某铁矿充填胶凝材料优化研究

安徽某铁矿采用充填采矿法开采,采场阶段高达60 m,一步骤充填体质量要求较高,整体灰砂比1∶5.5,年消耗P.O42.5水泥21.2万t,导致充填费用居高不下。通过利用矿企废弃的炉底渣对胶凝材料进行优化,对不同炉底渣添加量的改良胶凝材料进行强度测试,最终确定添加75%水泥熟料、5%石膏和20%炉底渣的5#改良胶凝材料性能最佳。将5#胶凝材料与尾砂混合,按正常充填浓度调配充填料浆,灌模制备成试块测试其强度。通过分析发现,5#胶凝材料能将充填平均灰砂比降低至1∶9,虽然价格较P.O42.5水泥有所提高,但整体仍能为矿企节省574万元/a,为类似矿山提供借鉴。     

高浓度水泥尾砂充填材料凝结性能研究

本文对不同配比的高浓度水泥充填材料凝结性能进行了研究，通过对充填材料浆体进行初凝、终凝时间测定试验，得到了初凝时间和终凝时间参数，分析了初、终凝时间的变化规律，对影响凝结时间的各个因素作了必要的分析，对矿山充填工作及提高充填体力学性能具有一定的指导意义。     

聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化性能研究

为保证聚丙烯腈纤维调控水泥基复合充填料浆满足深井矿山管输要求，以纤维掺量、纤维长度、激发剂掺量、磷石膏掺量为影响因素，开展正交试验，研究各因素对充填料浆凝结时间、稠度、分层度、泌水率及流变性能的影响。研究结果表明：随着激发剂掺量的增加，料浆凝结时间和和易性能呈先降低后增加的趋势，磷石膏对复合充填料浆具有显著缓凝作用。纤维对充填料浆具有促凝增稠作用，当纤维长度为11 mm、掺量为0.2%时，初凝时间为311 min,终凝时间为426 min;当纤维长度为11 mm、掺量为0.15%时，初凝时间为268 min,终凝时间为372 min。掺纤维复合充填料浆流变曲线符合Hershel-Bulkley模型，纤维消耗了胶凝体系的自由水和水化产物，增加了固相颗粒间的碰撞接触，增强了水化产物间的黏滞力和摩擦力，提高了料浆的屈服应力和黏度。     

水泥浆液在低温环境下的凝结特性试验研究

针对冻土区、井筒解冻区注浆遇到水泥浆液凝结时间长、加固、堵漏效果差等问题,为了研究低温或负温环境下掺加外加剂的水泥浆液凝结特性,根据工程实际应用要求,配制了添加工业盐、甲酸钙、氯化钙的17种水泥浆液,分别研究其在3、0、-2℃环境温度下的初凝及终凝时间,分析不同低温环境下、不同添加剂对普通硅酸盐水泥浆液凝结时间的影响。研究结果表明:添加工业盐、甲酸钙或氯化钙的水泥浆液可有效缩短初凝和终凝时间,水泥浆液初凝、终凝时间均随着温度的降低而延长;3℃环境温度时,水泥浆液初、终凝时间随工业盐含量增加而缩短,甲酸钙、氯化钙含量为4%时水泥浆液初凝时间最短,氯化钙含量为2%时水泥浆液终凝时间最短;0℃环境温度时,工业盐含量5%时、甲酸钙或氯化钙含量2%时的水泥浆液的初凝时间、终凝时间最短;-2℃条件下,工业盐含量5%时、甲酸钙或氯化钙含量3%时的水泥浆液的初凝时间、终凝时间最短,凝结效果良好。     

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。     

硫化钠调控膏体充填料浆凝结硬化性能研究

为解决某矿膏体充填料浆凝结硬化缓慢而引发的充填体质量差、采充周期长、矿石生产效率低等问题,研究采用硫化钠作为改性剂调控膏体充填料浆凝结硬化性能。研究结果表明：硫化钠通过钝化尾砂-水泥-矿渣基复合胶凝体系中的锌离子和加速碱矿渣水化反应进程,发挥出显著的促凝效果,随着硫化钠添加量的增加,膏体充填料浆凝结时间呈线性降低趋势,塌落度和流动度呈负相关,稠度呈正相关,充填体7 d、14 d、28 d抗压强度呈先上升后降低的趋势,且硫化钠添加量1.5%是充填体抗压强度变化的拐点。当灰砂比为1∶8,硫化钠添加量为1.5%时,膏体充填料浆塌落度为28.0 cm,稠度为11.4 cm,流动度为73 cm,充填体7 d、14 d、28 d抗压强度分别为2.08, 3.11, 3.99 MPa,可满足矿山充填开采的要求。     

