基于正交试验的膨胀充填料浆流变特性及管输阻力计算模型研究

针对某铁矿采用膨胀剂进行全尾砂胶结充填接顶,为探究不同浓度、灰砂比及膨胀剂掺量下的尾矿膏 体流变特性及管输阻力的计算模型,采用三因素三水平正交试验,开展全尾砂胶结膏体流变试验。 试验结果表明:料 浆浓度是影响膨胀充填料浆屈服应力与塑性粘度的主要因素,灰砂比次之,膨胀剂掺量对屈服应力的影响较小,对塑 性粘度几乎无影响;结合极差、方差分析及正交试验数据,建立了流变参数的计算模型,该流变参数模型满足多元非 线性回归方程,并基于传统阻力计算公式,提出了考虑质量浓度、灰砂比、膨胀剂掺量的管输阻力新模型。 并以罗河铁 矿为工程背景验证了管道阻力计算新模型的准确性,表明采用考虑质量浓度、灰砂比、膨胀剂掺量的阻力计算新模型 相比传统仅考虑流变参数的阻力计算模型更符合膨胀充填料浆在水平管道所受实际阻力。     

高硫尾矿充填体强度演化规律及其机理分析

针对国外部分金属矿山由于脱硫工艺及运输成本高等原因倾向于直接使用采选后的高硫尾矿(含硫量 >30%)用作充填材料的现象,采用全面法试验设计,研究灰砂比和料浆浓度对高硫尾矿充填体的长期强度影响规律, 并通过 XRD 和 SEM 等方法对高硫尾矿充填体中水化产物和微观结构进行微观机理分析,判断高硫尾矿是否适合直 接用作充填材料。 结果表明:灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响非常明显,提高灰砂比或料浆浓度能够明显增大 充填体强度。 当料浆浓度为 72%和 74%时,充填体长期强度损失率随着灰砂比的提高先增大后减小;当料浆浓度为 76%时,充填体长期强度损失率与灰砂比则成正比关系。 在 1 ∶24 灰砂比条件下,74%浓度料浆和 76%浓度料浆的充 填体长期强度损失率相近;在 1 ∶12 灰砂比条件下,充填体长期强度损失率随着料浆浓度的提高先增大后减小;在 1 ∶8 灰砂比条件下,充填体长期强度损失率与料浆浓度成反比。 XRD 及 SEM 研究结果显示充填体水化反应中除了含有 大量未反应的黄铁矿,还会生成石膏和少量钙矾石等膨胀性产物,不仅会造成 C—S—H 凝胶发生脱钙现象,还会引起 充填骨架出现裂隙,导致充填体长期强度的减小。 因此,矿山使用高硫尾矿进行充填必须考虑充填体在不同龄期的 劣化程度,以及是否满足该龄期下的强度要求。     

堆存温度对半水磷石膏胶凝性能影响

半水磷石膏（HPG）长时间堆存状态下会出现固结现象,其胶凝性能也相应下降。以室内HPG结晶水检测和单轴压缩试验为基础,通过设定4种不同堆存温度,分别为20,40,60和80 ℃,探究不同堆存温度作用下HPG试样结晶水质量分数变化和堆存后制备的充填胶凝材料（HCM）抗压强度发展规律,并采用扫描电镜等微观分析手段研究堆存温度对其强度影响机制。结果表明,堆存温度对HPG胶凝性能影响显著,高的堆存温度会加快HPG试样中的自由水转变为结晶水速率,而且会抑制堆存后制备的HCM强度发展。采用数据标准化对不同堆存温度作用后的试样抗压强度作出预测,被证实与实测值较吻合。微观分析发现,堆存温度主要影响体系的过饱和度,而使不同堆存温度作用后制备的HCM微观形态表现差异。      

半水磷石膏充填强度影响因素试验

为充分利用半水磷石膏的胶凝活性,将半水磷石膏作为矿山充填胶凝材料,采用XRD、XRF和SEM分析半水磷石膏的物化性质和微观形貌;通过正交试验,确定半水磷石膏充填材料的最优配比为生石灰掺量1.5%、尾砂掺量0%、结晶水质量分数5%;单因素试验结果表明,半水磷石膏强度性能与生石灰掺量、搅拌时间正相关,与半水磷石膏结晶水质量分数、水溶磷质量分数、尾砂掺量负相关,为使半水磷石膏充填材料3 d强度达到3 MPa,充填材料中生石灰掺量应不少于1.5%,搅拌时间不少于10 min,同时,半水磷石膏原材料水溶磷质量分数应小于4%、结晶水质量分数应小于10.3%,尾砂掺量不大于60%.微观分析表明,各影响因素主要通过影响半水磷石膏水化产物晶体形貌、晶体结合触点的强度和水化产物体积率对半水磷石膏充填体强度产生影响.     

