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。     

基于正交试验的低温湿喷混凝土力学性能与配比优化研究

为了研究养护温度、钢纤维、减水剂和速凝剂的掺量这4种因素在低温环境下对湿喷混凝土力学性能的影响规律并对其配比进行优化,对湿喷混凝土的早期强度和后期强度进行了极差分析以及方差分析,利用Duncan法事后比较得到初步配比,并建立了湿喷混凝土早期和后期强度回归模型。研究表明：养护温度对于湿喷混凝土早期、后期的抗压强度影响最为明显,前期抗压强度钢纤维掺量影响最弱,后期强度速凝剂掺量影响最弱。在方差分析中,钢纤维、减水剂掺量和养护温度对湿喷混凝土的早期、后期强度都有极显著影响,而速凝剂掺量则仅对早期强度有极显著影响,后期强度无显著影响。基于Duncan法事后比较可得到湿喷混凝土精度略差的初步配比,后续利用回归强度模型实现对湿喷混凝土配比的高精度优化。通过数据模型结合矿山要求得出湿喷钢纤维混凝土最优配比：钢纤维掺量42.496 kg/m³、减水剂掺量7.989 kg/m³、速凝剂掺量66.910 kg/m³,同时最佳养护温度为12℃。     

易风化破碎岩体巷道机械化高效支护技术研究

锦丰金矿工程地质条件复杂,矿岩破碎,易发生垮塌、遇水泥和化风化现象,巷道支护是该矿关键技术难题.针对上述问题,该矿研发了我国黄金矿山首套基于湿喷混凝土台车为核心的湿喷支护新工艺,研制了机械化安装专用树脂锚杆及配套工具.现场工程实践表明；采用湿喷混凝土及机械化树脂锚杆支护技术,实现了对该矿易风化破碎岩体巷道的支护.湿喷混凝土直接成本与干喷混凝土相似,但湿喷混凝土平均强度比干喷混凝高45%～85%;湿喷混凝土十树脂锚杆支护替代了传统的钢网十管缝锚杆支护,巷道支护时间由原来的106min/m缩短为55min/m,综合支护成本降低30%.     

湿喷混凝土配合比优化试验

针对锦丰金矿破碎、易风化的围岩条件及钢网支护存在的问题,进行了湿喷混凝土配合比优化现场试验,研究了关键物料掺量对湿喷混凝土单轴抗压强度的影响规律。结果表明:增加水泥掺量,可以显著提高湿喷混凝土单轴抗压强度,且水泥掺量达430 kg/m3时,湿喷混凝土强度足以保证围岩稳定;塑料纤维的掺量由1 kg/m3提高到3,5 kg/m3时,湿喷混凝土单轴抗压强度先提高后降低;在保持湿喷混凝土料浆可泵送性不变的前提下,增加减水剂的掺量,可以显著提高湿喷混凝土的单轴抗压强度;当液体速凝剂掺量增加时,混凝土7,28 d单轴抗压强度均会降低。最后,提出了抗压经济强度指数的概念,以此为依据优化了湿喷混凝土配合比,应用于现场施工并获得良好支护效果,为国内矿山喷射混凝土支护提供了借鉴。     

深部岩巷化学纤维混凝土湿喷技术

针对车集煤矿深部岩巷锚网喷支护段巷道由于受深部较高地应力作用,巷道表面喷层开裂脱落严重的现象,分析了混凝土喷层破坏的特征和机理,提出了采用化学纤维混凝土湿喷技术改善喷浆质量,并对化学纤维混凝土的原料配比、湿喷技术的设备选型和工艺流程进行确定。现场试验表明该工艺混凝土喷射质量较高且改变了浆皮开裂脱落严重的被动局面,取得了较好的效果。     

