高阶段嗣后胶结充填体配比参数设计及工程优化

在高阶段嗣后胶结充填法中,分析了一步采中胶结充填体的承载机理,其承受的荷载为顶板围岩塑性区内岩体的重力。通过分析充填体与侧压力的关系,推导了胶结充填体强度极限侧压状态下的力学模型。综合理论方法、ANSYS数值模拟以及国内外类似矿山充填现状对李楼铁矿高大采场矿房充填体内的应力情况进行了计算分析。根据胶结充填体受力集中的位置,充填配比采用混合比,其顶部20 m和底部20 m采用配比为1∶4,中间部位采用配比为1∶6。在工程应用中,对6个100 m充填采场的胶结充填体取芯强度进行分析,在满足采场不同段高强度的基础上,20~50 m部位充填配比采用1∶8进行充填,进而降低充填成本。     

胶结充填体与矿石的能量匹配关系及固化时间的确定

通过对不同灰砂比和料浆浓度的胶结充填体的单轴抗压强度与养护时间的分析,分别建立了胶结充填体固化强度与养护龄期之间的正相关数学表达式。在空场采矿嗣后充填法中,引入能量匹配系数K表征胶结充填体的变形比能与矿石回采释放比能的关系,获得了K值与矿石的弹性模量、垂直应力与充填体固结强度的关系,以及K值与胶结充填体固化时间的关系。据此,定量分析二步骤矿石回采的开挖时间。针对李楼铁矿实例,确定了料浆浓度为75%,灰砂配比为1∶8的充填体,固化时间42 d,比原设计提前18 d。     

胶结充填体强度敏感性分析及灰砂比优化

以李楼铁矿尾砂为原材料,采用水泥作为胶结材料,制作尾砂胶结充填体,进行尾砂基本物理化学参数和单轴抗压强度的测定。研究了尾砂胶结充填体强度与料浆浓度、灰砂比及养护龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析。胶结充填体强度随着料浆浓度的增加呈线性增长,随灰砂比和养护龄期的增长呈指数增长。胶结充填体对灰砂比的敏感性最高,养护龄期次之,料浆浓度最低。在工程应用中,对6个大型充填采场的胶结充填体取芯强度进行分析,采场取芯强度比实验室试块强度高1.59 MPa,在满足采场不同段高强度的基础上,20～50 m部位充填配比由1∶6降为1∶8,进而降低充填成本。     

矿渣基胶凝材料开发和充填体强度与流变特性研究

针对中关铁矿高泥尾砂充填骨料,开展了矿渣基胶凝 材料试验研究.通过矿渣基胶凝材料胶结体强度试验,获得 复合激发剂配比为熟料１０％、脱硫石膏１５％,矿渣基胶凝材 料激发剂与矿渣微粉之比为１∶３.利用该新型胶凝材料, 分别采用１∶４和１∶８两种胶砂比,进行尾砂胶结体强度验 证试验.结果表明,胶砂比为１∶４的全尾砂胶结体２８d强 度大于２．５MPa,可满足中关铁矿一步骤采场的充填体强度 的要求;胶砂比为１∶８的全尾砂胶结体强度大于１．５ MPa, 可以满足二步骤矿柱采场的充填体强度要求.最后针对中 关铁矿高泥尾砂,开展了不同胶砂比和料浆浓度的胶结充填 体强度和充填料浆的流变特性试验,满足揭示了矿渣基胶凝 材料胶结体强度和料浆流变特性的变化规律,为新型胶凝材 料在中关铁矿应用奠定了基础.     

黄麦岭磷矿胶结充填开采配比试验及数值模拟

黄麦岭磷矿露天转地下所面临着怎样选取合理充填材料、充填料配比以及合理选取矿房、矿柱宽度的问题,为此进行了充填体的配比试验,同时结合得到的充填体物理力学参数,运用FLAC3D软件对矿块进行了数值模拟,验证了实际充填体强度要求,判断了不同矿块参数情况下矿房的稳定性和安全性问题。研究表明：黄麦岭尾矿库尾砂具有良好的充填特性,试验得到的不同配比充填体在28 d养护临期的强度值在0.18～2.48 MPa之间;不同充填体维持自稳性的极限宽度在18～25 m之间;矿柱采用灰砂比为1∶6的全尾砂胶结充填方案,合理宽度为15 m,矿房采用水砂充填,合理宽度为15 m。     

