胶结充填体力学强度尺寸效应

本文通过尾砂胶结充填体配比试验,研究了尾砂胶结充填体强度与试样尺寸和几何形状之间的关系.试验研究结果表明:在相同条件下,胶结充填体强度在试验范围内,随试样尺寸的增加而减小,其呈非线性变化;不同尺寸与几何形状的胶结充填体试样强度之间的换算比例关系为:152mm充填体试样强度大致为72mm和85mm试样强度的3/4,为70.7mm立方体试样强度的3/5.     

胶结充填体抗压强度尺寸效应的试验研究

尺寸变化会影响材料的力学性能参数,充填体作为一种类混凝土材料,其立方体试件的单轴抗压强度具有显著的尺寸效应。保证灰砂比、料浆浓度和养护龄期等条件一致,研究尺寸变化对胶结充填体单轴抗压强度的影响并结合VIC-3D全场应变测量系统对充填体试件的破裂演化过程进行监测。结果表明:胶结充填体的单轴抗压强度随着立方体试件尺寸的增大而逐渐减小,减少近一半,试件的峰值应变随着尺寸的增大而逐渐减小,并稳定在0.9%附近,弹性模量和变形模量随着尺寸的增大而逐渐增大;引入尺寸效应度对试件峰值强度的尺寸效应进行定量分析,尺寸为200 mm的试件的尺寸效应度达到了54%;尺寸较小的试块破坏时表面出现多条裂纹,随着试件尺寸的增大,试件破坏时表面出现显著的宏观破坏带,尺寸较大的试块在达到峰值强度时,局部区域发生严重的损伤断裂,大部分区域并未发生明显的应变变化。     

全尾砂胶结充填体试样强度的尺寸效应试验研究

通过不同尺度的全尾砂胶结充填体配比试验,研究相同质量浓度、砂灰比条件下实验室充填体试样强度与试样形状和尺寸的关系。结果表明:相同浓度与砂灰比的条件下,70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试样的强度最大,76.2mm×152.4mm圆柱体试样强度次之,50.8mm×101.6mm圆柱体试样强度最小。采用线性拟合方法建立了立方体试样与φ50.8mm圆柱体试样,φ76.2mm圆柱体试样与φ50.8mm圆柱体试样之间的强度尺寸效应换算函数,对于探讨胶结充填体尺寸对强度的影响,统一充填配比试验标准,提高充填试验的准确性具有重要借鉴意义。     

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。     

不同形状尺寸充填试样强度研究

通过开展不同形状、尺寸充填试样单轴抗压试验,进行全尾砂胶结充填体强度尺寸效应研究,探究全尾砂胶结充填体尺寸效应现象及不同形状与尺度充填试样间的强度换算。研究表明:在料浆砂灰比和浓度相同条件下,大尺寸充填试样抗压强度高于小尺寸充填试样;各形状及尺寸充填试样强度呈幂函数关系,强度间换算关系与砂灰比及料浆浓度无关,可由同一函数表达。     

金厂河多金属矿尾砂胶结充填试验研究

为保障金厂河多金属矿充填系统的正常运行,亟需确定适合矿山条件的最佳充填参数。通过矿山取样和实验室试验研究,结合矿山采矿方法所需的胶结充填体强度,确定了一步骤采场充填料浆浓度为72%,底部采用分级尾砂胶结充填,灰砂比为1∶4;中上部采用全尾砂胶结充填,灰砂比为1∶6。研究成果可为确定同类矿山尾砂胶结充填参数提供参考。     

尾砂胶结充填体强度影响因素正交分析

大尹格庄金矿2#矿深部矿体采用尾砂胶结充填采矿法回采,为了确定合适的配合比,对不同尾砂的充填体试块进行单轴抗压强度试验,得到不同养护条件下充填体试块的单轴抗压强度,从而得出料浆浓度、灰砂比、养护龄期对充填体试块强度的影响规律。通过正交分析确定了充填体试块强度的主要影响因素。试验研究结论可靠,为大尹格庄金矿充填采矿法的实施提供了依据,同时也对其他矿山充填设计具有一定的指导和参考作用。     

罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验研究

针对罗河铁矿充填料浆浓度波动大,充填料浆灰砂比等关键指标难以控制,并最终影响充填体质量等问题,开展了罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验,对充填材料的物理化学性质进行了测定.同时采用全面法试验,对不同质量浓度和不同灰砂比的全尾砂流动性、流变及其强度进行了对比分析,试验结果表明:罗河铁矿全尾砂-74μm占比达59.87％,...     