电场作用对提高微生物浸矿性能的影响

在排土场微生物强化浸出过程中,结合电场生物工程技术,以氧化亚铁硫杆菌为研究对象,提出利用电场作用提高微生物浸矿性能的方法,探讨电场作用对微生物生长代谢以及渗流特性的影响。结果表明：电场作用对氧化亚铁硫杆菌生长代谢的影响非常明显,适当的电场可有效强化其生长代谢能力,过高的电流会抑制氧化亚铁硫杆菌生长;电场作用下,排土场孔隙中微生物的渗流能力明显增强,微生物电动渗流效应在渗透率高排土场中尤为明显。     

微粒渗滤沉积作用对铜矿排土场渗流特性的影响

针对排土场堆浸过程中微粒渗滤沉积作用对矿堆孔隙率的影响，建立微细颗粒沉积和堆体渗流数学模型。在一维条件下，利用有限差分法对模型进行理论计算，并通过实验进行验证，结果表明：微粒的渗滤沉积降低浸堆的孔隙率，增大溶液的渗透阻力；在常流量动水头条件下，渗滤沉积首先发生在模型注液端的20cm以内，沿渗流方向上，流体压力随时间延长而增大；在常水头条件下，随时间的推移，渗流速度逐渐降低，表明堆体的渗透性降低，与排土场浸堆实际情况相符。因此，应采取必要的技术措施，防止微粒渗滤沉积，这对于改善堆体的渗透性和提高浸出率，具有重要的意义。     

碱激发水泥?磷渣固化性能及与含硫尾砂的相容性

基于磷渣材料水化特性和矿山充填应用条件,研究碱激发水泥?磷渣共同作为胶凝材料（CPCM）胶结含硫尾砂的可行性。选取生石灰、NaOH、Na₂SiO₃作为激发剂,开展CPCM固化性能试验,并评价CPCM与含硫尾砂相容性。研究结果表明:磷渣掺量为水泥的100%、生石灰为3%时,CPCM终凝时间300 min,28 d抗压强度40.6 MPa,基本可等量替代P.O 42.5水泥应用于矿山嗣后充填。Na₂SiO₃掺量4%时,CPCM终凝时间比水泥缩短39.3%,7 d强度提高31.1%。与水泥相比,CPCM使充填体凝结时间缩短8 h左右,且固化28 d后强度未出现劣化,表明CPCM与含硫尾砂相容性好。X射线衍射、扫描电镜和电子能谱分析表明,CPCM水化产物主要为Ca(OH)₂和C?S?H。磷渣不断水化,导致Ca(OH)₂含量下降,逐渐形成致密的低Ca/Si摩尔比C?S?H,这不仅保证了CPCM后期强度增加,而且避免了充填体强度劣化。      

Orthogonal design and numerical simulation of room and pillar configurations in fractured stopes

Room and pillar sizes are key factors for safe mining and ore recovery in open-stope mining. To investigate the influence of room and pillar configurations on stope stability in highly fractured and weakened areas, an orthogonal design with two factors, three levels and nine runs was proposed, followed by three-dimensional numerical simulation using ANSYS and FLAC3~. Results show that surface settlement after excavation is concentrically ringed, and increases with the decrease of pillar width and distances to stope gobs. In the meantime, the ore-control fault at the ore-rock boundary and the fractured argillaceous dolomite with intercalated slate at the hanging wall deteriorate the roof settlement. Additionally, stope stability is challenged due to pillar rheological yield and stress concentration, and both are induced by redistribution of stress and plastic zones after mining. Following an objective function and a constraint function, room and pillar configuration with widths of 14 m and 16 m, respectively, is presented as the optimization for improving the ore recovery rate while maintaining a safe working environment.     

赤泥复合充填材料浸出行为及固化机制

针对赤泥高碱性、化学成分复杂、资源化利用率低的问题,以赤泥协同粉煤灰等多固废制备矿山充填材料,对比研究赤泥复合材料配比对充填体抗压强度的发展规律,采用XRD、SEM等微观分析手段揭示充填材料水化机制,通过淋溶试验、毒性浸出试验探明充填体固碱机制、浸出行为及毒害离子固化机制。结果表明：赤泥复合材料质量比为赤泥∶粉煤灰∶水泥=3:7:0.4时,充填体3、7、28天抗压强度分别为0.76、1.35、1.87 MPa,材料成本为78.08元/吨,满足矿山充填开采要求。在赤泥-粉煤灰-水泥的协同互锁作用下,充填体生成了以水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、钙矾石、钠系菱沸石为主的水化产物,且赤泥∶粉煤灰质量比越小,粉煤灰比表面积越大,充填体结构越致密,固碱效果越好。钙矾石和C-S-H凝胶通过物理固封和化学结合的形式,使赤泥复合材料毒性离子浸出浓度满足固废要求。