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。     

大流量全尾砂胶结充填技术

随着无轨装备与嗣后充填采矿法的发展,大流量全尾砂胶结充填技术已成为矿山充填的重要发展方向,大流量、高效能的充填技术研究具有重要的应用价值。针对李楼铁矿大规模生产需求,全面分析了大流量全尾砂胶结充填系统的特点,进行了相关的研究与设计,李楼铁矿的实际应用结果表明,大流量充填系统结构稳定、工艺可靠,制备出的浆体浓度稳定在70%~72%范围内,单套系统一次最大连续充填量可达2000 m3,完全满足大规模矿山充填开采的需要,充填体原位钻芯取样的强度达到2.95 MPa以上,测试结果均超过了设计强度,可满足矿柱回采的技术要求。     

徐楼铁矿尾矿胶结充填技术研究与应用

通过对徐楼铁矿尾砂处置方案对比分析,确定采用全尾砂胶结充填采空区,为了给井下充填提供准确的指导数据,采用采充平衡计算分析、充填料浆强度配比试验、充填体抗压强度测试等手段对徐楼铁矿尾矿胶结充填技术进行了详细的研究,并对其充填工艺进行了介绍,采用质量浓度71.5%~73%、水灰比1∶4或1∶6的水泥、尾砂充填料浆,适用于地下充填,且配比最为经济合理,经充填体岩心取样抗压强度测试,其抗压强度均能满足设计要求。结果对同类矿山具有很好的现实指导意义。     

某铅锌矿尾砂胶结充填配比试验

胶结充填工艺的关键在于充填材料、充填配比、料浆浓度、充填体强度等的确定以及充填方案的适用性和经济性.从充填材料的成分、粒径分布入手,通过不同配比、不同浓度试块的强度试验,探究经济合理的灰砂比及浓度,为矿山实施尾砂胶结充填提供依据.最终确定,回收矿柱时,灰砂比为1:6,处理采空区时,灰砂比为1:16,料浆浓度均为65％～...     

石人沟铁矿全尾砂充填胶凝材料配比优化试验

河北钢铁集团石人沟铁矿三期工程采用全尾砂胶结充填采矿法开采,以水泥为胶凝材料时充填成本高。为考察采用固体废弃物开发低成本和高性能的新型充填材料的可行性,以水淬渣为胶凝材料,进行了不同原料配比对充填体强度的影响试验。结果表明：石灰掺量对充填体强度的影响大于石膏掺量;料浆浓度为68%、胶砂比为1∶5条件下,石灰掺量为3%、石膏掺量为16.0%时,得到的充填体强度最高,7 d强度为2.42 MPa,28 d强度为5.87 MPa,可以满足石人沟铁矿充填采矿对充填体强度的要求。试验结果可以为石人沟铁矿实现低成本全尾砂胶结充填开采提供技术依据。     

基于层叠模型组合煤岩体动态力学本构模型

为研究冲击载荷下组合煤岩的动态力学特征,利用75 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,对不同组合比煤岩样(砂岩∶煤∶砂岩分别显1∶1∶1,2∶1∶1,1∶1∶2,1∶2∶2)进行不同速率(4.590～8.791 m/s)的冲击加载实验,获得了组合煤岩的动态应力-应变曲线,结合煤、岩本构的研究成果和层叠模型原理,并充分考虑了组合煤岩体在动态破坏过程中的应变率相关性和损伤特性,构建了7参数组合煤岩层叠本构模型。研究结果表明∶① 不同组合比煤岩的弹性阶段和塑性阶段持续时间不同,不同组合比煤岩的应力应变曲线前期均呈现出明显的非线性;② 组合煤岩动态冲击屈服强度随应变率的增大而增大,随煤的占比增大而减小;③ 构建的7参数组合煤岩层叠本构模型数值拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性,拟合参数分析发现在中应变率(110.41～195.49 s-1 )冲击载荷作用下,组合煤岩体损伤软化效应超过应变率强化效应成为主导因素;④ 拟合参数范围和试样冲击破坏特征均表明,组合体试件主要破坏部位以煤体破坏为主,不受组合方式的影响。研究成果为进一步深入认识冲击地压等煤岩动力灾害发生机理和预测预防措施提供参考借鉴。由于组合煤岩冲击破坏SHPB实验条件有限,并未考虑围岩影响,围压下的组合煤岩动态破坏特性有待利用实验和数值模拟手段进一步研究。     

管道输送危险废物泵送压力试验研究

蒸馏残渣与危废污泥混合物料通过管道输送到水泥回转窑焚烧是最优的协同处置危险废物的方法.物料是固-液两相流,黏性大,并混有铁皮、木材,固体泵长距离泵送是个难题.本文基于固体泵脉动式工作原理,通过分析管道压力的组成及产生机理,建立了基于稳态流动时的泵送压力数学模型及管道压力试验平台,管道输送含污泥质量分数为35％的混合物,...     