尾砂胶结充填材料配比强度变化特性研究

矿山地下矿产资源的开采活动形成大量空区使地表工业及民用场所存在塌陷的风险,为减小矿山资源开采对此周边环境造成的影响,充填采矿法近年被广泛应用于开采实践中去,其中尾砂作为充填材料应用也越来越广泛,而如何调节尾砂胶结材料的配比提高充填强度便显得极为重要。本文以广西省某矿山连选试验全尾砂和水泥为材料,设计灰砂比为1︰3、1︰4、1︰6、1︰8、1︰12五组,料浆浓度为78%、76%、74%、72%四种组合,总计20组配比材料,并对样本试样进行四个龄期（3、7、28、60 d）的强度测试,测试结果显示随着龄期增加充填体试样强度逐渐变大,且料浆浓度的提高对充填体试块的强度增大也是有益的。根据试验测试结果从经济和可行性方面方面综合考量,确定浓度为74%,灰砂比为1︰4时为较优的配比组合,其60 d龄期抗压强度达到2.864 MPa,满足该矿山充填体强度要求。     

疆锋铁矿尾砂胶结充填强度配比试验研究

疆锋铁矿全尾砂属粗粒级尾砂,-200目累计含量为26%,+1 mm粗砂含量达到了18%左右,最大粒径达到了2cm,为了给后续充填系统工艺流程提供一个较好的供矿条件,决定筛除+1mm粗砂。为了研究全尾砂与筛分尾砂(-1mm尾砂)强度的差异性,并验证筛分尾砂强度是否能满足采矿方法要求,对两种尾砂展开了强度配比试验研究,试验结果表明,全尾砂充填强度比筛分尾砂略高,但筛分尾砂作为充填集料的强度也能满足采矿方法需求,同时和易性也较好,最终决定根据不同分层对充填强度的要求,选择不同的尾砂作为疆锋铁矿的充填集料。     

分层尾砂胶结充填体单轴抗压强度的测试研究

采用高阶段空场嗣后胶结充填法的矿山,充填设计常采用不同配比的尾砂胶结充填体进行分层充填。通过室内试验,对灰砂比为16、18的尾砂胶结充填体进行分次充填并测试其单轴强度;对配比一定、浓度不变时的充填体的单轴强度实测值进行拟合,得出了充填体分层数与其单轴抗压强度的非线性回归方程,并剖析了分层充填体破坏时产生端部效应的机理。采用RFPA软件模拟了某铁矿分层充填体的破坏过程,数值模拟结果与试验结果相符,验证了分层充填体端部效应破坏理论的正确性。     

尾砂胶结充填体抗拉强度试验研究

抗拉强度是尾砂胶结充填体的重要强度参数,但由于缺少合适测试方法导致对尾砂胶结充填体抗拉强度的研究不足,不利于胶结充填体的稳定性分析,对矿山安全生产造成隐患。本研究利用将压缩转换成拉伸加载方式,提出一种新的适用于尾砂胶结充填体的直接拉伸试验方法,验证了其可靠性。应用该试验方法测得了多种配比、龄期尾砂胶结充填体的抗拉强度,分析了抗拉强度随灰砂比、质量浓度、龄期的变化规律以及敏感性,可为矿山充填配比设计及抗拉强度测定提供指导。     

不同养护温度下尾砂胶结充填体抗压强度及破坏形态的试验研究

为探究养护温度对尾砂胶结充填体抗压强度及破坏特征的影响,开展充填体单轴抗压强度试验,并通过扫描电镜试验分析不同养护温度下充填体的微观结构。研究结果表明：养护温度的增加有利于提高充填体的早期抗压强度,但当养护龄期超过14d后,充填体的抗压强度随着养护温度的增加呈先增大后减小的趋势;当养护温度处于20℃~30℃时,充填体抗压强度随着养护龄期的增加而增大,但当温度超过30℃后,充填体抗压强度随着养护龄期的增加呈先增大后减小的趋势,并且充填体抗压强度的降幅也随着养护温度的增加而增大;养护温度的改变不会对充填体应力-应变曲线形态产生显著的影响,并且充填体的单轴受压破坏主要经历了孔隙、裂隙压密、线弹性变形、屈服破坏和峰后破坏4个阶段;不同养护温度下的充填体均表现出了明显的拉伸破坏,并且随着养护温度的增加,充填体的变形破坏也越严重;微观结果表明,合适的养护温度能够显著提高充填体微观结构的致密性,有利于强度的发展,而高温产生的自由水蒸发效应会导致水化产物的减少及空隙结构的增多,从而对充填体抗压强度产生不利的影响。     

