废石尾砂充填结构体应力分布与覆岩变形移动规律研究

废石尾砂交替充填采场由废石和尾砂构成的充填结构体支撑采场顶板,其承载特性无法简单地由某一种材料的变形和强度参数描述,为了探究该充填结构体的应力分布与覆岩变形移动规律,利用大尺寸相似模拟装置对典型缓倾斜薄矿床废石尾砂交替充填开采过程进行模拟,采集、处理并分析采场顶板应力、未采矿岩应力、地表沉降、充填体承载情况和安全系数等指标的演化特征,在此基础上分析了废石尾砂充填结构体的承载和稳定状态。结果表明:废石尾砂充填结构体中由废石充填体承载采区顶板施加的大部分荷载,而尾砂充填体未充分发挥其承载作用,充填效率不高;借鉴高应力巷道柔性支护有效调动围岩自承载能力的理念提出了基于柔性接顶的应力协调思路,即利用弹性模量低于废石充填体的柔性材料前期收缩变形释放顶板一部分压力,调动矿岩和尾砂充填体承载能力并对废石充填体进行卸压。该思路有助于改善废石尾砂充填结构体的不均匀承载状态,提高采场整体安全性和充填效率。     

某矿不同级配尾砂高浓度料浆流变特性研究及优化

充填料浆的流动性是实现尾砂高浓度胶结充填的基础,而尾砂级配则是影响料浆流变特性的重要因素之一。为了探究尾砂级配与料浆流变特性的关系,首先对人工配制的不同级配尾砂进行粒径分析,并得到相应的特征粒径;开展了不同级配尾砂的流变特性试验,分别从直观和微观角度研究了级配对料浆流变特性的影响规律及其机理,并对其进行优化。结果表明:该矿不同级配尾砂料浆的流变特性符合Bingham模型,料浆中细砂掺量与料浆的屈服应力和塑性黏度存在指数增长关系,其最佳配比为-74μm占比40%。根据试验结果进行了充填工艺的技术改造,优化实际充填的尾砂级配,实现了安全高效开采。     

矸石充填材料压缩仿真实验研究

采用大容器、大粒径、大载荷和仿真煤体条件,进行了23个方案模拟矸石压缩实验.总结了压缩过程中应力应变关系曲线和轴压侧压关系曲线的形态及其特征;得出了压缩率与粒径尺寸成正变、与侧压成反变的规律;分析了压缩率、侧压与煤体强度、矸石粒径及其级配之间的相互关系,揭示了充填材料级配优化提高充填效果的机理.     

废石-铜渣尾砂混合骨料配比优化试验

针对金川矿区粗骨料充填料浆离析问题,选择掺铜渣尾砂改善骨料级配,在混合骨料粒径级配分析基础上,进行废石-铜渣尾砂混合骨料充填体强度试验和料浆管输特性试验。试验结果表明:掺入适量铜渣尾砂,能有效改善粒径级配,提高充填体强度;铜渣尾砂添加量、胶凝材料添加量和料浆质量浓度对充填料浆管输特性的影响各不相同,但在一定范围均对料浆管输特性有益。最后以单位充填成本为优化目标,以各龄期强度和28d沉缩率为约束条件,得出满足充填强度要求的最低成本配比方案,即胶凝材料为270kg/m~3,废石为857.4kg/m~3,铜渣尾砂为423.2kg/m~3,料浆浓度为80%,水为420.2kg/m~3,此方案下的充填成本为92.6元/m~3,相比当前156元/m~3的充填成本,降低了约40.6%。验证试验结果为:3,7,28d强度和28d沉缩率分别为1.62,3.80,6.91MPa和9.23%,均满足矿山胶结充填要求。     

某矿不同级配尾砂强度影响规律及其优化研究

尾砂级配是影响充填体强度的重要因素之一,某矿因磨矿细度越来越小、级配不合理导致充填质量较差,因此以该矿全尾砂为原材料,开展不同级配尾砂充填体强度配比试验,并对其进行优化。推荐该矿尾砂级配为：+100目占比30%,-100～+200目占比30%,-200～+400目占比20%,-400目占比20%。下一步将根据试验结果进行技术改造,优化尾砂级配,实现安全高效开采。     

