磷石膏膏体充填体力学特性研究

以贵州开磷集团膏体充填项目为工程背景,磷石膏膏体充填体为主要研究对象,采用室内试验与现场模拟试验相结合,进行磷石膏充填膏体力学特性试验研究。通过测定不同黄磷渣掺量、添加剂掺量和膏体质量浓度下膏体不同龄期（7 d、14 d和28 d）的立方体试块的抗压强度和抗拉强度,分析得到：试块抗压强度随着黄磷渣含量的增加而增加;膏体充填体强度随着膏体质量浓度增大而增强。结合FLAC^3D建立磷石膏膏体充填体力学本构模型并对试验进行数值验证,结果表明膏体充填体变形特性符合摩尔-库仑数值模型。     

某金矿全尾砂高浓度充填流变特性与微观结构的分析

以小东沟金矿全尾砂为研究对象,开展了充填料浆流变性质研究,采用Brookfield RSR-SST流变仪准确测定其流变参数。实验结果表明,该矿全尾砂充填料浆流变曲线符合H-B流变模型,随着全尾砂浓度的增加,屈服应力呈典型的指数函数关系,当其浓度超过72%时,屈服应力和塑性黏度明显增大。通过对不同浓度、不同灰砂比的全尾砂进行3、7、14 d单轴抗压强度测试,获得充填体强度与充填材料配比参数的关系。通过SEM扫描电镜对充填体内部水化产物微观结构分析,得到充填体内部水化产物随灰砂比提高的演化规律,为小东沟金矿实现全尾砂高浓度充填提供理论依据。     

全磷废料高浓度充填两相流环管试验研究

为了获取不同浓度的磷石膏充填料浆在管道输送过程中沿程阻力的变化趋势,采用剪切流变试验和环管试验对磷石膏充填料浆的流动性能进行研究。结果显示：磷石膏充填料浆沿程阻力随浓度的增加呈梯度增长,且浓度越高阻力增长越快。在既有充填管网和充填配比情况下,当磷石膏充填料浆管输流量低于190 m³/h时,50%～54%质量浓度的充填料浆沿程阻力变化不大,充填料浆质量浓度可提高至54%进行管道输送。鉴于充填管网的复杂性、弯头和坡度等均会导致充填管道输送总阻力损失的增加,充填系统设计须留有余量。     

APAM对全尾砂胶结充填体早期强度影响研究

为探究阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）对全尾砂胶结充填体早期强度的影响,采用动态浓密实验装置向全尾砂浆中添加不同单耗和相对分子量的APAM,将所得底流制备成质量浓度为70%、72%、74%,灰砂比为1∶4和1∶8的胶结充填体试块并进行7d抗压强度测试,并借助扫描电镜（SEM）对充填体微观结构进行观察分析。结果表明：APAM对充填体早期强度具有一定的影响,当灰砂比越小、料浆质量浓度越高时,APAM相对分子量越大,对充填体强度影响越大,强度降低越显著;充填体强度随APAM单耗增加先增大后减小;SEM结果表明,APAM引入封闭气孔到充填体中,但适量的APAM能够促进水泥水化反应的进行,充填体内部水化产物黏结更紧密,使充填体早期强度增加;在实验范围内,APAM的最佳单耗为5 g/t。     

基于正交试验的细尾砂—分级尾砂充填体强度研究

为解决某矿山细尾砂充填体流动性差、强度低的问题,通过正交试验和胶结充填试验,探究尾砂料浆浓度、胶凝材料掺量、外加剂掺量和细尾砂掺加比例对充填体强度的影响,得出了各因素影响充填体强度的重要性顺序.通过多元回归分析确定推荐配比参数,并结合试验结果和SEM分析,对充填体微观结构进行进一步的探究.结果表明:各因素影响充填体强度...     

金山店铁矿全尾砂胶结充填体性能试验研究

采用普通水泥和其他两种固结剂为胶结材料对金山店铁矿全尾矿进行了胶结对比试验.对不同的养护龄期、料浆浓度及灰砂比下胶结体的单轴抗压强度进行测定,由此分析养护龄期、料浆浓度及灰砂比对胶结体抗压强度影响.最后,通过对不同龄期、料浆浓度及灰砂比的充填试样进行SEM扫描试验,分析各因素对生成水化物的影响,对充填体反应机理进行了探...     

