高阶段嗣后分层胶结充填体强度及结构优化研究

为解决高阶段嗣后分层胶结充填体强度设计保守导致充填成本过高的问题,以大冶铁矿矿岩—充填体力学参数为基础,通过3种力学理论模型进行了分层胶结充填体强度需求解析计算。开展了以充填次数与分层结构为影响因素的充填体强度影响规律研究,得到了胶结充填体强度与充填次数之间的数学模型及折减系数。采用FLAC3D软件进行了二步骤采充时序的数值模拟搜索计算,得到了中间层充填体的黏聚力及强度需求的最小数值解,并在此基础上对高阶段嗣后分层胶结充填体的灰砂比及分层结构进行了优化。研究成果有助于大幅减少矿山胶结剂用量,降低充填成本,可为类似矿山进行充填体结构及强度优化设计提供参考。     

阶段空场嗣后充填胶结充填体抗压强度研究

为了研究阶段空场嗣后充填法中胶结充填体于临空侧保持稳定、不崩解所需要的抗压强度值。根据胶结充填体同围岩的相互作用,采用数学模型法,建立充填体受力微分方程,推导了考虑充填体受围岩压力与充填采场尺寸影响的抗压强度计算式,并同太沙基模型,托马斯模型计算结果进行比较。研究结果发现,充填体内部应力受围岩压力与采场尺寸影响明显,围岩应力条件复杂情况下,应当考虑充填体受有限的围岩压力作用,不考虑胶结充填体所受附加应力影响所确定抗压强度值偏小。     

阶段空场嗣后充填法采场结构参数及充填配比优化

结合金山店铁矿张福山矿区的开采实际,借助FLAC3D三维数值模拟分析软件,对比分析了不同矿房结构参数、不同充填配比的嗣后充填法回采充填过程的采场围岩应力、变形及塑性区分布情况。研究表明:在相同充填配比下,矿柱宽度从15 m增加到18 m,矿柱承受的最大应力值由23.3 MPa减少到23.1 MPa,顶板下沉位移由22.2 mm增加到27.7 mm;充填体的强度由2.4 MPa增加到3.8 MPa,矿柱两侧围岩承受的最大应力值由16.3 MPa降低到15.9MPa,顶板下沉位移由413.4 mm减少到104.3 mm。经综合分析比较,确定合理的矿房、矿柱宽度为15 m,充填配比为1∶8。     

高阶段嗣后胶结充填法矿柱与充填体动态稳定性研究

针对某大型地下矿山高阶段嗣后胶结充填法的矿块结构参数优化分析难题,建立试验采场并采用 CAD、３DMine、FLAC３D等软件,开展数值模拟分析,获得开采过程中试验采场的地压变化规律,得出胶结充填体可维护采场稳定的结论.然后对采场开采过程和充填过程进行原位地压监测,再采用采空区三维扫描技术进行损贫指标计算分析.研究结果表明,优化后的采场损失率为１４．０３％,贫化率为８．６３％,验证了加大矿块宽度的可行性,另外,还指出应在矿柱受损严重部位和底部结构适当位置加强支护.     

下向嗣后充填采场高度优化及充填配比参数设计

喀拉通克矿在350~405 m水平的矿体采用下向小分段空场嗣后充填法开采,目前采场跨度8 m,高度8 m时,采场稳定性较好。为提高矿山生产能力,增加经济效益,对采场结构参数进行优化。本文采用数值模拟手段,基于室内岩石力学试验结果,结合现场工程地质调查研究成果,制定3种模拟方案获得极限采场高度,并依据本矿山相关充填体研究成果进行优化采场充填配比参数初设。结果表明,在采场跨度8 m工况下,采场高度为14 m时,采场塑性区范围较大,位移突变较大,在采场高度12 m时,采场塑性区范围较小较为稳定,采场结构参数的优化可为矿山提高经济效益,安全防护提供可靠性的依据。     

