深部采场胶结充填体力学稳定性研究

为达到完全回采矿石,深部采矿过程中胶结充填体被用来充填回采过程产生的采空区。胶结充填体强度配比设计是基于满足采矿过程充填体应稳定暴露的要求。通过工程类比法和理论分析计算法,确定了能够满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。     

煤矿高浓度胶结充填体力学作用分析

随着煤矿充填开采技术的不断发展,充填体力学已成为充填开采的重要组成部分。通过测试不同石灰比条件下(分别为11∶3、10∶4、9∶5、8∶6)高浓度胶结充填体试样的单轴抗压强度,研究了充填体强度变化规律及其力学特性,并分析了充填体与顶板、侧向围岩及底板之间力学作用关系。     

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。     

阶段空场嗣后充填胶结充填体力学强度模型研究

利用普氏平衡拱理论、侧帮楔体滑动理论,构建阶段空场嗣后胶结充填体向临空面滑动的失稳模型,在考虑采场长度、高度、宽度、倾角、围岩和充填体自身材料力学特征、充填体与围岩接触面特性和爆破震动等影响因素的基础上,推导出胶结充填体在极限平衡状态下所需单轴抗压强度理论公式。以某地下稀土矿山为工程实例,开展需求强度设计、影响因素分析和充填配比试验研究,研究结果表明:采场宽12.5 m、高50 m、长40 m和倾角68°时,考虑1.5的安全系数后,充填体设计需求强度1.55 MPa;需求强度随采场长度、高度增加而增大,随采场宽度、倾角增加而减小;采场高度、宽度、倾角和长度对需求强度影响依次降低;推荐灰砂比1∶6、质量浓度78%的充填料浆,28 d抗压强度1.52 MPa,塌落度26 cm,流动度210 mm,流动性能较好,泌水率9.4%,不离析满足生产要求。     

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.     

某矿山胶结充填体力学状态试验研究

根据某矿山现场调查和试验研究,选择有代表性的回采中段进行胶结充填体力学状态试验,获得了有参考价值的下向进路尾砂胶结充填体力学特征,对研究充填体力学状态和矿山生产具有一定的参考作用.     

不同养护龄期下分层胶结充填体力学特性研究

为探究养护龄期对分层胶结充填体力学特性的影响, 对不同养护龄期下的分层胶结充填体进行了单轴压缩试验, 获得了分层胶结充填体的应力 应变曲线,分析了分层胶结 充填体的峰值强度、弹性模量及强度折减系数。结果表明: 分层胶结充填体与完整充填体具有类似的应力 应变曲线, 各养护龄期下应力 应变曲线均分为4个阶段,但是不同养 护龄期之间存在明显区别;分层胶结充填体的抗压强度和弹 性模量随养护龄期的增加而增加;各养护龄期下的分层胶结 充填体的强度折减系数均小于1,分层结构对其强度有明显 的弱化效应,随着养护时间的延长,这种弱化效应减弱,因 此,适当延长养护龄期有利于减弱分层效应。     

胶结充填体对二步矿体作用机理分析

为研究胶结充填体对二步矿体的作用机理,以新城金矿782、792和802 3个一步采场为研究对象,运用FLAC3D数值模拟软件,对一步采场从第3分段开挖充填到第5分段开挖充填中胶结充填体的作用机理进行模拟研究。结果表明：从一步采场第3分段到第5分段开挖充填,二步矿体内的应力值比胶结充填体内的应力值大5～6倍。792采场胶结充填体与二步矿体接触面上产生的塑性区以受拉破坏为主,782、802采场胶结充填体与二步矿体接触面上的塑性区由剪切破坏产生,深度基本保持在1 m左右。一步采场回采至11分层后,顶板沉降量加快,需对顶板进行支护处理,以保证回采安全。     

胶结充填采矿法充填作用机理与稳定性研究

结合金川二矿区的充填采矿工艺，采用现场观测方法及三维有限元分析方法研究了机械化下向分层水平进路胶结充填和无底柱大面积连续开采的充填机理和稳定性，研究表明充填体承受采场地压和变形，盘区间以不留矿柱为宜，推荐采用交错布置的回采与充填方式。     