锡冶炼渣-全尾砂胶结充填体强度特性研究

充填体材料的选择以及强度特性的研究有助于解决矿山生产安全、环境破坏、充填成本等问题。为了将冶炼生产中的固体废渣二次利用,并与矿山尾砂胶结后将其运用于回填矿山采空区,本文选用锡冶炼渣-全尾砂作为充填试验材料,通过室内实验、逐步回归分析以及双因素交互作用分析的方法研究了不同锡冶炼渣掺量、质量浓度、灰砂比、养护龄期下充填体抗压强度的特性。实验结果表明：其他条件固定不变,充填体的单轴抗压强度随养护龄期的增加呈递增规律;同质量浓度及灰砂比条件下,充填体单轴抗压强度随锡冶炼渣掺量的增加呈递减的趋势;28 d养护龄期,质量浓度78%灰砂比1:4,,掺入30%锡冶炼渣强度降至7.04 MPa,与未掺锡冶炼渣强度值9.5 MPa相比,降幅为25.9%。低灰砂比、低质量浓度,掺入同量锡冶炼渣对充填体试件抗压强度影响较小。经逐步回归分析得出充填体单轴抗压强度回归方程以及影响充填体强度大小的因素排序。锡冶炼渣掺量与灰砂比交互作用对充填体的强度影响较为显著。     

尾砂充填料浆泌水特性及其对充填体影响研究

通常认为充填配比固定时,尾砂充填料浆浓度决定充填体强度,但该观点未考虑料浆泌水对充填体的影响.利用测试模具,测试并分析了不同配比与粒级组成的尾砂料浆泌水特性及其对充填体的影响.研究发现:1)少量水泥添加即可显著抑制料浆泌水,采用微胶充填可实现充填采场泌水控制.2)料浆泌水会显著降低不同初始浓度料浆间的浓度差.但泌水后各...     

考虑加载速率效应的尾砂胶结充填体细观声发射特征研究

尾砂胶结充填体作为人工水泥基材料具有显著的加载速率效应,且充填体的变形破坏与声发射特性密切相关。为研究不同加载速率下充填体的细观声发射（AE）特征,本文对尾砂胶结充填体开展了一系列单轴抗压强度测试,确定了强度演化规律,借助颗粒流程序（PFC2D）从细观角度分析了充填体的裂纹演化和细观AE特征,结合能量守恒理论,探讨了充填体的加载速率效应。结果表明：1）充填体的单轴抗压强度与加载速率呈正相关,两者呈二次多项式函数关系。2）数值模拟结果显示,提高加载速率增加了充填体的起裂应力,提前了裂纹萌生的时间并增加了破坏后的总裂纹数,且随着加载速率提高,充填体的破坏模式逐渐由剪切破坏转变为拉剪混合破坏。3）细观AE事件-时间步曲线经历初始期、平静期、缓慢上升期、快速上升期和快速下降期,与试验获得AE特征高度一致。在峰值应力之前AE事件较少,AE事件密集带不明显,在峰值应力之后AE事件以及较大震级的AE事件迅速增加,形成相互贯通的AE密集带。4）边界能、应变能、耗散能与加载速率呈正相关关系,较高的加载速率对充填体裂纹萌生、扩展有一定的阻滞作用,促使试样的储能极限增加,进而改善了充填体的强度性能。然而,峰前较高的能量积累也将导致峰后阶段能量快速释放,对应的细观裂纹数量增加。研究结果可为充填体的加载速率效应和细观声发射特征研究提供参考依据。     

Effect of curing under pressure on compressive strength development of cemented paste backfill

The mechanical performance of cemented paste backfill (CPB) placed in underground openings (e.g., mine stopes) often differs from laboratory-predicted performance, even under the same atmospheric curing conditions (ambient temperature and relative humidity). This is probably due to the specific self-weight consolidation, different drainage conditions and confinement pressures encountered in the paste backfilled stopes. A new test system named CUAPS (Curing Under Applied Pressure System) was designed at the Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT) to assess the hydro-mechanical performance of in situ CPB samples at laboratory scale. The CUAPS apparatus allows the effective curing of CPB samples subjected to an assortment of vertical pressure applications (curing under stresses) that can mimic in situ placement and consolidation conditions. The compressive strength development of CPB samples prepared from sulphide-rich mine tailings from Garpenberg polymetallic mine (Sweden) was investigated using CUAPS apparatus and conventional plastic moulds (unconsolidated undrained samples) in parallel. The effect of curing stress (i.e. simulating different consolidation conditions) on resultant geotechnical index parameters and hydromechanical properties of CPB samples was analyzed. The primary observation is the confirmation that the compressive strength development of the consolidated CPB samples is higher than that of unconsolidated undrained ones. It could be attributed to the removal of excess pore water mainly due to the applied pressure during the effective curing process, which seems to improve consolidation process of the CPB material. The results also account for the differences in the CPB strength observed between laboratory samples and in situ samples. Thus, CUAPS would be more suitable than conventional plastic moulds to collect data for preliminary and final design of CPB systems.     

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。