阶段嗣后充填法爆破参数优化及试验

针对某矿2#矿体中深孔上向扇形爆破回采过程中存在的问题,对矿岩地质条件进行了调查分析,优化了该矿阶段嗣后矿房中深孔爆破参数,并进行了现场试验。试验结果表明,大块现象骤减,且减少了每个矿房炮孔总量和装药量,经济效益和社会效益明显。     

阶段嗣后充填采矿设计优化研究

针对大型贫铁矿采用的上向阶段嗣后充填采矿方法,提出超大采场开采的点柱式结构型式,同时开展了3种回采模式阶段嗣后充填采矿的可行性论证与采场结构参数的优化研究。针对司家营铁矿南区的工程和水文地质条件和充填体的力学参数,采用FLAC3D数值分析软件,设计不同回采方案下的正交数值试验,建立了南区开采的优化模型,得到不同回采模式下的最佳采场结构参数。通过对采场稳定性评价,揭示了不同回采模式的优越性和不足,从而使采矿设计方案适用于复杂变化的矿山工程地质条件,为实现矿山安全高效开采打下了基础。     

阶段嗣后充填体稳定性分析与采场结构参数优化

由于矿体的走向长度远大于矿房尺寸,因此将充填体力学问题简化为平面应变问题,推导出充填体在一侧暴露情况下的底部剪应力表达式。结合傲牛铁矿的开采技术条件,通过对不同配比充填体的底部剪应力随矿房高度与宽度变化关系的分析,从而确定矿房与矿柱高为40m,宽分别为40m和30m。该研究成果可以为类似金属矿山开采提供理论依据。     

胶结充填混凝土配比优化

本文系对某铀矿下向胶结充填采矿集料配比优化,论述了利用正交试验寻求充填混凝土最优配比方法。     

矿渣胶结材料充填体强度确定及配比优化

为了降低充填成本,从分析高阶段嗣后充填充填体的力学作用机理入手,采用经验公式,计算了充填体暴露高度与强度的关系,得出充填料浆配比设计依据。而后,以超细全尾砂和自行研发的矿渣胶结材料制备充填料浆,采用正交设计与极差分析,研究了料浆与各个影响因素的关系,确定了各个因素的权重,得出了最佳的充填配比。研究结果表明：高阶段嗣后充填充填体在暴露高度95 m时所需强度为2.9 MPa,100 m时所需强度为3.1 MPa;采用灰砂比1∶、浓度72%的料浆作为胶结面,采用灰砂比1∶10、浓度72%的料浆充填矿房,完全满足采场稳定性的要求。     

高阶段胶结充填体强度的变化规律

根据企业降本增效要求,矿山使用的充填胶结材料由原来的P.C32.5标号水泥改为新型胶结材料--胶固粉。按照设计要求的充填配比,发现地表实验室料浆试块和井下充填体取芯的强度存在很大差异。在-400 m中段的14-1#和10-3#充填采场中,提取不同深度的地表实验室和井下充填体的岩芯,分析2种胶结材料在不同养护条件下所对应的强度变化规律。对于水泥充填的采场,充填体取芯的强度要比实验室试块的强度高1.8 MPa以上;对于胶固粉充填的采场,灰砂比分别为1∶4、1∶5、1∶6时充填体取芯的强度要比实验室试块强度高2.0、1.35和0.7 MPa以上,且随着充填灰砂比的降低而降低。研究结果为进一步优化充填灰砂比提供了可靠的依据,进而可减少充填材料的消耗,降低充填成本。     

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。     

正交试验法优化胶结充填体强度参数设计

胶结充填采矿法能有效地改善围岩应力状态、限制围岩移动的规模,是一种高回收率、低贫化率的采矿方法,对其他类似工程具有一定的借鉴作用。     

尾砂胶结充填配比优化研究

根据矿山生产条件,结合充填材料基本参数,确定充填浓度和充填体所需强度,并对充填配比进行了试验研究。结果表明:充填灰砂配比1∶10能够满足矿山生产需要;添加剂501可以改善充填效果,有助于提高生产效率。     

