充填料浆的泌水沉缩性能分析

采用试验测试的方法分析了全尾砂-水泥充填料浆的泌水沉缩特性,结果表明,不同配比及浓度的充填料浆泌水和沉缩量存在较大差异、并遵循着一定的规律,作为指导充填生产核算的重要指标,实践中可结合泌水和沉缩率测试参数计算相关统计量,从而为提高充填效率、降低充填成本、考核充填业绩、制定生产计划提供依据。     

充填料浆沉缩性能试验研究

沉缩率是矿山充填工程的一项重要指标,严重制约着充填接顶的质量。以保山金厂河铅锌矿的全尾砂为试验材料,研究了全尾砂的泌水沉缩特性与规律,分析了不同料浆浓度、水泥添加量对沉缩性能的影响。结果表明：①胶结充填料浆沉缩率小于非胶结充填料浆。②在胶结充填料浆中,随着料浆浓度增大,料浆沉缩率会逐渐减小。③在充填料浆浓度为60%～68%范围中,随着灰砂比增大,料浆沉缩率会逐渐减小;在料浆浓度达到70%时,料浆沉缩率变化幅度很小,基本没有沉缩。     

金川矿山混合充填材料配比试验

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生重要影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰3种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉降损失率的试验研究。试验结果显示,河砂与棒磨砂配比为2∶8的混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉降损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

地下矿山充填接顶技术的研究

充填接顶是充填采矿工艺实现的关键技术,在分析充填不能接顶的原因的基础上,就充填接顶技术进行了梳理,简要介绍了人工接顶、机械接顶、强制崩落接顶、料浆加压接顶、料浆重力接顶和料浆膨胀接顶技术。并对充填料浆接顶的辅助措施进行了探讨,认为可通过优化改善料浆的流平性和沉缩性,泌水快排技术以及管网优化等技术以达到接顶的目的。     

薄煤层充填开采超高水材料配比及充填工艺优化

为解决超高水材料在现场施工过程中易出现浆液泌水、甚至不凝固影响充填体强度等问题,进行优化材料配比试验,并在此基础上进行泌水率测试和不同搅拌工艺试验,以提高现场充填效果。试验结果表明:B料中石膏∶石灰比例为4∶1时,超高水材料的抗压强度最大;搅拌工艺对材料泌水率存在较大影响,合理的增加混合浆液搅拌时间能有效减少泌水率,进而减少添加剂掺量、减少成本。将改善后的材料配比及充填工艺应用于田庄煤矿薄煤层充填开采工作面,通过现场取样测试充填体强度和监测得到的实时顶底板移近量数据,充填体强度高于实验室强度,顶底板移近量仅为96 mm,取得了良好的充填效果。     

接顶率对充填体稳定性的影响研究

为了研究充填接顶率对充填体稳定性的影响,运用MIDAS有限元软件建立了不同接顶率下胶结充填矿柱稳定性分析模型。在研究影响充填接顶率主要因素的基础上,得到充填次数与充填接顶率的关系方程。采用MIDAS软件创建了11个不同接顶率的矿岩及充填体模型,通过分析不同充填接顶率时胶结充填体的受力状况,对胶结充填体安全稳定性进行综合评价,从而得到较合理的充填接顶率。将该研究成果运用于某多金属矿山,当一步采场充填接顶率为72.6%时,充填次数少、充填成本低且能保证采矿作业的安全性。该研究为其他类似矿山科学合理地提高充填接顶率提供了一种全新的指导方向。     

采空区不同充填接顶率的充填体稳定性研究

以石人沟铁矿-60m水平采空区为研究对象,采用相似试验,结合有限元理论,开展了不同充填接顶率对充填体稳定性影响的研究。试验结果表明:充填接顶率大于50%时,充填体处于稳定状态。采空区不同接顶率的5种钻孔布置方案中,接顶率70%方案(1)为最优,拉应力及其集中区域为最小值,该方案的拉应力较其他4种方案,分别降低了6.64%、6.64%、20.6%和1.7%,在确保充填体达到维护采场稳定的同时,充填钻孔位置和数量的布置得到了优化。     

