废石尾砂胶结充填材料流动与强度性能的研究

为了解决极细全尾砂作为充填骨料制备充填料浆脱水困难、充填体强度偏低的问题,通过开展废石尾砂胶结充填试验,改善充填骨料粒级组成,研究废石掺量对充填料浆流动性能及充填体强度的影响规律。结果表明:相比较全尾砂胶结充填,掺入废石可以显著改善充填料浆的流动性能,提高充填料浆的输送浓度;在相同灰砂比和浓度情况下,废石尾砂胶结充填体强度高于全尾砂胶结充填体。因此,废石尾砂胶结充填体可以降低灰砂比,减少水泥用量,消纳地表废石。在云南金厂河矿山开展工业试验,确定了充填参数为浓度80%、灰砂比1∶8、废石掺量60%,原位取芯平均抗压强度为3.36MPa,满足采场充填体强度设计要求。     

不同骨料类型对充填体强度性能的影响及配比优化

为研究骨料类型对胶结充填体强度的影响规律,在室内开展了以全尾 砂、尾砂—河沙及尾砂—废石为 骨料的胶结充填体力学性能试验,分析了不同骨料类型下的充填体强度演化 特征,并结合矿山对充填体强度指标的 设计要求推荐了相应的骨料类型和配比参数。 研究结果表明:采用全尾砂 作为充填骨料时,砂灰比的增大会降低充 填体强度,而料浆浓度的增大能够提高充填体的抗压强度,并且浓度的增加 更有利于改善充填体的早期抗压强度;采 用尾砂+河沙作为充填骨料时,三因素对充填体抗压强度的影响程度为砂灰 比料浆浓度河沙含量,并且砂灰比的增大 同样会降低充填体强度,浓度及河沙含量的增大有利于提高其强度;采用尾 砂+废石作为充填骨料时,三因素对充填 体 3、7、28 d 抗压强度的影响程度为砂灰比料浆浓度废石含量,砂灰比的 增大会降低尾砂废石胶结充填体强度,浓度 的增大有利于提高充填体强度。 综合充填体强度及坍落度的测试结果,建 议采用尾砂+废石作为矿山的充填骨料,配 比参数可设计为灰砂比 1 ∶6、料浆浓度 76%、废石含量 10% ~ 15%。     

基于响应面法的废石-细尾砂充填性能优化试验

为获得满足矿山采矿强度要求的废石-细尾砂充填最佳配比,首先根据混合骨料的堆积密实度和料浆浓度初探试验,初步获得配比范围;在此基础上利用响应面法建立了以废石-细尾砂充填体的3、7、28 d抗压强度为响应值的回归模型,揭示了骨料配比、浓度和灰砂比三因素对充填体强度的影响规律,并通过回归模型优选出充填最佳配比,进行半工业试验验证。结果表明,当充填体养护至3、7 d时,浓度和灰砂比两因素的交互作用影响显著;当充填体养护至28 d时,骨料配比与浓度的交互作用影响显著。当骨料配比1∶3、浓度82%、灰砂比1∶4时,废石-细尾砂充填性能完全满足矿山的充填需求,为废石-细尾砂混合骨料膏体充填性能优化提供了理论基础。     

基于RSM-BBD的废石-全尾砂胶结充填体强度试验研究

为探究废石-全尾砂混合骨料下胶结充填体的强度特性,探明废石掺量、浓度、灰砂比等因素对胶结充填体强度的影响规律,基于RSM-BBD,采用正交试验对问题进行了研究。研究发现灰砂比对混合骨料充填体早期强度的影响明显,料浆浓度对晚期强度影响明显;研究结果证实,混合骨料充填体强度不仅受到灰砂比、料浆浓度以及废石掺量单个因素的影响,而且受到三因素交互作用的影响,料浆浓度和灰砂比的交互作用对充填体早期强度影响明显,废石掺量和灰砂比的交互作用对充填体晚期强度影响明显。     