全粒级碎石胶结充填材料及泵送试验研究

为指导四川会东大梁矿业有限公司铅锌矿全粒级碎石胶结泵送充填系统调试及采场规模化充填,开展了充填材料及泵送试验研究。充填材料单轴抗压强度及塌落度测试表明,当充填料浆灰砂比为(1∶6)~(1∶10)、料浆浓度为83%~87%时,充填体3 d、7 d、28 d单轴抗压强度分别为0.14~1.27 MPa、0.48~2.65 MPa、1.75~4.82 MPa,充填料浆塌落度为17.3~23.6 cm。泵送工业试验表明,当充填料浆灰砂比为(1∶6)~(1∶8)、料浆浓度为83%~85%时,泵送系统压力为2.62~9.45 MPa,小于最大正常泵送压力10 MPa,可进行地下采场大规模泵送充填。     

磷石膏胶结充填体动态力学特性研究

为了研究凿岩爆破对不同磷石膏新型砂浆配比和不同养护时间的磷石膏胶结充填体稳定性的影响,利用Hopkinson压杆实验装置,以不同加载速度轴向冲击充填体试样,对其动态力学性能进行了研究,分析了动态冲击下充填体的波形曲线、应力—应变曲线,动态抗压强度、强度增强因子（DIF）与平均应变率的关系。结果表明：磷石膏胶结充填体的波阻抗较小,能够对应力波产生阻尼作用;在相同配比和相同养护时间下,不同应变率的充填体应力—应变曲线的下降段基本一致,而上升段差异较为明显;随着应变率的提高,上升段曲线随之平缓;动态抗压强度和DIF均随着平均应变率的增加而增加,且均能用多项式函数分别来描述动态抗压强度、DIF与平均应变率之间的关系。     

浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理

针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限,且屈服应力增大,流动性降低等问题,研究了絮凝剂?浓密增效剂共同作用,进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度,降低料浆屈服应力,并从微观角度进行机理分析. 结果表明:通过沉降与流变试验发现,最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂,固相质量分数可提高8.57%～10.13%,同时屈服应力降低6.68～12.85 Pa;多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本,还可以提高膏体充填材料的抗压强度;灰砂质量比1∶12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28 d抗压强度为2.5 MPa,与灰砂质量比1∶6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度相差小于20%;通过总有机碳（TOC）吸附试验与Zeta电位试验发现,浓密增效剂具有吸附与分散的作用,会打开絮凝结构,释放絮团间水,从而提高尾砂浓度,并改善尾砂颗粒的流动性.      

酸性环境中富水充填材料腐蚀及劣化机理

为了研究酸性环境对富水充填材料的影响,通过强度检测、扫描电镜、能谱分析及X射线衍射(XRD)等实验手段,分析富水充填材料在酸性环境中浸泡后的宏观性能及微观结构变化,并探讨其腐蚀及劣化机理.结果表明:富水充填材料在pH值为1和3的盐酸溶液中浸泡180 d后抗压强度比标养28 d的强度分别降低88.8%和58%,在pH值为3的硫酸溶液中浸泡后降低68%,pH值为1的硫酸溶液中浸泡后强度降为零;微观实验结果显示随着富水充填材料在硫酸溶液中浸泡时间的延长,试件内部有二水石膏生成,盐酸溶液中试件仅在pH值为1的溶液中浸泡180 d后产生二水石膏;盐酸溶液对富水充填材料的腐蚀主要为H+中和作用下硬化体结构的溶解腐蚀,硫酸溶液对材料的腐蚀为硬化体结构的溶解腐蚀和石膏的膨胀腐蚀;硫酸溶液对富水充填材料的腐蚀作用强于盐酸溶液.      

分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律

在进行大尺寸采空区嗣后充填过程中,胶结充填体易出现分层等结构现象。为深入分析结构特征对胶结充填体力学特性及裂纹演化规律的影响,首先制作中间层高度比为0.2、0.4、0.6和0.8,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10的分层胶结充填体试件,然后利用GAW–2000伺服试验系统开展单轴压缩试验,最后借助二维颗粒流软件（PFC–2D）,分析胶结充填体内部裂纹分布规律。结果表明:（1）分层充填体单轴抗压强度与高度比呈指数函数关系、与灰砂比呈多项式函数关系;弹性模量与高度比及灰砂比均呈多项式函数关系;单轴抗压强度及弹性模量均随高度比的增加而减小、随灰砂比的增大而增大,且两者对灰砂比敏感度更高。（2）充填体内部裂纹演化曲线先缓慢上升,达到单轴抗压强度的80%左右时快速上升,且灰砂比越大、高度比越大,上升速度越快,拐点到来越早,充填体试件越易发生破坏,超过单轴抗压强度后曲线开始迅速下降。（3）分层充填体主要表现为剪切破坏、张拉破坏及共轭剪切破坏,且破坏主要集中于中间软弱层;高度比越大,试件内部裂纹越密集,灰砂比越大,裂纹越易向两端演化。      