充填体主动接顶膨胀材料性能试验研究

充填接顶是充填采矿工艺的重要工序,其效果关系到矿石回采安全性及回收率。为解决目前充填采场接顶率低的难题,本文提出了充填体主动接顶技术。经试验研究,在充填料浆中添加与其相匹配的自膨胀材料,利用其自膨胀功能使充填体体积增大,可实现采场充填体主动膨胀接顶。通过开展自膨胀充填料浆的流动性能和自膨胀充填体的强度试验,并借助扫描电镜(SEM)分析充填体的微观结构,确定了广东某铅锌矿充填接顶的技术参数,在充填料浆浓度为73%、灰砂比为1∶4、膨胀材料添加量为3%时,充填体体积膨胀率为22%～23%,充填体强度约2.0MPa,满足接顶充填工艺要求。     

胶结充填接顶的技术改进

充填接顶一直是应用充填采矿法矿山亟待解决的技术难题,通过分析充填接顶困难的因素后,提出了进路下向微倾斜胶结充填采矿法。该方法的成功应用,提高了充填接顶率和充填体抗压强度,可供其他矿山充填开采时借鉴。     

粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响

为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%~69.8%,膏体流变性、泌水率、抗压强度和干缩率的变化情况。结果表明:1随粉煤灰掺量的增加,膏体流变性减弱,黏聚性增强,泌水率减小。2随粉煤灰掺量的增大,不同龄期膏体抗压强度变化不同,3 d强度变化不大,在0.5 MPa左右;7 d强度呈先增后降的趋势,在66.7%掺量时最大达到2.5 MPa;14 d强度于67.8%掺量前在4 MPa上下变化,在68.9%掺量时达到6.9 MPa;28 d强度发展缓慢,与14 d变化趋势相似。7~14 d水化作用显著,强度增长量能达到28 d强度的40%~60%。3膏体的干缩量随粉煤灰用量增加而减小,与龄期近似满足对数关系。且膏体干缩量曲线160 d开始趋于平稳,干缩率不超过0.2%。     

进路充填采矿法充填技术探讨

进路充填采矿法。充填体的强度及其结构、进路充填接顶率或进路充填充满率直接影响和决定采矿安全程度和充填成本高低，本文对进路充填采矿法如何确定充填体的强度及其结构，如何改进充填工艺技术提高进路充填接顶率或进路充填充满率进行了探讨。     

基于等价采高模型的膏体充填开采沉陷预计

为了对膏体充填开采后地表沉陷规律进行研究,根据膏体充填开采的现场实践及充填材料的组成情况,建立了适合于膏体充填开采的等价采高模型.模型中等价采高由充填前顶底板移近量、充填欠接顶量、膏体充填体的收缩量及压缩量组成,计算公式中含有泌水率、膏体充填体的压缩率等参数.将建立的等价采高模型与概率积分法结合,对许厂煤矿130采区北翼保护煤柱采用膏体充填开采后产生的沉陷进行预计,结果表明膏体充填开采后地表产生的移动及变形较小,可以保证矿用铁路及附近建筑物用地安全使用.     

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明：充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。     

矿渣基胶凝材料充填试验及胶结体微观结构演化研究北大核心

采用矿粉-水泥复合胶凝材料作为胶结剂,细尾砂作为骨料,开展了不同浓度、砂灰比下充填流动度、泌水率、沉缩率及抗压强度试验。利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、压汞(MIP)对特定养护龄期下充填体中水化产物种类、分布及孔结构变化进行了表征。结果表明:充填浓度的提高,料浆流动度、泌水率及沉缩率明显降低,而砂灰比对其影响相对较小。充填浓度66%~72%时,料浆流动度为16.1~27.1cm,满足充填泵送及自流输送流动度要求;充填浓度74%时,料浆流动度仅为12.25~13.40cm,且泌水率及沉缩率均较小,不适宜于输送。充填体抗压强度随充填浓度的提高而增加,随砂灰比的提高而下降。养护早期(3d),充填体强度普遍较低,但后期强度发展较快,尤其是28~60d仍有一定幅度的增长。矿粉在水泥碱环境作用下持续发生火山灰反应并生成大量水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(AFt)等产物细化了充填体内部孔径,增加了体系密实程度是导致充填体强度稳定增长的重要原因。     

基于采场充填接顶率与充填体承载性能的研究

针对矿山充填接顶困难、充填体承载强度不足等难题,建立了充填接顶率与顶板岩层中最大Mises应力强度的回归模型,探讨了两者之间的定量关系。通过对新桥矿实测数据模拟,发现它们之间存在着显著的线性相关关系。研究表明,当充填接顶率达到50%以上时,充填体强度即可满足要求,从而大大降低了充填成本,对指导矿山接顶充填具有重要意义。     