废石胶结充填体配比优化及与围岩合理匹配研究

为研究废石胶结充填体的孔隙特征和强度变化规律，对不同灰砂比和不同废石粒径比的废石胶结充填体进行了核磁共振和单轴压缩试验，基于能量释放与耗散原理，将室内废石胶结充填配比试验与贵州长田簸箕田1^#矿实际开采情况相结合，分析废石胶结充填体与围岩的匹配程度。结果表明，充填体灰砂比大于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度对废石粒径比不敏感，灰砂比小于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度受废石粒径比作用显著；随着灰砂比的减小，充填体的单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势，废石胶结充填体灰砂比为1∶2时，其单轴抗压强度达到最高值；在相同灰砂比的充填体中，废石粒径比3∶2为最优配比。基于上述试验结果，通过充填体损伤理论对充填体的变形能进行进一步分析计算，并结合贵州长田簸箕田1^#矿围岩开挖实际情况，将试验中第9组废石胶结充填体(灰砂比为1∶3,废石粒径比为3∶2)应用到该矿最合理。     

超细粒级浸出渣与棒磨砂混合胶结充填强度试验研究

为解决凡口铅锌矿超细粒级浸出渣废弃的问题,探究灰砂比、浸出渣与棒磨砂的配比、料浆浓度对充填体强度的影响。设计正交试验并进行浸出渣与棒磨砂混合胶结充填试验,得出各因素对充填体强度影响的重要性顺序,确定出最佳充填配比参数。结果表明,各因素影响充填体强度的重要性顺序为料浆浓度灰砂比浸出渣与棒磨砂的配比;最佳充填配比参数为灰砂比1∶4、浸出渣与棒磨砂的配比1∶6、料浆浓度77%。对不同条件下充填体强度增长规律进行分析,得出充填体强度增长规律:增大灰砂比、料浆浓度可提高充填体强度;在一定范围内,充填体强度随浸出渣用量的增加而提高;细颗粒尾砂越多,充填体水化反应时间越长;充填体强度的增长过程分为增长早期、快速增长期和增长平稳期。     

基于均匀设计的充填体强度特性试验研究

为探究红牛铜矿全尾砂胶结充填体强度特性，以充填料浆浓度、砂灰比、养护龄期为影响因素，基于均匀设计试验方案开展了充填配比试验，并对试验结果进行了非线性回归分析。结果表明:均匀设计试验方法可靠性高；对充填体强度的影响程度大小排序为砂灰比、养护龄期、充填料浆浓度；充填体单轴抗压强度随养护龄期、充填料浆浓度的增大而增大，随砂灰比的增大而减小。     

高硫极细全尾砂充填料配比及输送特性试验研究

针对某铅锌矿全尾砂具有含硫高、粒度极细的特点,在实验室进行了全尾砂充填料配比试验和输送特性测试。充填料配比试验研究表明,全尾砂充填体早期强度逐渐增加,后期强度呈现逐渐降低趋势,并且灰砂比越小,抗压强度降低越明显;灰砂比1:4、质量浓度72%的全尾砂胶结充填料能满足采矿工艺要求,但水泥单耗比较高。坍落度和流变特性测试表明充填料浆质量浓度在70%~72%时表现出明显的膏体特征。试验研究结论为矿山充填系统建设提供了重要依据。     

某铜矿全尾砂/废石复合充填料浆流变特性研究

全尾砂充填料浆流变性能对管道输送及充填体强度有重要影响。对某铜矿充填料浆采用不同配比实验,通过实验数据选取合适的流变模型,用Origin模拟出回归方程,研究了屈服应力、表观黏度与质量浓度、废石掺量、灰砂比的关系。结果表明,屈服应力随质量浓度升高而增大,当全尾砂质量浓度超过70%,屈服应力显著增大;质量浓度为72%时,适量掺入废石能提高充填料浆的初始表观黏度,废石量超过10%,初始表观黏度则会逐渐降低;浓度低于66%,对初始表观黏度几乎没有影响;废石掺量为0时,灰砂比越大,屈服应力越大;废石掺量为10%、20%时,灰砂比大小对屈服应力几乎无影响;废石掺量为30%、40%时,灰砂比越大,屈服应力越小;质量浓度对屈服应力影响最为显著。     