玲珑金矿胶结剂固结尾砂的微观实验

为探究玲珑金矿胶结剂在不同条件下对尾砂固结过程的影响,参照普通硅酸盐水泥,设 计了一系列不同灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期的充填体试块,进行力学实验测定其单轴抗压 强度,并借助XRD、SEM对尾砂充填体物相组成和微观形貌进行分析。 结果表明:胶结剂水化反 应会产生钙矾石和C—S—H凝胶,促使尾砂充填体固结硬化;养护龄期、灰砂比会影响水化产物 中的钙矾石和C—S—H凝胶的含量及其形态的发展,养护龄期和灰砂比的增大,水化产物含量 增加,彼此搭接形成致密的网状结构,宏观上表现为强度的提高;料浆质量浓度则会影响试块的 孔隙结构,从而影响强度。     

低温环境下湿喷混凝土强度配比优化研究

湿喷射混凝土由于其良好的特性被广泛应用于地下巷道支护。针对高原地区某铜矿巷道低温环境下湿喷混凝土存在的强度问题,以灰砂比,硅灰掺量,温度,钢纤维掺量为变量,设计4因素3水平的正交试验,并以28 d的单轴抗压强度为考察指标,研究各个因素对于湿喷混凝土强度的影响。结果表明:灰砂比和硅灰掺量对湿喷混凝土的强度影响最大,其次是温度和硅灰掺量。通过试验得到适合该矿的湿喷混凝土的最佳配合比为:水泥用量450 kg/m3,纤维用量50 kg/m3,灰砂比0.22,硅灰掺量15%,最佳温度0℃。研究结果可为高寒地区低温环境湿喷混凝土技术的推广应用提供一定的指导。     

湿喷混凝土的管道输送研究

目前针对湿喷混凝土管道输送规律的研究较少,现有的研究多数是建立在对建筑用混凝土和高浓度充填浆体理论研究的基础上。但湿喷混凝土与建筑用混凝土和高浓度充填浆体,无论在材料组成还是输送动力上都存在很大差异。为此,结合矿山湿喷现场管道布置特征及环管试验设计原则开展了湿喷混凝土的环管实验,探究湿喷混凝土管道输送的阻力影响因素及规律。结果表明,管道输送阻力与直管管道半径、弯管曲率半径及料浆坍落度有密切关系。为提高湿喷混凝土的可泵性,可从改善管网参数和提高料浆的工作性两方面采取措施,并揭示了湿喷混凝土管道堵塞机理。     

巷道钢纤维硅粉混凝土喷浆支护试验与应用

为解决普通混凝土喷浆支护浆体开裂、巷道变形严重的问题,提出采用钢纤维硅粉混凝土对其进行湿喷支护。通过试验研究钢纤维掺量与形状、硅粉掺量和减水剂掺量对混凝土抗弯强度的影响规律,得出最佳的钢纤维硅粉混凝土配比,应用于某矿的回风斜井喷浆支护。结果表明：波浪型钢纤维对混凝土抗弯强度提高能力远大于平直型钢纤维,最佳的波浪型钢纤维掺入率为1.5%,最佳的硅粉掺量为替代水泥掺量的10%,最佳减水剂掺量为0.6%。通过喷层应力监测和围岩变形观测证明了钢纤维硅粉混凝土喷浆支护控制巷道围岩的可行性.     

湿喷混凝土可泵性、强度和回弹率的关键影响因素

为了更好地推广湿喷混凝土在矿山的应用,以提高湿喷混凝土的支护效果,基于大量室内实验及多年现场经验,对影响湿喷混凝土可泵性及强度、回弹率的关键因素开展了深入研究。详细阐述了水泥掺量、砂石原材料强度及粒级组成、微硅粉掺量、纤维类型及其掺量、速凝剂和减水剂类型及掺量,以及水灰比等因素对湿喷混凝土可泵性及强度的影响;分析了料浆水灰比、速凝剂掺量、喷枪与受喷面距离、喷枪与受喷面夹角等因素与湿喷混凝土回弹率的内在关系;根据板庙子金矿现场实践,回弹率一般为10%,湿喷混凝土28 d单轴抗压强度为362 MPa,抗弯拉强度为3.2 MPa,与干喷混凝土进行对比,各项技术经济指标明显占优,可见湿喷混凝土是喷射混凝土未来的发展趋势。     

