不同养护龄期下胶结充填体多尺度力学特性研究

为多尺度探究养护龄期对充填体力学特性的影响,对不同龄期充 填 体 开 展 了 超 声 波 测 试、单 轴 压 缩 试 验、电 镜SEM 微观结构扫描,从宏—细—微观三个尺度分析养护龄期对充填体力学特性的影响.研究结果表明:养护龄期越长,充填体应力 应变曲线越陡,峰值应力越大,残余应力越大;充填体的波速、弹性模量、抗压强度随龄期的延长逐渐增大,增长速率逐渐减小;充填体的抗压强度、弹性模量与波速具有良好的指数相关性,二者的增长速度随波速的增大而增大;随着养护龄期的延长,充填体内部Ca(OH)２ 晶体尺寸变小,钙矾石的 形 态 由 细 长 针 状 演 化 为 短 粗 柱 状,水 化 产 物C—S—H 网状凝胶数量明显增多,孔隙数量和孔隙率减少,结构致密性增加,充填体抗压强度提高.     

分层因素作用下充填体力学特性变化规律及破坏特征分析

井下尾砂胶结充填体多表现为分层数量多、分层角度小,因此研究分层因素对充填体力学特性及破坏特征的影响势在必行。通过对水平分层、角度分层充填体开展单轴抗压试验,实现分层因素与充填体抗压强度、割线模量间数量关系表征。研究结果表明：充填体抗压强度与分层数、分层角度,以及割线模量与分层数之间均呈指数型负相关,而割线模量与分层角度间更符合多项式函数关系;分层数对水平分层充填体强度的影响效果比固体质量浓度更显著,而角度分层充填体强度对固体质量分数的敏感度高于分层角度。分层充填体试样多表现为贯穿与半贯穿破坏,分层数对充填体破坏形态影响效果最显著,研究结果为矿山分层充填研究提供了理论基础和科学依据。     

煤矿高浓度胶结充填体力学作用分析

随着煤矿充填开采技术的不断发展,充填体力学已成为充填开采的重要组成部分。通过测试不同石灰比条件下(分别为11∶3、10∶4、9∶5、8∶6)高浓度胶结充填体试样的单轴抗压强度,研究了充填体强度变化规律及其力学特性,并分析了充填体与顶板、侧向围岩及底板之间力学作用关系。     

尾砂胶结充填体强度特性试验研究

以尾砂胶结充填体试块为对象,选取对强度敏感性最高的影响因子——龄期,对不同龄期的尾矿胶结充填体进行单轴抗压强度和直接剪切试验,分析了尾砂胶结体的强度规律及破坏特征。试验结果表明:尾矿胶结体的强度随着养护龄期的增加而升高,其中7~28d强度增加较为显著,并建立抗压强度、抗剪强度与龄期回归方程,为后期充填采矿设计和降低采矿成本提供了依据。     

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。     

深部采场胶结充填体力学稳定性研究

为达到完全回采矿石,深部采矿过程中胶结充填体被用来充填回采过程产生的采空区。胶结充填体强度配比设计是基于满足采矿过程充填体应稳定暴露的要求。通过工程类比法和理论分析计算法,确定了能够满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。     

冲击加载下养护龄期对掺膨润土充填体力学破坏特征研究

深部开采中爆破、地震波等冲击对不同养护期的胶结充填体稳定性造成破坏,威胁采场安全.为此采用霍普金森杆试验系统对充填体试样进行单次冲击试验,分析爆破荷载下不同龄期掺膨润土全尾砂胶结充填体的动力学特性.结果表明:动态冲击曲线存在多个波峰,养护早期(3、7 d)表现为动态强度硬化(峰值应变0.005左右),后期(14、28 ...     

个旧卡房矿区全尾砂胶结充填体力学特性分析

为研究养护龄期、质量浓度与灰砂比对全尾砂胶结充填体抗压强度的影响规律,以个旧卡房矿区不同配比全尾砂胶结充填体为研究对象开展单轴压缩实验。结果表明:相同质量浓度及灰砂比下,充填体的单轴抗压强度随养护龄期的增加呈指数函数递增;相同养护龄期及灰砂比下,充填体的单轴抗压强度随质量浓度的增加而逐渐增加,且灰砂比越大的充填体其抗压强度的增幅越大;相同养护龄期及质量浓度下,充填体的单轴抗压强度随灰砂比的增加呈一元线性函数递增。     

胶结充填体力学强度尺寸效应

本文通过尾砂胶结充填体配比试验,研究了尾砂胶结充填体强度与试样尺寸和几何形状之间的关系.试验研究结果表明:在相同条件下,胶结充填体强度在试验范围内,随试样尺寸的增加而减小,其呈非线性变化;不同尺寸与几何形状的胶结充填体试样强度之间的换算比例关系为:152mm充填体试样强度大致为72mm和85mm试样强度的3/4,为70.7mm立方体试样强度的3/5.     