阶段空场嗣后充填采场结构参数优化研究

合理的采场结构参数对于保障矿山安全高效开采至关重要。以金山店铁矿为工程背景,采用简支梁理论、荷载传递线理论和厚跨比理论计算采场临界跨度,并运用FLAC3D软件对8,10,12,15m4种采场跨度方案进行数值模拟研究,从位移变化规律、围岩应力分布以及塑性区分布情况进行计算分析,确定了有利于采场结构稳定的参数。研究结果表明:当采场跨度为10 m时,既能保证采场稳定,又可高效生产,研究结果能够为国内外空场嗣后充填法推广应用提供理论参考依据。     

胶结充填体强度与材料配比的优化研究

针对某矿山上部资源残留空区所引起的地压问题及下部资源回采采用机械化上向水平分层充填法所需充填体强度的要求,对影响充填体强度各个因素进行研究。以水灰比,质量浓度,养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同配比、浓度、不同养护龄期对充填强度的影响。结果表明,选取在水泥与尾砂的配比为1:4,浓度为72%,养护时间为28d情况下为最佳试验条件,满足该矿山的开采条件要求。     

大冶铁矿分段凿岩阶段空场嗣后胶结充填法工程实践

为保护矿山公园和露天边坡,大冶铁矿东采-180m阶段采用分段凿岩阶段空场嗣后胶结充填法回采,其计算充填倍线为5.24,满足自流输送条件,故采用全尾砂自流胶结充填工艺。目前该阶段首采矿块310号矿房开采顺利,其开采回采率达92.0%,贫化率为9.6%,回采技术指标明显优于-120m阶段的无底柱分段崩落法。     

废石胶结充填体配比优化及与围岩合理匹配研究

为研究废石胶结充填体的孔隙特征和强度变化规律，对不同灰砂比和不同废石粒径比的废石胶结充填体进行了核磁共振和单轴压缩试验，基于能量释放与耗散原理，将室内废石胶结充填配比试验与贵州长田簸箕田1^#矿实际开采情况相结合，分析废石胶结充填体与围岩的匹配程度。结果表明，充填体灰砂比大于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度对废石粒径比不敏感，灰砂比小于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度受废石粒径比作用显著；随着灰砂比的减小，充填体的单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势，废石胶结充填体灰砂比为1∶2时，其单轴抗压强度达到最高值；在相同灰砂比的充填体中，废石粒径比3∶2为最优配比。基于上述试验结果，通过充填体损伤理论对充填体的变形能进行进一步分析计算，并结合贵州长田簸箕田1^#矿围岩开挖实际情况，将试验中第9组废石胶结充填体(灰砂比为1∶3,废石粒径比为3∶2)应用到该矿最合理。     

条带开采嗣后充填法充填膏体强度设计及工程应用

充填体强度是采用嗣后充填法矿山安全回采的重要参数之一,关乎着地下采场结构的安全、地下水资源保护、地表沉降控制等问题。以地下盐矿条带开采为例,从资源回收利用和环境保护角度出发,采用选矿尾盐和尾液作为膏体充填材料,利用生石灰与尾液反应生成的胶结体作为胶凝材料;通过多种模型计算最终确定充填体强度为0.96MPa,并对充填体自立高度进行了验算。现场围岩变形和地表沉降监测数据表明:采场稳定性和地表沉降均得到了有效控制。     

废石尾砂胶结充填体强度性能及物料配比参数试验研究

某矿地处高原,当地水泥成本高,若采用全尾砂进行充填,充填体强度偏低,充填成本较高。废石尾砂胶结充填可以降低水泥单耗,为矿山充填方案选择提供了技术思路。本文通过充填配比试验研究了废石尾砂胶结充填体强度性能,确定了废石尾砂胶结充填物料配比参数,为充填方案论证提供了依据。通过试验可知,相同水泥单耗情况下,废石尾砂胶结充填体强度显著高于全尾砂胶结充填体,60%~65%的尾砂浆浓度、50%的废石添加量可使废石胶结充填具有较优的强度性能及流变性能。