生活垃圾焚烧飞灰-底渣协同制备充填体力学性能研究

为妥善处理生活垃圾焚烧产物(焚烧飞灰和焚烧底渣),从固体废弃物协同利用的角度出发,探究焚烧飞灰与焚烧底渣替代部分水泥应用于矿山充填领域的可行性.将生活垃圾的焚烧飞灰与焚烧底渣混合制备充填体,对养护龄期为3,7,28 d的充填体开展单轴抗压强度测试,基于混料试验设计建立抗压强度回归模型,结合响应面法分析不同掺量的焚烧飞灰和焚烧底渣对充填体力学性能的影响规律,并得出掺量最优配比.研究结果表明:当焚烧飞灰为35.3％、焚烧底渣为40.4％、水泥为24.3％,质量浓度为70％时,充填体的力学性能指标达到最优.掺入适量的焚烧飞灰和焚烧底渣可以延长水化反应过程,显著提高胶凝体系的水化反应程度,根据XRD测试和SEM 观测得出,主要水化产物为水化硅酸钙和钙矾石,使充填体内部形成致密网状结构,进而提高充填体力学性能.     

电石渣掺量对矿用充填胶固粉性能影响研究

为了在矿用充填材料中更加合理的利用电石渣,本文在粉煤灰、水泥熟料、钢渣等掺量不变的情况下,研究电石渣掺量0%、0.5%、1%、1.5%、2%时对胶固粉浆体的凝结时间、抗压强度、流动性、微观结构、水化产物的影响。试验结果表明:在凝结时间方面,随着电石渣掺量的增加,凝结时间随之减少;在抗压强度方面,1%掺量的电石渣组相比较其他掺量组使胶凝材料的强度最高;能够生成更多的水化产物;通过SEM观测表明,胶凝材料的微观结构更加致密。     

胶结剂性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响

针对胶凝材料性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响进行了试验研究,采用压汞测孔仪（Autopore Ⅳ9500）测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明：当料浆固体浓度分别为70%、78%和86%并且胶凝材料掺量10%（以总固体质量计）时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了151%、127%和90%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量5%、养护龄期分别为7、14和28 d时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了68%、97%和141%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量分别为5%、10%、20%、30%和40%时,掺矿渣水泥比掺水泥的28 d固化体抗压强度分别提高了127%、89%、10%、-12%和-21%。结合压汞测孔数据和固化体抗压强度结果,得出结论：在高水胶比材料（即水胶比大于065）中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中孔径更细（即水化产物更多或更分散）,导致固化体中骨料（包括填料）的黏结面积增加而增加固化体抗压强度;在低水胶比材料中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中总孔隙率大幅度增加,导致固化体中骨料的黏结强度降低而降低固化体抗压强度。     

利用工业废渣制备充填胶凝材料的研究

为了降低矿山充填成本,以钢渣、矿渣等工业废渣为主要胶凝组分制备充填胶凝材料,研究了电石渣对其性能的影响。借助XRD、SEM测试手段分析了胶凝材料化产物的矿物组成和微观形貌。实验结果表明向充填胶凝材料中单掺15%的电石渣时,充填胶凝材料3、28 d抗压强度分别达到了16.3、38.6 MPa,与未掺电石渣的试样相比,3、28 d抗压强度分别提高了34.7%、26.3%;用25%的矿渣等量取代钢渣时,充填胶凝材料3、28 d抗压强度分别达到了26.4、48.3 MPa,与未掺矿渣的试样相比,3、28 d抗压强度分别提高了63.9%、28.5%,凝结时间缩短。     

改性煤气化渣基矿用充填材料制备与性能

为研究煤矸石(CG)和煤气化粗渣(CS)用于膏体胶结充填的可行性,使用Talbol级配理论对骨料进行粒径控制,少量硅酸盐水泥作为胶凝材料,大量CS作为辅助胶凝材料,做了多组CG、CS、水泥、激活剂的不同配比实验。实验内容包括4个部分：骨胶比,总固体质量分数,激活剂质量分数以及其对凝结时间、流动性、泌水率、收缩率的影响和最佳配比的浸出实验。使用X射线荧光光谱分析、单轴抗压强度、自然堆积密度、塌落度、SEM-EDS,X射线衍射等手段分析了煤矸石-煤气化渣胶结充填体(CCCPB)的充填性能。实验结果表明：(1)受级配和水化程度影响,骨料掺量为20%时,其3 d和7 d的强度都达到最大值,28 d强度为6.7 MPa;(2)总固体质量分数对强度和流动性影响十分明显,且高水环境更有利于硫酸钠对CCCPB的激发效果;(3)硫酸钠可显著激发CS活性,3 d和7 d水化产物主要是氢氧化钙和水化硅酸钙,28 d时生成大量钙矾石,且随硫酸钠质量分数增加,充填体早期生成了更多的水化产物,在28 d龄期内并未出现强度折减现象;(4)随硫酸钠质量分数增加,凝结时间逐渐缩短,对终凝时间影响更为显著;塌落度、扩展度...     

