全尾砂膏体充填配比优化正交试验

某新建矿山计划采用全尾砂膏体嗣后充填采矿法进行地下开采。为了提供经济合理、满足强度要求且有利于管道输送的全尾砂膏体充填最优配比方案,以料浆流动性能和充填体强度性能为考察指标进行正交组合配比试验。运用MATLAB软件对试验数据进行极差分析和多元线性回归分析,获得了灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响的敏感性以及各力学参数预测模型。结果表明：（1）料浆质量浓度对塌落度的影响起主要作用,灰砂比次之;（2）充填体强度的敏感性随着灰砂比和料浆浓度的增加而增强,充填体强度对灰砂比更敏感,而对料浆浓度的敏感性较弱;（3）确定了全尾砂膏体最优配比：水泥用量为13%,充填料浆质量浓度为77%,此时全尾砂、水泥和水的用量分别占制备全尾砂膏体质量的68.14%、8.86%和23.00%。在该配比条件下,经28 d养护龄期后的抗压强度为2.6279 MPa、弹性模量为205.2 MPa、塌落度为23.7 cm,以较少的水泥用量满足了矿山充填强度指标和自流输送要求。     

Numerical Modeling of Cemented Mine Backfill Deposition

In current underground mining practice, it is common to use tailings, without added cement, to fill mined-out voids (“stopes”). If fine-grained tailings are used, the high placement rates and low permeability can often result in undrained loading conditions and, hence, lower effective stress, when assessed in the conventional manner. Where cement is added, the cement modifies the consolidation characteristics in a number of ways, including increasing the strength and stiffness, reducing the permeability, and inducing volumetric changes associated with the hydration reactions leading to “self-desiccation.” As a result, conventional consolidation-analysis techniques are unsuitable for assessing the behavior. The one-dimensional mine-tailings-consolidation program (MinTaCo) has been modified, and renamed CeMinTaCo, to couple cement hydration with conventional consolidation analysis. The fundamental theory behind the modifications is presented. The model is used to undertake a sensitivity study, which highlights some of the important features of the behavior of cemented backfill, and shows how complex interactions between the various properties produce some outcomes that are counterintuitive.     

新型尾砂固结剂在矿山的应用

高采矿充填成本是影响我国矿山采矿单耗的一大因素。本文介绍了新型尾砂固结材料替代水泥在矿山胶结充填的应用。在充填体强度相同的条件下,尾砂固结剂的使用量只需普通水泥的1/2或更少。尾砂固结剂的充填工艺与矿山普遍使用的水泥胶结充填系统相同。在满足矿山对充填体强度要求的情况下,可降低充填成本,具有明显的经济效益。     

膏体浓密机扭矩计算模型及其影响因素

基于泥床料浆的非牛顿体特征,以及料浆初始剪切应力与浓度的变化规律,本文提出了耙架扭矩计算模型.模型预测结果显示,耙架扭矩随底流浓度升高而增大,底流浓度对浓密机运行时的扭矩百分比的影响幅度可达4.67%,两者呈现为多项式函数关系.与此同时,泥床高度对耙架扭矩影响较小,影响幅度仅为0.27%.通过某铅锌矿膏体浓密机64 h运行过程实时监测数据对比,验证了模型关于底流浓度和泥床高度对扭矩的影响规律.      

全尾砂膏体流变学研究现状与展望（上）:概念、特性与模型

膏体充填为矿产资源的深部开采及可持续发展提供了安全、绿色、高效的技术保障，已成为矿业领域的研究热点和发展趋势之一。全尾砂膏体流变学是膏体充填全套工艺流程的重要理论基础，深刻影响着膏体充填技术的发展。本文从膏体的内涵出发，系统性地论述了膏体流变学研究的必要性、特殊性及复杂性。并以膏体流变实验结果为基础，分析了全尾砂膏体的典型流变特性及最新研究成果。总结了常用的屈服型非牛顿流体流变模型，并探讨了常用流变本构方程对膏体料浆的适用性，对其实际应用提出合理建议。同时对膏体流变特性的关键影响因素进行了概述。根据膏体流变学的研究现状，归纳总结并提出了膏体流变学研究的重点与难点，指出现阶段膏体流变学须从测试标准、本构方程、微观机理及工程应用等方面深入研究。      