高炉矿渣粉作为胶结材料的试验研究

煎茶岭镍矿采用下向胶结充填采矿法,充填成本高,为降低水泥消耗,利用高炉矿渣粉作为一种新型胶结材料开展充填工作,通过对不同配比、替代量等参数开展对比试验,最终得出高炉矿渣粉替代水泥后强度有所降低,随掺入量增加,强度下降越大,同时发现存在一个区间,高炉矿渣粉替代部分水泥用于井下充填,能够确保充填接顶率、充填体抗压强度,对其他矿山充填开采有重要的借鉴意义。     

吕梁山区表层黄土似膏体充填适应性试验研究

吕梁山区铝土矿资源大多适合于地下开采，随着内陆地区铝土矿价格持续走高，其矿石价值已具备应用充填法开采的条件，地下铝土矿充填开采是铝土矿开采技术发展的新课题。当前对铝土矿采用拜耳法生产氧化铝时产出的赤泥废料不具备进行规模充填的技术条件。地下铝土矿山井巷工程大部分为脉内布置，废石量不足，地下铝土矿山充填开采面临着充填骨料匮乏的难题。通过充填骨料探索性试验，因地制宜选择黄土作为吕梁山区地下铝土矿山的充填骨料，开展了黄土胶结充填物化参数、粒级分析、浆体流动性、泌水率和强度配比等试验。研究表明：①黄土充填料浆能够以似膏体的形式泵送进入采场；②工业性试验表明，黄土作为充填骨料在灰砂比为1∶6、料浆浓度≥68%、泌水率≤3%的条件下，具备似膏体特性，28 d充填体强度≥0.8 MPa，满足某地下铝土矿回采对充填体强度及矿山充填能力的要求，有助于解决该矿山在充填开采过程中面临的充填骨料不足和顶底板遇水泥化问题，可为控制铝土矿开采地压及提高回采率提供重要技术支撑。     

吕梁山区表层黄土似膏体充填适应性试验研究

吕梁山区铝土矿资源大多适合于地下开采，随着内陆地区铝土矿价格持续走高，其矿石价值已具备应用充填法开采的条件，地下铝土矿充填开采是铝土矿开采技术发展的新课题。当前对铝土矿采用拜耳法生产氧化铝时产出的赤泥废料不具备进行规模充填的技术条件。地下铝土矿山井巷工程大部分为脉内布置，废石量不足，地下铝土矿山充填开采面临着充填骨料匮乏的难题。通过充填骨料探索性试验，因地制宜选择黄土作为吕梁山区地下铝土矿山的充填骨料，开展了黄土胶结充填物化参数、粒级分析、浆体流动性、泌水率和强度配比等试验。研究表明：①黄土充填料浆能够以似膏体的形式泵送进入采场；②工业性试验表明，黄土作为充填骨料在灰砂比为1∶6、料浆浓度≥68%、泌水率≤3%的条件下，具备似膏体特性，28 d充填体强度≥0.8 MPa，满足某地下铝土矿回采对充填体强度及矿山充填能力的要求，有助于解决该矿山在充填开采过程中面临的充填骨料不足和顶底板遇水泥化问题，可为控制铝土矿开采地压及提高回采率提供重要技术支撑。     

下向进路式充填采矿方法在毛坪铅锌矿的应用研究

下向进路式充填采矿方法在金属矿山被广泛应用。目前,对充填材料制备、充填作用机理、充填体质量及稳定性分析、进路参数优化等已经开展了深入研究和工程实践。充填体的稳定性和接顶率一直是该采矿方法应用的两大难题。针对毛坪铅锌矿的采矿方法以及存在的问题,通过开展现场研究与生产实践,形成一套成熟、高效、安全、经济的下向进路式充填采矿工艺,从而确保充填体稳定和较高充填接顶率。近几年来该矿发生的充填体冒顶事故为零,进路的充填接顶率在95%以上,采矿成本降低到146元/t。该矿采用的下向进路式胶结充填法的研究成果与采矿工艺可为类似矿山开采提供参考。     

充填体不接顶时煤柱位移与应力状态分析

针对巷柱式充填开采工作面充填体柱不接顶的情况,建立了煤柱和充填体相互作用的力学及数值计算模型,通过理论和数值模拟计算,得出了充填体不接顶时煤柱位移与应力场的变化规律。充填体接顶时,煤柱应力等值线分布均匀,应力集中系数较小,应力影响扩散角较大,影响深度较小;充填体不接顶时,煤柱应力等值线密集,应力集中系数较大,应力影响扩散角较小,影响深度较大。