纳米碳酸钙改性超细水泥注浆材料研究

研制了一种低粘度超细水泥复合浆液,以满足深井井筒微裂隙注浆堵水的要求。以超细水泥,纳米碳酸钙,减水剂和超细粉煤灰为试验材料,采取正交试验,研究了在不同水灰比,纳米碳酸钙掺量,减水剂和超细粉煤灰掺量的条件下,浆液的黏度、析水率、凝结时间和结石体抗压强度的变化规律。结果表明:随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,黏度降低;随着纳米碳酸钙掺量增加,黏度先降低后小幅度升高;随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,析水率有不同程度的增加;随着纳米碳酸钙掺量增加,析水率先增大后减小;随着纳米碳酸钙掺量增加,初凝和终凝时间都是先增大后减小,随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,初凝和终凝时间都有不同程度的增大;水灰比增大,结石体28d抗压强度减小,随着纳米碳酸钙掺量增加,结石体28d抗压强度先增大后减小,超细粉煤灰掺量增加使28d抗压强度略有减小,减水剂对28d抗压强度影响很小,可忽略不计。     

碱激发矿渣/粉煤灰体系流动性及力学性能试验研究

针对某金矿水泥胶结充填体强度低、经济效益差的问题,以当地固体废弃物矿渣、粉煤灰等为主要原料,通过添加水玻璃作为激发剂制备新型矿山充填碱激发胶凝材料。借助正交设计的试验方法,考察激发剂掺量、激发剂模数、粉煤灰掺量、水胶比对矿渣/粉煤灰复合胶凝体系流动性及力学性能的影响。试验结果表明：激发剂掺量与浆体流动度和抗压强度呈正相关;激发剂模数从1.0增加至1.5的过程中,浆体流动度和抗压强度均呈先上升后降低的趋势;在无粉煤灰的胶凝体系中,浆体流动度较差,随着粉煤灰掺量的增加,浆体流动度不断增加,抗压强度逐渐降低;水胶比与浆体流动度呈正比关系,随着水胶比的不断增大,抗压强度快速降低,波动幅度较大。当水胶比为0.30、激发剂掺量为6%、激发剂模数为1.2、粉煤灰掺量为20%时,浆体流动度为164 mm,养护龄期3 d、7 d、28 d的抗压强度分别为2.15, 3.66, 4.83 MPa,均满足矿山生产要求。     

全尾砂新型充填胶凝材料在月山铜矿的应用研究

根据月山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。通过研究全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:该铜矿全尾砂的中值粒径为d50=0.0426mm,大于0.074mm的尾砂占36.8%,全尾砂颗粒细;灰砂比1∶6、浓度70%、28d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.32MPa,而相同条件下新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的3.53倍即4.66 MPa。因此,提出了适合矿山的胶结充填参数:推荐充填料浆浓度68%~70%,新型胶凝材料与全尾砂之比为1∶6~1∶8进行工业充填试验。工业试验结果表明,1#和2#钻孔充填体试样强度均能够满足月山铜矿对充填技术和充填质量的要求,且强度仍有富余,建议矿山进一步优化充填料配比,减少胶凝材料用量,从而节约充填成本。     

金川矿山早强充填胶凝材料配比试验与优化

针对水泥作为胶凝材料充填成本较高的问题,以及为了提高固体废弃物的综合利用率,以酒钢矿渣和脱硫石膏等废弃物为主要原料开发了早强充填胶凝材料。结果表明,当脱硫石膏掺量5%、熟料掺量20%、芒硝掺量1%、渣粉用量74%时,胶凝材料3 d、7 d、28 d抗压强度分别为2.78 MPa、3.45 MPa和7.14 MPa,是矿山设计要求强度的1.85倍、1.38倍和1.43倍。在保证早期强度要求的前提下,为了进一步降低成本,进行了少熟料胶凝材料配比优化试验,得到早强充填胶凝材料的最优配比为：脱硫石膏5%、熟料3%、芒硝1.5%、渣粉90.5%,其3 d、7 d、28 d充填体抗压强度分别为1.89 MPa、3.36 MPa和7.96 MPa,能够满足金川矿山要求,成本仅为以水泥作为胶凝材料充填的65%左右。     