铀尾砂膏体充填材料的流动性能研究

对不同灰砂比、膏体浓度、减水剂含量的铀尾砂膏体充填材料进行了坍落度试验和粘度试验, 并结合CFD方法对铀尾砂膏体充填材料流动性能进行了数值模拟研究。试验结果表明, 铀尾砂膏体充填材料满足管道输送的最优配比为:质量浓度75%、灰砂配比1∶5、减水剂含量0.6%~4.4%; 最优配比下屈服应力53.96~131.38 Pa, 塑性粘度0.866~1.325 Pa·s。数值模拟结果表明, 铀尾砂膏体充填材料的管道阻力损失随质量浓度增加呈非线性增大, 随流速增加呈线性增大, 随管径增加呈非线性减小, 随管道弯曲半径增加呈非线性减小。     

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。     

立式搅拌磨机在焙烧云母矿剥片磨矿中的应用研究

采用立式搅拌磨机对焙烧云母进行了剥片磨矿研究。介质球种类对比研究结果表明,特制的聚氨酯球作为磨矿介质对云母片料的剥片磨矿效果较好,产品粒度分布窄。采用聚氨酯球作介质球,进行了介质球配比、磨机转速、磨矿浓度等优化研究,结果表明,在Φ8 mm、Φ10 mm和Φ12 mm球配比为2∶5∶1,磨机转速240 r/min,磨矿浓度55%时,磨矿产品中0.020~0.045 mm粒级含量最多,符合剥片要求。研究成果对工业生产具有良好的指导意义。     

钒钛磁铁矿磨矿动力学试验研究

对攀枝花密地选厂钒钛磁铁矿进行了分批次磨矿试验, 通过单一因素变量法确定了最佳磨矿条件: 给矿粒度-0.2 mm, 矿浆浓度80%, 磨矿时间8 min, 给矿量500 g/次, 钢球配比D₃₀∶D₂₅∶D₂₀=40∶58∶90, 介质充填率23.22%, 磨矿产品-0.074 mm粒级含量达到97.18%。在此条件下进行了动力学试验研究, 采用Origin曲线拟合方法建立了磨矿动力学方程。结果表明: 粒度为0.055~0.2 mm矿石磨矿动力学方程式中参数k与粒径d为幂函数关系, 参数n与粒径d为对数函数关系。建立动力学方程有助于指导选厂磨矿实践。     

低能耗型可膨胀石墨的制备研究

以HClO4/CH3COOH/KMnO4为氧化插层体系制备低温可膨胀石墨, 从HClO4用量、CH3COOH用量、高锰酸钾用量、反应温度和反应时间等方面讨论了制备低温可膨胀石墨的较佳条件和物料配比。研究结果表明,制备低温可膨胀石墨的较佳反应条件为温度35℃,反应时间60 min,石墨(g)、HClO4(mL)、CH3COOH(mL)、高锰酸钾(g)的较佳配比为1:4:1.5:0.15, 由此方法制得的可膨胀石墨在400℃膨胀容积可达到423mL/g。该研究未使用任何含硫的试剂,因而制备的可膨胀石墨不含硫。      

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

孔雀石分段硫化浮选行为及动力学基因特性研究

为改善孔雀石的硫化浮选效果,通过浮选试验,系统研究了孔雀石单矿物分段硫化浮选行为及动力学基因特性规律,确定了孔雀石的最佳硫化浮选段数。结果表明:硫化时间过长,孔雀石可浮性降低,适量硫化钠能提高孔雀石浮选速率,但浮选速率随时间延长而降低;硫化钠用量为4 mg/L,硫化时间为1 min,丁基黄药用量为80 mg/L时,孔雀石可浮性最好;添加碳酸铵可以改善孔雀石的浮选效果,当碳酸铵用量为50 mg/L时,对孔雀石活化效果最佳;分段硫化浮选过程中,每段孔雀石的浮选速率高低与浮选药剂的质量分配比例有关;适当增加硫化浮选段数,可以提高孔雀石的总回收率;孔雀石的最佳硫化浮选段数为三段,各阶段浮选药剂分配比例为4∶2∶2。     

氮气气氛下FeS对二水石膏热分解特性的影响

采用TG-DSC方法分析FeS做还原剂时化学纯石膏的热分解特性,并利用Coats-Redfern模型计算还原剂掺量不同时石膏分解的活化能值。为防止还原剂被氧化选择氮气作为载气流。结果表明,焦炭与石膏摩尔比从1∶2增加到2∶1时,石膏分解所需的活化能从327kJ/mol降低到210kJ/mol,起始温度从1350℃降到956℃;FeS与石膏的摩尔比从1∶22增加到3∶22时,石膏分解所需的活化能值从327kJ/mol降低到214 kJ/mol,起始分解温度从1350℃降低到998℃,同时生成的产物Fe2O3对石膏的分解有促进作用。