某铁矿胶固粉与水泥胶结充填体强度对比试验

针对某铁矿的充填胶凝材料选择和配比参数设计,开展了全尾砂胶固粉胶结充填体与水泥胶结充填体的强度对比试验。先考察全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法设计试验,测试了不同灰砂比、不同质量浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果显示：该铁矿山全尾砂的加权平均粒径为d_av=0.21 mm,大于0.074 mm的尾砂占53.82%,全尾砂较粗;灰砂比1∶10、浓度70%、28 d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.13 MPa,相同条件下胶固粉胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的2.33倍即2.63 MPa;胶固粉胶结试块强度平均是水泥胶结试块的2.93倍即2.79 MPa。水泥胶结试块不仅强度相对较低,而且增大灰砂比,其强度增长率小于胶固粉胶结试块;降低灰砂比,水泥胶结试块强度不稳定。以上结果表明胶固粉的胶结强度高,成本也低于水泥,是较优的胶凝材料。     

充填体单轴压缩蠕变特性试验研究

以李楼铁矿灰砂比为1∶6的充填体为研究对象, 采用恒定荷载加载方式对充填体试样进行了单轴压缩蠕变试验, 试验结果表明充填体具有特定的蠕变特性。选用伯格斯模型研究了充填体的蠕变变形特性; 利用阻尼最小二乘法对模型参数进行拟合, 得出了相应模型的理论蠕变曲线。结果显示:模型的理论蠕变曲线与试验曲线相吻合, 可较好地模拟充填体的蠕变变形特性。     

基于正交试验充填体力学性能及配比优化研究

针对矿山充填开采成本较高、尾砂和废石等固废处置困难等问题,以废石、尾砂为实验材料,通过正交试验法确定质量浓度、灰砂比及废石掺量对粗骨料胶结充填体流动性及力学性能的影响规律,并确定出合理的配比参数。结果表明：质量浓度、废石掺量及灰砂比均为充填料浆坍落度的显著性影响因素,其中质量浓度的影响最为关键;方差分析结果表明,质量浓度、灰砂比能够对充填体3d及28d抗压强度有显著性影响,而当废石掺量为5%~20%时,废石掺量对粗骨料充填体抗压强度无显著性影响;多元线性回归模型能够准确的反映出粗骨料胶结充填体抗压强度及坍落的变化规律,且构建三维可视化模型能够直观反映出质量浓度、灰砂比及废石掺量的复合作用对充填体性能的影响;基于建立的充填体配比参数寻优模型可得出一组合理的配比参数为：灰砂比为1:9.5,质量浓度为80%,废石掺量为20%。     

尾砂胶结充填体的强度特性及与开挖矿体的合理匹配

为合理确定在嗣后充填法中一步骤采空区充填体临界强度及固化时间的范围,以某铁矿尾砂为充填骨料,开展了不同配比参数下尾砂胶结充填体坍落度及抗压强度试验。建立了尾砂胶结充填体强度增长规律模型,并量化分析了采空区内充填体临界强度及固化时间的合理范围。结果表明：充填体固化强度随着养护龄期的增加呈指数函数递增趋势,且质量浓度越高的充填体强度增长越快;充填料浆坍落度随着质量浓度的增加基本遵循指数函数下降规律,而灰砂比对充填料浆坍落度的影响与质量浓度的范围有密切的联系;构建了能量匹配系数K值表征充填体与开挖矿体间的关系,获得了K值与充填体强度及固化时间的关系。据此定量分析出该矿山一步骤采空区充填体的临界强度为1.9 MPa,确定了灰砂比1:4、质量浓度66%的充填体,固化时间26 d后,方可进行二步骤矿体回采,比现场回采时间提前2 d。     

硬岩铀矿无废协同开采模式及技术研究

针对我国硬岩铀矿开采中效率低、损失大以及堆浸铀尾渣、含放射性废石处置难等问题，结合“协同开采”理念，提出了硬岩铀矿无废协同开采模式。该模式通过调整回采工程布置，优化充填与尾废处置 工艺流程，采取相应的工程技术措施，使采矿与堆浸、采矿与充填、充填与堆排在时间和空间上实现协同，达到安全高效开采铀矿资源和无废处置铀矿冶尾废的目的。以粤北某铀矿为例，分析了现有上向分层干式充 填法和堆浸、尾废处置工艺的特点，开展了堆浸铀尾渣充排试验，改进了采矿方法，设计了采—充—排协同工艺方案，并对其工程应用效果进行了评价。研究表明：灰砂比为1∶10和1∶14、质量浓度为76%的充填体， 能够满足该矿机械化上向分层充填法和地表同步固化堆排的要求；采用无废协同开采模式后，采场生产能力和回采率可分别提升至135 t/d和88.86%，含放射性废石达到地表零排放，堆浸铀尾渣通过井下胶结充填和地 表固化堆排得到了有效处置，矿山经济效益和环境质量得以明显提升。     