混合充填集料粒径与级配对料浆流动性影响

在充填采矿中利用选矿尾砂、采掘废石是降低充填采矿成本的重要途径,混合料浆集料的粒径级配对充填料浆管道输送的流动性、抗离析及管道阻力具有显著影响。采用土力学中的曲率系数及不均匀系数来评价集料级配不能合理评价混合充填骨料级配优劣。针对金川矿山棒磨砂、全尾砂和戈壁砂混合充填骨料,开展了混合充填料浆的塌落度和流变特性试验,研究混合骨料的细度模数、-75μm细颗粒含量及粗细比对料浆塌落度和流变参数的影响。试验结果表明,在一定质量浓度的范围内,充填料浆塌落度与粗细比呈凸二次曲线关系,与-75μm细颗粒含量呈负线性关系,与细度模数呈正相关关系;料浆的初始剪切应力和粘度系数与细度模数、粗细比呈负相关关系,与-75μm细颗粒含量呈正相关关系。由此可知,采用混合骨料时,细颗粒含量和粗细比两个指标能够合理评价混合骨料的级配优劣。     

全尾砂和废石联合胶结充填体最佳配比及应用

针对红岭铅锌矿分级充填骨料来源不足、地表废石堆积污染环境的情况,提出将该矿选厂产生的全尾砂和地表废石作为充填骨料的联合胶结充填方案。分别测试了全尾砂和地表废石的物理化学性质,验证了碎石和全尾砂作为联合充填骨料的可行性。通过充填配比试验,分析了不同配比全尾砂废石充填体强度特性,得出了最佳充填配比。结果表明,充填试块的强度随灰砂比减小而减小,随养护龄期增加呈增大趋势,随充填料浆质量浓度增大而增大,最佳配比为: 胶结充填灰砂比1∶8、普通充填灰砂比1∶12,全尾砂∶废石配比4∶6,质量浓度78%。根据研究结果,在红岭铅锌矿进行了全尾砂废石充填技术工业应用,证实该技术可行。     

基于响应面法的废石-细尾砂充填性能优化试验

为获得满足矿山采矿强度要求的废石-细尾砂充填最佳配比,首先根据混合骨料的堆积密实度和料浆浓度初探试验,初步获得配比范围;在此基础上利用响应面法建立了以废石-细尾砂充填体的3、7、28 d抗压强度为响应值的回归模型,揭示了骨料配比、浓度和灰砂比三因素对充填体强度的影响规律,并通过回归模型优选出充填最佳配比,进行半工业试验验证。结果表明,当充填体养护至3、7 d时,浓度和灰砂比两因素的交互作用影响显著;当充填体养护至28 d时,骨料配比与浓度的交互作用影响显著。当骨料配比1∶3、浓度82%、灰砂比1∶4时,废石-细尾砂充填性能完全满足矿山的充填需求,为废石-细尾砂混合骨料膏体充填性能优化提供了理论基础。     

掺铜渣尾砂充填料浆流变特性研究

为分析掺铜渣尾砂充填料浆流变特性和屈服应力影响 因素,首先通过物化试验检测铜渣尾砂和废石的化学成分与 级配,再采用正交试验方法,开展不同铜渣尾砂掺量、质量浓 度和胶凝材料添加量的充填料浆流变试验,获得各组料浆流 变曲线,最后结合级配、流变、方差分析、多元非线性和曲线 估计理论对试验结果进行分析,研究结果表明:铜渣尾砂和 废石满足充填骨料工业应用标准;掺铜渣尾砂高浓度充填料 浆流变模型为 HＧB模型;料浆质量浓度是屈服应力的显著 影响因素;根据曲线估计建立的多元非线性模型精度较高, 相对误差均小于６．１％,可预测料浆屈服应力,为充填系统设 计提供了理论基础.     

