高寒矿区湿喷混凝土支护应用研究

板庙子金矿地处高寒地区,工程地质条件复杂,围岩破碎,稳定性较差。针对采准、切割巷道以往采用干喷混凝土+管缝锚杆+树脂锚杆的支护方式存在喷浆体开裂、巷道变形及失稳冒落等诸多问题,该矿采用湿喷混凝土代替干喷混凝土,并与树脂锚杆对不良岩体巷道进行联合支护试验研究。通过室内配合比试验研究了3种可选骨料条件下水泥掺量与拌合物坍落度、扩散度和试块强度的关系,确定了最佳配合比;针对高寒矿区湿喷混凝土料浆制备受低温影响,提出了拌合水预加热方案、水泥和外加剂室内保温等温度控制技术措施。现场应用表明:湿喷混凝土工艺的生产效率是干喷混凝土工艺的3~4倍,湿喷混凝土28 d单轴抗压强度达到36.2 MPa,实现了维护巷道稳定性的目的,采用湿喷混凝土代替干喷混凝土支护巷道的综合成本减少了215.65元/m3,技术和经济效益显著。     

SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

SiO₂气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO₂气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO₂气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO₂气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO₂气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。     

水平巷道通风降温适用风量的研究

为了分析水平巷道通风降温的适用性,运用理论分析、现场试验和数值模拟的方法对水平巷道通风降温的适用风量及影响因素进行了研究,建立了水平巷道通风降温适用风量的数学模型,并依据夏甸金矿一水平巷道热环境参数验证了模型可靠性。研究结果表明:巷道热物理参数确定时,适用风量增加幅度随入风温度的增加而增大;当入风温度和风量不变时,出口风温随壁温的增加呈近似线性增加,壁温越高时出口风温下降幅度越大,因此较大风量对严重热害区域的降温效果较好。通风降温效果上,降低入风温度比增加风量效果更好。     

全尾砂改性固化力学性能研究

为实现浓缩全尾砂固化堆存,达到地表无害化处理目的,选用矿渣粉、生石灰、工业石膏和膨润土开发尾砂改性固化剂。以三山岛金矿全尾砂为研究对象,测定了尾砂的物化性质;设计了改性固化剂配比试验和正交试验,对固结体强度的影响因素进行了分析,确定了改性固化剂的最佳配比。结果表明:随着生石灰、工业石膏和膨润土占比的增加,尾砂固结体强度变化为先增大后减小,尾砂料浆浓度越大,固结体强度越大;工业石膏的含量变化对尾砂固结体的强度影响最显著;在灰砂比1∶20条件下,适合三山岛全尾砂固结的最佳改性固化剂配比为矿渣粉78.8%、生石灰13%、工业石膏7%、膨润土1.2%。     

深部地压控制技术与采场优化支护研究

为了合理有效地对深部地压进行控制，选取某矿作为研究对象，通过现场调研现有的主要支护手段，建立了分级支护模型，对巷道支护进行了设计。研究结果表明：U 型钢拱架、喷射混凝土、锚网和锚杆为目前的主要支护方式；在稳定性一般或较好的采场，单位面积所需锚杆为 0.67 根/m²，锚杆网度可适当调大为 1.5~2.0 m×1.5~ 2.0 m；若围岩过于破碎时，锚杆网度应严格按设计施工；根据巷道矿岩的工程质量，然后结合巷道使用时间、暴露面积及影响程度，得到支护等级指标 RQ 值，根据 RQ 值将巷道支护分成 5 级，最终确定各采场支护形式及支护参数，为深部安全高效开采提供科学依据。     

放矿场动力学响应机理研究的LBM-DEM耦合方法

为了研究自然崩落法放矿场中崩落矿岩的动力学响应机理,将碎石细颗粒流与大块矿岩分别视为非牛顿流体与离散体,并基于LBM-DEM耦合方法实现自然崩落法放矿模拟。从放矿动力学角度对单个矿岩颗粒进行受力分析,根据动量定理推导出总摩擦力及力矩计算公式,并求得颗粒运动方程;根据某矿放矿参数建立单漏斗放矿模型。研究结果表明:放矿口上部存在松散与压缩2种变形,且放矿场内压力因散体矿岩的随机脉动形式随时间呈脉动分布;不同监测点处的压力均在一定的区间内波动,主要与颗粒间的摩擦与碰撞作用产生能量传递与能量耗散有关。该耦合模拟方法在细观尺度上为散体矿岩与细颗粒流的动力学作用分析提供一种新的研究手段,并对研究放矿成拱原因及控制底部结构压力等有指导作用。