尾砂胶结充填体力学性能与微观结构研究

胶凝材料水化产物的种类、数量及其微观结构将直接影响尾砂胶结充填体的宏观力学性能。本文采用XRD、TG-DSC、SEM等研究方法,建立了尾砂胶结充填体宏观力学性能(单轴抗压强度)与胶凝材料水化产物种类和数量之间的关系。研究结果表明,随着灰砂比和养护龄期的增长,尾砂胶结充填体内钙矾石等水化产物的含量随之增多,尾砂胶结充填体的单轴抗压强度σc与胶结体中钙矾石的含量x呈一次直线正相关关系,即σc=2.0126x+0.5295,相关性系数为0.9610;增加充填体中AFt的含量有助于提高其单轴抗压强度。     

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。     

侧限高应力固结条件下胶结充填体强度特征及强度激发机理

由于围岩压力的作用,仅用实验室内单轴抗压强度(UCS)无法完全表征深部采场中的胶结充填体(CPB)强度特征。为了研究CPB在深部采场内的强度特征,设计了CPB试样的侧限高应力固结(CHSC)试验方法,开展了侧限固结应力为2.0、4.0、8.0、16.0和32.0MPa的CHSC试验,试验结果表明:侧限固结应力对CPB的强度激发效果显著,不同养护龄期CPB试样的强度激发程度不同,养护龄期与UCS(固结后)呈对数函数关系,固结应力与UCS(固结后)呈指数函数关系。通过电镜扫描对CPB试样在固结后的强度激发机理进行了分析,从微观角度解释了CHSC对CPB的强度激发原理。     

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。     

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。     

尾砂胶结充填体试样早期强度与孔结构关联规律研究

本文为研究尾砂胶结充填体试样单轴抗压强度与其孔结构的关联规律,开展了不同类型胶结剂、不同浓度硫酸盐条件下共8组配比试验,并对养护龄期为28d的所有充填体试样进行了单轴抗压强度测试和压汞法孔结构测试(MIP),系统分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和孔隙结构的关联规律,研究结果表明:(1)密封恒温养护条件下,不同配比的尾砂胶结充填体试样具有不同的单轴抗压强度、孔隙率和孔径分布;(2)尾砂胶结充填体试样的28d抗压强度与其孔隙率存在一定的线性相关规律,即在总体上表现出孔隙率越高强度越低的趋势;(3)尾砂胶结充填体试样中直径大于0.2μm的多害孔体积与其单轴抗压强度的线性相关性比孔隙率与其单轴抗压强度的线性相关性更为显著,说明试样强度的降低主要与多害孔体积增大有关,得了到尾砂胶结充填体试样充填体试样28d强度与多害孔总体积相关性方程。     

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。     

尾砂胶结充填体试样早期强度发展监测探索研究

本文研究不同胶凝材料、不同硫酸盐浓度的尾砂胶结充填体试样的强度发展过程,分别对养护龄期为1、3、7和28天的试样系统进行了单轴抗压强度、基质吸力、含水率和孔隙率测试,分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和基质吸力发展变化的原因及二者的相关性,研究结果表明：密封养护条件下尾砂胶结充填体试样的早期单轴抗压强度与其基质吸力存在显著的线性相关规律,获得了尾砂胶结充填体试样早期单轴抗压强度与基质吸力相关性方程,探讨了基于基质吸力监测尾砂胶结充填体强度的可能性。     

大跨度充填体假顶力学模型及稳定性分析

针对内蒙古某铅锌矿人工假顶暴露跨度大的技术特征,建立了大跨度充填体假顶薄板理论模型,得到了四边固支条件下的大跨度假顶应力表达式,确定了大跨度充填体假顶厚度为3.5 m、强度为4.0 MPa; 利用经济配筋率理论,确定了大跨度假顶纵筋及横筋直径25 mm、间距140 mm的配筋参数; 采用FLAC^3D软件分析了矿房和间柱采场充填体假顶应力、位移及塑性区分布情况,探索了大跨度充填体假顶力学演化规律。研究结果表明,大跨度充填体假顶在其自重及上部充填体作用下能处于稳定状态,并在矿山得到成功运用,验证了所留设充填体假顶厚度以及配筋设计的合理性。