废石干式充填压实力学特征及影响因素研究

为改善废石干式充填效果,提高充填强度,采用物理试验和理论计算等方法研究废石干式充填的压实力学特征及其影响因素。结果表明：试样的粒径级配以及级配的连续性对试样的密实度影响较大,连续性级配的密实度较低,试样抗压能力更强。通过极差分析,级配系数n对轴向应变的影响大于最大粒径D;试样轴向应变-应力曲线表明,试样宏观变形的主要来源是对孔隙的直接压缩和填充。变形模量-轴向应力曲线表明,废石试样粒径分布完善,且各范围粒径之间应有一个合理的比例关系,使得试样通过发生较少的轴向应变达到稳定状态。试样分形特征表明,合理的级配系数n以及最大粒径D可以提高废石颗粒的破碎程度,并提高试样的抗压能力。确定了废石最佳粒径级配为n=0.4、D=30 mm。研究结果对废石干式充填具有一定指导意义。     

废石全尾砂混合骨料粒径级配分析与配比决策

针对金川充填采矿需要,开展了废石和全尾砂两种混合骨料的级配研究。首先根据最大干密度理论和粒子干涉理论,确定充填骨料级配评价指标,然后针对矿山废石和全尾砂两种骨料进行粒径级配分析。结果表明,这两种骨料级配不良,不能单独用作金川矿山充填骨料;混合骨料级配结果表明,当废石与全尾砂配比为6∶4与7∶3时粒度分布曲线比较接近Fuller理想级配曲线,对应的堆积密实度达到最大,推荐其作为金川矿山充填骨料的合理配比。     

废石-尾砂胶结膏体料浆的压力泌水效应及管输边界层厚度估算

为探究充填膏体料浆在管道输送过程中的压力泌水效应及边界层效应,对某矿废石尾砂充填膏体拌合物进行侧限压缩试验及压力泌水试验。结果表明：废石尾砂充填膏体拌合物的初始空隙率,体积浓度,所受压力及压力作用时间对压力泌水率影响巨大;根据充填料的e-p曲线的变形规律,提出了充填膏体料浆压力泌水率的计算模型,定义了影响充填膏体拌合物压力泌水效应的材料参数A和应力参数n,将级配因素引入到压泌水率计算模型中,分析了应力参数随着应力和初始空隙率的演化规律,认为应力参数是一个关于压应力和初始空隙率的多项式函数,函数的阶数越高,精度越高;认为膏体管输边界层厚度不是一成不变的,并建立基于压力泌水效应的膏体管输边界层估算方法。     

非胶结尾砂自然安息角试验研究

斜壁充填采矿技术必须确定合理的非胶结尾砂自然安息角。研究了含水量、粒度级配、容重及硫化物含量对尾砂自然安息角的影响,并进行了非胶结分级尾砂自然安息角试验。得出了非胶结尾砂自然安息角与含水率的关系曲线,确认斜壁充填采矿最佳尾砂含水率为12%左右。     

废石尾砂胶结充填体断裂特性试验研究

保证假顶稳定是下向水平分层充填法开采的前提,在矿山构筑假顶时,除配置适当比例的尾砂和水 泥之外,也会加入适量废石来提高假顶的稳定,同时处理开采过程中产生的废石,以达到绿色开采的目的。通过对 含预制裂缝的废石尾砂胶结充填体试件开展三点弯曲实验,将基于边界影响的准脆性断裂模型应用于充填体断裂 力学特性研究中,分析了胶结剂含量、废石粒径和废石含量对废石尾砂充填体的影响。随着胶结剂含量的增加废 石尾砂胶结充填体断裂韧度近似线性增加;废石的加入能够提高充填体的断裂韧度,但是废石的粒径和分布的影 响存在一个合适的废石混入率;同时,仅仅考虑优良级配也达不到最佳的组成结构,还需考虑充填体的胶结剂含量 和废石掺入量。     

原生矸石连续级配压缩实验研究

 针对矸石压缩试验中存在的方法单一,理论欠缺的现状,本文以泰波理论为基础通过两套实验方案对原生矸石性质进行研究。根据实验时实时监测的应力—应变以及压缩变形数据得出：较小粒径的矸石在级配中占大比例时矸石压缩率小;根据泰波理论进行连续级配实验,得出当n值为0.3时为最优级配;符合泰波理论配比的矸石压缩率低于原生矸石的压缩率,在充填时能够很好的控制地表沉降,充填效果好。     