金川膏体管道输送特性环管试验与减阻技术

在金川矿山膏体充填系统开展了泵压管道输送特性环管试验, 针对不添加水泥和胶砂比为1∶4的2种全尾砂膏体进行了管道输送阻力试验。结果表明, 膏体输送平均流速为1.2 m/s时, 质量浓度为72.2%, 75.8%和78.9%的管输阻力分别为10, 19和33 kPa/m; 胶砂比为1∶4、质量浓度为78.9%的胶结全尾砂膏体管输阻力为12.5 kPa/m。针对全尾砂与棒磨砂配比分别为6∶4、5∶5和4∶6的3种混合骨料, 开展了膏体管输阻力试验, 结果表明, 在平均流速为1.2 m/s、管输阻力不大于15 kPa/m的条件下, 3种混合骨料膏体可泵送膏体质量浓度分别为80%, 79%和81%; 试验结果还显示, 质量浓度相差1%, 管道阻力损失相差50%~100%, 可见膏体管输阻力对浓度变化十分敏感; 3种配比的混合骨料膏体塌落度大于15 cm, 满足膏体泵压输送要求。膏体减阻试验结果揭示, 添加水泥材料1.5%的YNB型泵送剂, 膏体管输减阻效率可达到68.6%, 相应的膏体塌落度增加88%。     

盘区机械化尾砂胶结充填采矿法

该法为凡口铅锌矿的主要采矿方法之一,目前用该法的产量已占全矿产量的1/3以上。它采用高中段、高分层组合采场的采准方式,用尾砂胶结充填,主要回采工序平行作业。由于作业机械化程度高,因此采场生产能力大。采场生产能力和采矿工效比普通充填法提高一倍,采矿成本降低28.4％.文中介绍该法在凡口矿试验与推广情况;回采工艺中的主要环节;以及获得的主要技术经济指标。     

低温高寒环境下尾砂胶结充填体强度特性研究

研究了低温高寒环境下尾砂胶结充填体的强度特性, 并采用灰色关联分析方法探究了充填体强度对灰砂比、料浆质量浓度和养护时间等强度控制因素变化的敏感程度。结果表明, 低温高寒环境下, 充填体强度随着灰砂比、料浆质量浓度和养护时间的增大而增大, 影响充填体强度的最主要因素为灰砂比, 其次为养护时间, 再次为料浆质量浓度。     

全尾砂新型充填胶凝材料在月山铜矿的应用研究

根据月山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。通过研究全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:该铜矿全尾砂的中值粒径为d50=0.0426mm,大于0.074mm的尾砂占36.8%,全尾砂颗粒细;灰砂比1∶6、浓度70%、28d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.32MPa,而相同条件下新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的3.53倍即4.66 MPa。因此,提出了适合矿山的胶结充填参数:推荐充填料浆浓度68%~70%,新型胶凝材料与全尾砂之比为1∶6~1∶8进行工业充填试验。工业试验结果表明,1#和2#钻孔充填体试样强度均能够满足月山铜矿对充填技术和充填质量的要求,且强度仍有富余,建议矿山进一步优化充填料配比,减少胶凝材料用量,从而节约充填成本。     

废石-尾砂高浓度充填料浆流变参数的确定

以金川矿区废石与尾砂作为骨料,通过级配分析选用最优配合比制备了高浓度料浆。采用法国RheoCAD500型流变仪进行了流变实验,获取了流变曲线。对曲线的变化过程及现有的流变模型进行分析,结果表明,料浆的流变特性是多种模型复合的综合体现,现有的流变模型不能直接用于废石-尾砂高浓度料浆流变参数的回归。故进一步对流变曲线的变化机理及过程进行分析,确定了废石-尾砂高浓度料浆流变曲线的分析方法及流变模型,最终获取相应的流变参数。研究结果可为矿山应用废石-尾砂高浓度料浆提供可靠依据。