高应力破碎镍矿机械化湿喷混凝土配合比优化

针对金川镍矿矿岩破碎,地压较大,采用传统的干喷锚网支护效果不理想且巷道返修率高的问题,提出湿喷混凝土技术来改善这一局面。采用正交设计方法进行配合比试验,研究了水灰比、水泥、减水剂和砂石比（细砂与绿豆石的质量比）对湿喷混凝土工作性及力学性能的影响规律。结果表明：各因素对湿喷混凝土工作性的影响顺序为：水灰比>水泥掺量>砂石比>减水剂掺量,要保证湿喷料浆塌落度大于150 mm,其水灰比应大于0.44、水泥掺量应大于430 kg/m3、砂石比应在2~4;水泥掺量对湿喷混凝土的力学特性影响最大,其次为水灰比,砂石比与湿喷混凝土强度呈凸形关系,减水剂对湿喷混凝土的强度影响较小。引入单位价值强度系数V对不同水泥掺量湿喷混凝土的经济性进行对比,确定了最佳配合比,通过现场应用达到了较好的效果,具有较高的综合经济效益。     

基于增强减弹的湿喷纤维混凝土应用研究

为了解决高地应力淋水巷道喷射混凝土易开裂、回弹率高的问题,开展了掺加纤维、速凝剂的湿喷混凝土性能试验。结果表明:15 mm纤维改善了混凝土抗变形能力;速凝剂和互补纤维掺入导致回弹率高的缺陷,水泥掺量的增加利于增加混凝土的黏结强度、降低回弹。通过优化试验,有效改善了高地应力淋水巷道喷浆层开裂、回弹率高的问题。     

PS6I矿用混合型湿喷机组的设计及性能分析

为解决现有干式喷浆机易堵管、粉尘大、回弹率高和抗压强度低等问题,设计了一种PS6I矿用混合型湿喷机组,其采用独立制浆机和抽浆泵的结构,易于精确掌控物料的配比并促成干料和湿料的均匀混合。同时干湿料的区分输送大幅降低了粉尘浓度和堵管概率,既改善作业环境,又有效地保证干湿料的连续传输,喷混凝土连续作业能力增强。现场分别收集干式喷浆机和PS6I矿用混合型湿式喷浆机作业的混凝土试块及回弹料,并测试各区域粉尘浓度,通过实验室单轴试验和理论计算对比分析两者的技术经济指标。结果表明,PS6I矿用混合型湿喷机组喷浆相比较干式喷浆机作业,回弹率降低10%,喷混凝土抗压强度提高22.4%,粉尘浓度降低46.1%。     

不同种类引气剂对充填料浆流变特性及力学性能的影响

为探究不同种类引气剂对尾砂充填体力学性能的影响,用矿渣硅酸盐水泥(P.S.A42.5)、某矿全尾砂、城市自来水及3种主流引气剂制备全尾砂充填胶凝料浆,探究不同引气剂对充填料浆的流变特性和充填体早期强度特性的影响,并用SEM探究引入不同引气剂的充填体的孔隙结构。结果表明:十二烷基硫酸钠(K12)的引入使料浆塑性黏度和屈服应力下降,但可改善料浆的流动性;加入引气剂使充填体早期强度下降,加入K12时下降幅度最小。SEM微观结构显示,引气剂引入的气泡使充填体内部产生更多的孔隙结构,孔隙结构增多是充填体强度下降的主要原因;气泡越小越均匀,强度下降幅度越小。综合考虑料浆流变特性和充填体的7 d单轴抗压强度,结合对充填体微观结构的探究,针对市面上的3种主流引气剂,在料浆质量浓度为60%、灰砂比为1∶4的条件下,认为K12最适合用作充填料浆的引气剂。     

多源煤基固废充填体固结与承载性能的温度效应研究

为研究煤基固废膏体充填体在煤矿深部高地温环境下的固结承载性能,采用单轴压缩和声发射试验,测试不同养护温度(20、35、50℃)和龄期(3、7、14、28 d)影响下膏体充填体强度与破坏特征;通过SEM测定充填胶结体微观形貌和矿物组成,从微观角度揭示养护温度对水化反应的影响规律。研究结果表明：伴随养护温度的升高,其对水化反应的影响逐渐从促进转变为抑制,28 d抗压强度在养护温度为35℃时达到最大值;声发射事件主要发生在压密和破坏阶段,养护温度提高促使声发射活动提前活跃,充填体破坏形态逐渐由延性破坏转变为脆性破坏;由于热损伤作用,高温养护加快了充填体早期水化反应速率,而对养护后期充填体内C-S-H和孔隙结构造成破坏,对其长期强度的增加产生不利影响。     

