、单轴抗压试验、X射线衍射、扫描电镜等实验,综合考虑流动性能和力学性能,得到适宜煤矿充填的粉煤灰-脱硫石膏充填材料配比方案。结果表明：粉煤灰、脱硫石膏、生石灰、水泥以3:1:1:1配比时,该矿物掺和料料浆流动度可达300mm以上、泌水率为4.71%。充填体7d抗压强度大于3MPa,28d抗压强度高于4MPa;随着粉煤灰与脱硫石膏比例的增加,7d强度逐渐增大,28d强度呈现先增大后减小的规律。粉煤灰-脱硫石膏充填材料水化产物主要包括钙矾石、水化硅酸钙、水合碳酸铝钙、石膏。水化产物会填充充填体内部的孔隙结构,宏观表现为提高了充填体强度。     

氟石膏粉煤灰胶结充填材料试验研究

采用水泥作为矿山充填胶结材料 ,充填成本高。本项研究以氟石膏为粉煤灰的胶溶剂和激发剂 ,解决了长期以来粉煤灰固化速度慢的问题 ,并以此为基础 ,试验成功了一种新型充填胶结料。它具有粉煤灰用量大、成本低、后期强度高等优点     

湿法烟气脱硫石膏在胶结尾砂充填的应用

利用脱硫石膏的胶凝性能,将之与火电厂废弃物按一定比例混合后,能产生与水泥水化产物相似的成分。在保证充填体抗压强度的情况下,脱硫石膏能取代 10% ~12%的水泥以胶结尾砂充填,从而降低充填成本。并对脱硫石膏胶结尾砂的作用机理进行了探讨。     

石人沟铁矿全尾砂充填胶凝材料配比优化试验

河北钢铁集团石人沟铁矿三期工程采用全尾砂胶结充填采矿法开采,以水泥为胶凝材料时充填成本高。为考察采用固体废弃物开发低成本和高性能的新型充填材料的可行性,以水淬渣为胶凝材料,进行了不同原料配比对充填体强度的影响试验。结果表明：石灰掺量对充填体强度的影响大于石膏掺量;料浆浓度为68%、胶砂比为1∶5条件下,石灰掺量为3%、石膏掺量为16.0%时,得到的充填体强度最高,7 d强度为2.42 MPa,28 d强度为5.87 MPa,可以满足石人沟铁矿充填采矿对充填体强度的要求。试验结果可以为石人沟铁矿实现低成本全尾砂胶结充填开采提供技术依据。     

思山岭铁矿超细全尾砂固结粉充填胶凝材料研究

为了降低思山岭铁矿充填采矿成本,针对矿山超细全尾砂,利用本溪地区矿渣、脱硫石膏等固体废弃物,开展了嗣后充填采矿法所要求的低成本固结粉充填胶凝材料研究。首先设计3因素3水平盐基和碱基激发剂胶凝材料正交试验,获得了充填体3 d强度的固结粉激发剂优化配方为水泥熟料9%、脱硫石膏4%、工业芒硝1%。采用极差分析得到了充填体7 d和14 d强度影响因素权重从大到小排序为：水泥熟料,工业芒硝,脱硫石膏。然后建立BP神经网络模型进行激发剂不同配比的胶结体强度预测,模型预测得到的充填体强度最大相对误差为4.83%,满足训练精度要求。并采用二次多项式拟合,由此获得了适用于超细全尾砂固结粉充填胶凝材料优化配方。固结粉7 d充填体强度优化配方为水泥熟料5.88%、脱硫石膏9.31%、芒硝0%,充填体强度达到2.40 MPa;14 d充填体强度优化配方为水泥熟料5.99%、脱硫石膏9.63%、芒硝0.40%,强度达到3.12 MPa。验证试验结果表明,固结粉胶凝材料充填体14 d强度是胶固粉的1.48倍,而固结粉胶凝材料成本较之降低23%。     