某矿山胶结充填体力学状态试验研究

根据某矿山现场调查和试验研究,选择有代表性的回采中段进行胶结充填体力学状态试验,获得了有参考价值的下向进路尾砂胶结充填体力学特征,对研究充填体力学状态和矿山生产具有一定的参考作用.     

组合胶结充填体力学特性试验与应用研究

为探究组合尾砂胶结充填体力学特性及破坏机制,利用大冶铁矿全尾砂制备灰砂比分别为1∶4,1∶6,1∶8和1∶10的三分层柱状组合胶结充填体试样,借助SANS数显式试验机开展不同配比组合充填体单轴压缩试验。以大冶铁矿为工程背景,借助数值模拟手段优化了充填方案并开展工业试验。研究结果表明:1)组合充填体顶底分层为1∶4时,二分层灰砂比降低,胶结充填体整体强度弱化明显;当二分层配比1∶10时,顶底层灰砂比减小,充填体整体强度逐渐降低,但影响较小。且组合充填体破坏形式主要表现为中部首先发生破坏,顶部和底部伴随拉伸和剪切破坏。2)采空区-171～-159 m灰砂比1∶4,-159～-120 m配比均为1∶8方案最优,同时现场充填体取芯强度较好。将研究成果成功应用于试验采场309矿柱回采,实现了回采率92.14%、贫化率为9.07%的良好技术指标。     

不同加载速率下充填体力学特性研究

地下矿山中的充填体往往会受到不同加载速率的载荷作用,因此研究不同加载速率下充填体的力学特性对矿山的安全生产具有重要意义。以湖南某铅锌矿的胶结充填体为对象,进行了不同加载速率下的单轴压缩试验,研究了其相应的力学特性。结果表明:总体而言,加载速率越大,充填体的抗压强度也越大;加载速率存在一个临界值,当超过该临界值时,随着加载速率的增大,充填体的抗压强度反而减小;灰砂比越大,充填体强度受加载速率的影响越大。     

掺纤维分层胶结充填体力学强度特性试验

针对充填体胶结强度低和易开裂等问题，开展纤维类型、分层数对充填体单轴抗压强度的影响规律实验研究。结果表明：未掺纤维的充填体为张拉破坏，掺纤维充填体受压膨胀呈现鼓状，整体裂而不断，保持较高的完整性。分层面在一定程度上劣化了充填体力学性能，随分层面的增多充填体单轴抗压强度逐渐减小。添加纤维充填体在达到峰值荷载后仍具有一定承载能力，呈现“裂而不碎”的特征。通过对比聚丙烯腈纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维三种纤维，添加聚丙烯腈纤维更有利于充填力学性能的改善。     

全尾砂胶结充填体分层特性试验研究

在分段或阶段嗣后充填采空区中全尾砂胶结充填体的分层现象较为常见。基于此,以程潮铁矿所取尾砂及相关基础资料为试验基础,采用一次充填分别制作灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的全尾砂胶结充填体试样,进行单轴压缩胶结充填体超声波波速监测试验,获取胶结充填体试样破坏荷载及超声波波速,探讨不同灰砂比的充填体试样超声波波速分层变化特征,结合颗粒粒级特征,揭示全尾砂胶结充填体分层机理。试验结果表明：（1）通过对不同灰砂比、不同分层测点进行对比分析,得出超声波波速变化规律为：① v（上）＞v（中）＞v（下）,② v（1∶4）＞v（1∶6）＞v（1∶8）＞ v（1∶10）;（2）结合颗粒粒级特征,表明全尾砂胶结充填体的分层变化特性是由于充填体试样内部颗粒间的排列方式及紧密程度之间的特征而导致;（3）全尾砂胶结充填体分层现象对充填体的强度影响较大,颗粒密实程度越好、颗粒排列越均匀,越能更好地对其强度进行表征。研究结果可为程潮铁矿极其类似矿山的充填生产实践提供有效指导意见。     

养护龄期对掺膨润土胶结充填体能量耗散的影响分析

为获取不同龄期掺膨润土胶结充填体的稳定状态、二步骤回采时间,确保采场安全,采用RMT-150C岩石力学试验系统进行单轴压缩试验,结合能量耗散原理对数据进行处理,对不同养护龄期掺膨润土胶结充填体的能量耗散规律进行了研究。结果表明:各膨润土掺量的充填体强度与养护龄期表现正相关性,随膨润土掺量增大,强度呈先减小后增大趋势,各掺量充填体的强度均能满足采场充填要求;充填体储能极限与养护龄期遵循二次函数关系式y=a+bx+cx~2,掺入膨润土会降低储能极限;充填体峰前能量消耗主要以弹性应变能为主,且随着养护龄期延长而增大,但峰前能耗占比下降;充填体能耗速率与养护龄期呈正相关,而与膨润土掺量呈负相关,膨润土掺量大小对峰前能耗速率影响较小,充填体峰前变形破坏阶段能耗速率略高于峰后能耗速率。     

胶结充填体力学作用机理及稳定性分析

阐述了胶结充填体力学作用的机理,通过工程类比法和理论分析计算法,研究确定了满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。