精炼渣基矿山充填胶凝材料制备及水化机理

精炼钢渣(精炼渣)大量堆存污染环境,利用其开发矿山充填胶凝材料,不仅可以解决精炼渣大量堆存 造成的环境污染问题,而且可以降低矿山充填成本。 以精炼渣、矿渣、脱硫石膏为原材料制备三元无水泥矿山充填用 胶凝材料,研究了精炼渣掺量对充填试块力学性能的影响,通过 XRD、TG-DTG、IR、SEM 等表征手段研究了胶凝材料 的水化过程和水化机理。 结果表明:胶凝材料配比为精炼渣占 30%、矿渣占 46%和脱硫石膏占 24%时,充填试块 28 d 龄期抗压强度为 7. 35 MPa,是同条件下水泥充填试块的 1. 52 倍;精炼渣-矿渣-脱硫石膏胶凝材料的水化产物主要为 针棒状钙矾石和 C—S—H 凝胶,随着养护龄期的延长,水化产物不断生成,使得充填体形成具有致密结构的浆体,为 硬化浆体提供强度。 利用精炼渣协同矿渣和脱硫石膏制备矿山充填胶凝材料符合低碳无废发展、保护和改善环境、 提高固废利用率的要求,具有广阔的市场应用前景。     

含水粉煤灰泡沫混凝土力学性能退化试验研究

采用普通硅酸盐水泥、发泡剂、粉煤灰及外加剂制备采空区充填材料,通过室内试验研究不同含水率影响下充填体强度特性、蠕变特性、应力应变特性和变形特性退化规律。结果表明：自由水对充填体性能退化影响明显。具体表现为：随着含水率的增加,充填体抗压强度和抗剪强度递减,初期递减幅度较大,后期较小;充填体强度峰值、峰后残余强度及延性随着含水率增加而递减;随着含水率的增加,充填体弹性模量降低幅度较大,泊松比变化幅度较小,其他变形参数如剪切模量,体弹性模量均减小,充填体在水弱化情况下会进一步产生压缩,抗变形能力退化显著。     

深井矿山低成本尾矿充填胶凝材料开发实验

为了增加矿山井下供矿量,降低充填采矿成本,围绕河北东部某矿山全尾砂、钢厂高炉矿渣和添加激发剂展开新型充填胶结材料配比实验,先后开展探索性实验、净浆实验和胶砂配比实验。结果表明：新开发的充填胶凝材料1∶7胶砂比胶结强度是同配比42.5R水泥的3倍,其价格比普通硅酸盐水泥降低了60%~70%,完全满足矿山充填工艺的要求,能够达到提高矿山经济效益、节约生产成本的目的,同时对改善环境治理起到良好的促进作用。     

新型胶凝材料对充填体强度的影响

为使充填体达到所需强度,采用胶固粉代替水泥作为胶凝材料,以克服传统水泥在充填过程中表现出的早期强度低、成本高等缺点。利用吉林某铁矿的全尾砂进行了一系列的充填配合比试验。试验分别采用水泥及胶固粉单独作为充填胶凝材料,改变其掺量,并测量充填体的28 d单轴抗压强度。试验结果表明:采用胶固粉代替水泥作为充填胶凝材料可使充填体的28 d单轴抗压强度提高3~5倍,且胶固粉掺量每增加3%可使充填体的28 d单轴抗压强度提高4~9 MPa。充填体强度与胶固粉掺量和料浆浓度成正比,可通过适度减少胶固粉掺量而提高浓度的方法优化充填体力学性能,并有效降低生产成本,提高经济效益。     

煤矸石作井下充填材料的研究

介绍了用硫铝酸盐-铝酸盐水泥体系制备高水充填材料的方法,进行了单浆凝结时间、胶凝时间和抗压强度测试。结果表明,用铝酸盐水泥熟料替代5%～30%的硫铝酸盐水泥熟料来制备高水充填材料,能大幅度提高材料后期强度,28d抗压强度最大可提高44.9%,而对材料胶凝时间及早期强度影响不大。用自燃后的煤矸石（红矸）作骨料,采用不同的水灰比、灰砂比,可制备出28d抗压强度达6.7MPa的充填体。