不同骨料类型对充填体强度性能的影响及配比优化

为研究骨料类型对胶结充填体强度的影响规律,在室内开展了以全尾 砂、尾砂—河沙及尾砂—废石为 骨料的胶结充填体力学性能试验,分析了不同骨料类型下的充填体强度演化 特征,并结合矿山对充填体强度指标的 设计要求推荐了相应的骨料类型和配比参数。 研究结果表明:采用全尾砂 作为充填骨料时,砂灰比的增大会降低充 填体强度,而料浆浓度的增大能够提高充填体的抗压强度,并且浓度的增加 更有利于改善充填体的早期抗压强度;采 用尾砂+河沙作为充填骨料时,三因素对充填体抗压强度的影响程度为砂灰 比料浆浓度河沙含量,并且砂灰比的增大 同样会降低充填体强度,浓度及河沙含量的增大有利于提高其强度;采用尾 砂+废石作为充填骨料时,三因素对充填 体 3、7、28 d 抗压强度的影响程度为砂灰比料浆浓度废石含量,砂灰比的 增大会降低尾砂废石胶结充填体强度,浓度 的增大有利于提高充填体强度。 综合充填体强度及坍落度的测试结果,建 议采用尾砂+废石作为矿山的充填骨料,配 比参数可设计为灰砂比 1 ∶6、料浆浓度 76%、废石含量 10% ~ 15%。     

尾砂级配对充填体强度的影响及优化

尾砂级配是影响充填体力学性质的重要参数,研究级配对充填体强度的影响具有重大现实意义。以A、B和C三种全尾砂为试验材料,通过激光粒度分析仪测得三种全尾砂粒径级配组成,结合全尾砂充填体强度,得到级配与充填体强度之间的关系:C全尾砂级配优于B,A全尾砂级配较差;级配越好,充填体强度越高。借助XRD能谱分析和SEM电镜分析可得,A试块和C试块由于级配不同,导致水化反应初期(3d)A试块钙矾石(针状)明显少于后者,28d报告时C试块团絮状胶凝物黏结更紧密,从而影响了试块的充填体强度,使得级配较优的C试块充填体强度明显高于A试块。通过优化级配的方法对级配较差的全尾砂A进行优化分级,提高了充填体强度。     

某铜矿全尾砂/废石复合充填料浆流变特性研究

全尾砂充填料浆流变性能对管道输送及充填体强度有重要影响。对某铜矿充填料浆采用不同配比实验,通过实验数据选取合适的流变模型,用Origin模拟出回归方程,研究了屈服应力、表观黏度与质量浓度、废石掺量、灰砂比的关系。结果表明,屈服应力随质量浓度升高而增大,当全尾砂质量浓度超过70%,屈服应力显著增大;质量浓度为72%时,适量掺入废石能提高充填料浆的初始表观黏度,废石量超过10%,初始表观黏度则会逐渐降低;浓度低于66%,对初始表观黏度几乎没有影响;废石掺量为0时,灰砂比越大,屈服应力越大;废石掺量为10%、20%时,灰砂比大小对屈服应力几乎无影响;废石掺量为30%、40%时,灰砂比越大,屈服应力越小;质量浓度对屈服应力影响最为显著。     

废石尾砂二步骤无胶结浇注充填技术实践

采用室内和现场的废石尾砂二步骤浇注充填试验,对采空区废石充填体的形成过程、废石充填体的孔隙率、尾砂浇注充填量与废石充填孔隙率的关系等进行了探讨。     

焦家金矿充填物料的颗粒级配优选研究

本文通过试验,研究了焦家金矿尾砂的粒级分布规律,分析了尾砂固结材料充填料浆的级配与流动性的关系、尾砂堆积率与溢流尾砂含量关系、最大堆积率与浆体流动性的关系及充填料浆级配与充填体强度的关系。充填物料堆积率越大,浆体的坍落度越大,流动性就越好。研究发现,焦家金矿分级尾砂细粒级尾砂的最佳含量在30%左右,料浆的充填浓度最好介于70%~75%之间,一般现场选用70%左右的料浆浓度。在尾砂固结剂与溢流尾砂含量之和在25%~30%时,统一配比浓度条件下试件强度最大,因此焦家金矿选择料浆浓度为68%,分级尾砂∶溢流尾砂∶尾砂固结剂体积比为70∶20∶10或70∶15∶15比较适宜。