钼尾矿粉对水泥基材料强度和微观结构影响研究

为减少钼尾矿堆积造成的土地占用、污染环境问题,提高其在建筑领域资源化利用的效率,制备了钼尾矿粉-水泥胶砂试样,从掺量、细度、养护时间、活性贡献率等方面分析了钼尾矿粉对水泥基材料抗压强度的影响,利用XRD和SEM分析了水泥基材料水化产物和微观结构。结果表明:标准养护下,钼尾矿粉掺量与强度呈线性递减关系,掺量不宜超过20%,此时90 d水化活性贡献率4.633%,掺量增加导致硬化浆体中存在大量孔隙,对强度增长不利;钼尾矿粉细度减小,能够提高试样抗压强度和早期活性贡献率,但对后期强度增长不利,适宜粉磨时间为20 min;水泥基材料前期强度增长速度较快,14 d抗压强度发展系数超过80%,后期强度增长逐渐趋于稳定;掺钼尾矿水泥基材料水化产物主要为Ca(OH)2、水化硅酸钙、钙矾石及未反应的尾矿颗粒。     

巴斯夫美固MP325注浆材料及成套湿喷支护技术在小纪汗煤矿副斜井大面积淋水巷道的配套应用

小纪汗煤矿副斜井设计采用锚网喷支护,井筒穿过440~550 m时,巷道岩性主要为砂质泥岩和细砂岩,巷道顶板出现了大面积淋水,水源以裂隙不发育(主要为孔隙水)为主,淋水未呈现集中淋水,淋水主要体现为大面积多点淋水。巷道采用原设计锚网喷支护喷浆,由于出现多点淋水,喷浆黏接性较差,喷浆回弹率高,无法达到支护效果。为了彻底解决该段巷道的支护问题,通过调研提出了巴斯夫美固MP325注浆材料和高性能混凝土外加剂及成套湿喷技术配套使用解决大面积淋水巷道堵水问题,达到巷道支护效果。     

基于不同养护龄期的充填体强度多元线性回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂作为原料,制备料浆浓度为65%、67%和69%,灰砂比为1∶4,1∶10和1∶20的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。养护龄期对充填体强度影响最大,灰砂比次之,料浆浓度最小。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

基于不同养护龄期的充填体强度回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂制备料浆浓度为65%、68%、70%、72%和75%,灰砂比为1∶4,1∶5,1∶6,1∶8和1∶10的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

某金矿全尾砂充填体早期强度性能分析

针对某金矿以水泥为主要胶凝材料造成的充填成本高、早期强度低的问题,以该金矿全尾砂为骨料,选用生石灰、石膏、水淬矿渣、水泥为辅料,在分析全尾砂物化性质的基础上,采用全面法试验设计,制备料浆质量浓度为70%、72%、74%、76%和灰砂比1∶4,1∶6,1∶10和1∶20的充填料浆,测定养护龄期为1,3,7,14d时抗压强度。结合Design-Expert软件筛选并评估影响全尾砂充填体早期强度的显著性因素。试验结果表明:料浆质量浓度和养护龄期一定时,充填体早期强度与灰砂比表现为正比关系;控制养护龄期和灰砂比不变,随着料浆质量浓度的增大,充填体强度增长越明显;在灰砂比和料浆质量浓度相同的条件,充填体强度与养护龄期呈正相关,对充填体早期强度影响敏感性顺序为灰砂比养护龄期料浆质量浓度。通过试验可知,在灰砂比1∶4,料浆质量浓度76%时,充填体1d强度可达0.76MPa,3d强度可达1.19 MPa,7d强度可达2.09 MPa,14d强度可达2.21 MPa。将试验结果应用于工程实践,可为矿山充填提供理论依据和数据参考。