固体充填胶凝材料试验研究与应用

针对目前“三下”采煤充填成本较高和充填效率低下等问题,以矿粉这种低成本水硬性胶材为主,辅以少量石膏和水泥熟料,得到了适用于矿山高效固体充填的早凝、低成本的胶凝材料。通过对矸石粒径级配和胶凝材料固化机理进行了分析,设计正交试验确定出胶凝材料最优配比,即：当石膏5%、水泥熟料25%、矿粉70%时,可实现短时间脱模,表明在该掺量下胶凝材料的水化反应程度最好,其中矿粉中的活性成分能够在早期反应生成水硬性钙矾石(AFt),促进充填体强度的形成。养护后充填体的7d、28d强度可达到3.48MPa、5.11MPa,略低于425#硫铝酸盐双快水泥的7d和28d成型强度,但在成本上具备明显优势。结合工业应用,对实际充填效果、液压支架工作阻力和地表沉陷观测数据进行分析,表明该胶凝材料在提高充填效率、加强顶板管理等方面发挥着积极作用。     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂,以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料,开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示,新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为2.79 MPa,约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反,28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为5.04 MPa,约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出,新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明,砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态,适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa,满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求,与室内试验结果的误差为2.6%,说明室内试验得到的测试数据可靠度较高,并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳,为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂，以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料，开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示，新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%，强度为2.79 MPa，约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反，28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%，强度为5.04 MPa，约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出，新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C—S—H凝胶，胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明，砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态，适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa，满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求，与室内试验结果的误差为2.6%，说明室内试验得到的测试数据可靠度较高，并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳，为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。     

基于正交优化的胶结充填体强度试验研究

针对粉煤灰的潜在胶凝活性及其在工程中的应用情况,本文以磷石膏、粉煤灰和水泥为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、不同配比和浓度下三因素对胶结充填体强度的影响。结果表明,养护龄期对充填抗压强度影响最大,其次是骨料配比,最不敏感的是浓度,同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即骨料配比为1:1:6,浓度为63%,养护龄期为90天。分析结果可靠,对降低充填成本,减少环境污染具有重要意义,并为实际工程应用提供一定的参考。     

钢渣—矿渣基胶凝材料特性研究

以钢渣和矿渣为主要原料,以水泥为碱性激发剂,以盐石膏为氯盐和硫酸盐复合激发剂,制备钢渣—矿渣基胶凝材料。实验结果表明,钢渣、矿渣、水泥和盐石膏的配比为40∶50∶5∶5时,其胶凝材料28 d的强度能够达到20.2 MPa。5%的水泥和5%的盐石膏足以激发钢渣—矿渣基胶凝材料。钢渣—矿渣基胶凝材料的抗压强度是随着矿渣含量的增加而增加。这种材料固废利用率95%,可用于强度要求不高的大体积充填工程。     

基于响应面法的超细矿渣粉-水泥胶凝材料开发及配比优化研究

针对某金矿超细尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料经济效益低、充填效果差、充填体无法接顶等问题,利用当地成本低廉的粉煤灰、矿渣、脱硫石膏等工业固废开发低成本矿山充填胶凝材料。首先,在分析原材料物理化学性质的基础上,基于响应曲面法为依据的Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验;其次,构建以充填体28 d抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察各试验因素对响应目标的影响主次关系,以优化胶凝材料最优配比;最后,借助X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)等微观检测手段,阐明复合胶凝体系中水化产物的类型及强度发展规律。试验结果表明：充填体抗压强度不仅受单一因素的影响,而且受多因素交互作用的影响。水泥与粉煤灰的交互作用影响显著,水泥与脱硫石膏的交互作用影响次之, 粉煤灰与脱硫石膏的交互作用影响不显著。胶凝材料最优配比为水泥添加量27%,粉煤灰添加量48%,矿渣添加量23%,脱硫石膏添加量2%,水玻璃添加量3.5%,芒硝添加量为1.5%,此条件下,充填体28 d抗压强度为3.58 MPa,满足矿山充填采矿要求。复合胶凝体系主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,随着水化反应的进行,二者交错黏结构筑成稳固的空间网络体系,使充填体保持较高的强度性能。     

一种全尾砂充填新型胶凝材料的研制

利用高炉炉渣研制了一种新型全尾砂充填胶凝材料。该新型胶凝材料由矿渣、石灰、石膏和水泥组成,并且加入少量外加剂。采用正交试验,对新型胶凝材料进行影响因素研究,然后通过DPS数据处理软件建立强度与配方的回归公式,最后确定最优配方。试验表明,采用最优配方的新型胶凝材料,全尾砂充填体强度是32.5#水泥全尾砂充填体强度的3倍,同时新型胶凝材料成本与水泥成本相当或略高,由此可以降低全尾砂充填采矿成本达40%~50%。开发的新型胶凝材料已经在石人沟铁矿现场试验和应用,从而进一步验证了该胶凝材料的可行性与可靠性,为提高石人沟铁矿的充填采矿经济效益奠定了基础。