含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析

含硫胶结充填体随着养护龄期的延长会出现膨胀开裂现象，存在明显裂隙的充填体试件再进行单轴抗压强度测试其结果十分离散，已不能有效地获得充填体力学参数.在室内进行配比试验，采用数字图像处理技术对得到的充填体表面裂隙图像进行二值化、去噪等预处理，而后计算其分形维数并分析其演化规律，且将分形维数与单轴抗压强度关联分析.研究结果表明:充填体试件面表的裂隙存在自相似性，表面裂隙越发育，其分形维数越大；分形维数与单轴抗压强度存在负相关关系，分形维数越小，其单轴抗压强度越高；分形维数可判别含硫充填体试件的完整性，当充填体表面裂隙的分形维数小于某阈值时，强度试验的结果更为可靠.      

尾砂胶结充填体三维空间强度分布相似模拟试验研究

为探究尾砂胶结充填体强度分布规律,根据某铜矿阶段空场嗣后充填采场尺寸进行了相似模拟试验设计。按照弗劳德相似准则开展模拟井下充填流速和充填流量的充填试验,对胶结充填体三维方向进行了取样及单轴抗压强度试验,系统分析了充填体强度在纵向、横向和竖向3个方向上的分布规律。结果表明：阶段空场嗣后充填采场在一次连续充填段,尾砂胶结充填体单轴抗压强度存在显著的不均匀性;在采场纵向,即料浆流动方向,充填体强度总体上先降低后升高;在横向上具有中间高两边低的趋势;在竖向上表现为由下向上逐渐降低的分布规律。根据以往研究和本次试验可知,尾砂胶结充填体在三维空间上分布不均匀主要是由尾砂级配、水泥含量、固结时料浆实际浓度和流动沉降特性等因素共同作用导致的。     

采矿废石—尾砂混合骨料在下向分层进路胶结充填采矿中应用的试验研究

为了降低金川矿山充填采矿成本,针对下向分层进路胶结充填采矿法,开展了废石—尾砂混合骨料现场工业充填试验。对废石和尾砂进行了粒度分析与级配研究,选取合适的废石—尾砂配比混合骨料开展现场工业充填试验研究。结果表明：-16 mm废石粗骨料和选矿尾砂细骨料的配比在5∶5~7∶3范围内,此时混合骨料的堆积密实度达到或接近于最大;对于废石与尾砂配比为6∶4和5∶5的混合骨料,当水泥添加量为260 kg/m³时,2种配比的混合骨料的胶结充填体强度均满足金川矿山充填法采矿的胶结体强度要求;采用一段搅拌时废石—尾砂混合骨料充填料浆搅拌不均匀,水泥和尾砂存在结团现象,导致胶结充填体均质性较差,整体稳定性较低,因此,废石—尾砂混合骨料的充填料浆需要采取二段活化搅拌来提高胶结充填体整体质量;对混合骨料充填料浆配比的精确控制,是影响胶结充填体强度和整体稳定性的重要因素。     

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大,严重影响充填浆体的质量。本文以金川二矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律。实验结果表明:全尾砂–粗骨料膏体中,粗骨料的比表面积和化学成分（活性MgO和CaO）是影响凝结时间的主要因素;凝结时间随尾骨比增加而缩短,屈服应力随尾骨比增加而增加,塑性黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加;全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度;最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1 h和增加33%以上。最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化,多目标回归优化表明:全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为270～300 min、尾骨比10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为167.0～169.0 Pa;全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为300～330 min、尾骨比10∶14～10∶16、屈服应力为164.0～167.0 Pa,满足矿山生产要求。      

拉伸试验中充填体声发射特性及数值模拟研究

下向胶结充填采矿过程中, 胶结充填体顶板的破坏不仅受抗压强度的影响, 而且还表现为张拉破坏, 为了充分探索充填体顶板张拉破坏过程中的损伤演化规律, 对胶结充填体试件进行了单轴抗拉破坏声发射试验, 并利用RFPA2D软件对其拉伸破坏过程及声发射信号进行了数值模拟.模拟分析表明, 胶结充填体的抗拉破坏是始于试件圆盘中部, 沿着加载轴线方向出现裂隙萌生与扩展, 并汇聚成宏观的裂隙带, 最终导致整体失稳的破坏过程.模拟结果还再现了抗拉破坏时声发射的分布规律, 其结果对比室内试验的声发射特征规律, 具有很好的一致性.