磷石膏膏体充填体力学特性研究

以贵州开磷集团膏体充填项目为工程背景,磷石膏膏体充填体为主要研究对象,采用室内试验与现场模拟试验相结合,进行磷石膏充填膏体力学特性试验研究。通过测定不同黄磷渣掺量、添加剂掺量和膏体质量浓度下膏体不同龄期（7 d、14 d和28 d）的立方体试块的抗压强度和抗拉强度,分析得到：试块抗压强度随着黄磷渣含量的增加而增加;膏体充填体强度随着膏体质量浓度增大而增强。结合FLAC^3D建立磷石膏膏体充填体力学本构模型并对试验进行数值验证,结果表明膏体充填体变形特性符合摩尔-库仑数值模型。     

尾砂胶结充填对井下水环境影响评价

为准确了解充填体充填至采空区对井下水环境的影响,进行室内充填体试块的泌水和有毒有害物质浸出试验。以某有色金属矿现有充填方式为例,选取充填料浆浓度78%,充填配比水泥∶粉煤灰∶跳汰砂=1∶1∶10的充填体进行试验。试验结果表明:充填体对井下水环境影响不大;充填料浆泌水自身污染物成分均不高,混入井下涌水后对其水质影响较小,主要污染物成分基本不变;浸出试验中有毒有害物质增加,但考虑试验周期长(20 d),对井下水环境的影响可以忽略。     

浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理

针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限,且屈服应力增大,流动性降低等问题,研究了絮凝剂?浓密增效剂共同作用,进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度,降低料浆屈服应力,并从微观角度进行机理分析. 结果表明:通过沉降与流变试验发现,最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂,固相质量分数可提高8.57%～10.13%,同时屈服应力降低6.68～12.85 Pa;多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本,还可以提高膏体充填材料的抗压强度;灰砂质量比1∶12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28 d抗压强度为2.5 MPa,与灰砂质量比1∶6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度相差小于20%;通过总有机碳（TOC）吸附试验与Zeta电位试验发现,浓密增效剂具有吸附与分散的作用,会打开絮凝结构,释放絮团间水,从而提高尾砂浓度,并改善尾砂颗粒的流动性.      

基于扩散度的尾砂膏体流变特性

借鉴水泥净浆流动度测试方法,引入扩散度参数判别尾砂膏体的流变特性,开展试验研究分析扩散度与尾砂膏体质量分数（C_w）、灰砂比、屈服应力和黏度系数的关系,根据5个矿山的扩散度和流变参数测试结果,构建扩散度与屈服应力的经验模型,并与推导的解析模型作对比。结果表明:尾砂膏体的扩散度主要与质量分数有关,灰砂比对其影响不显著,随质量分数、屈服应力和黏度的增加而减小,质量分数为68%、70%和72%的尾砂膏体的扩散度分别为20.37、17.22和12.44 cm;尾砂膏体的扩散度与屈服应力的变化趋势相吻合,二者呈指数型函数关系,经验模型计算得到的屈服应力与测试结果误差在25%范围内,且尾砂膏体质量分数越大,二者的误差越小,达到10%以内;解析模型与经验模型计算所得的屈服应力在扩散度为12～16 cm之间结果较接近,解析模型计算结果整体上高于测试值;相比于坍落度,扩散度测试简便易操作,扩散度能有效表征尾砂膏体的流变特性,指导矿山现场充填。      

全尾砂胶结充填在某白钨矿山的应用

为防止或限制某白钨矿山采空区大面积塌方和地表沉陷,矿山对采空区进行了全尾砂胶结充填。该矿山根据尾砂粒级组成和胶结充填材料强度的试验结果,设计了全尾砂胶结充填系统的工艺流程,采用立式砂仓对低浓度全尾砂浆进行沉淀脱水形成高浓度全尾砂浆,将高浓度全尾砂浆、散装水泥及适量调浓水混合连续搅拌均匀后制备成充填料浆,经充填钻孔及井下充填管路自流或者加压输送至采场空区进行充填,并解决了一些胶结充填过程中的具体问题。     

尾砂胶结充填体三维空间强度分布相似模拟试验研究

为探究尾砂胶结充填体强度分布规律,根据某铜矿阶段空场嗣后充填采场尺寸进行了相似模拟试验设计。按照弗劳德相似准则开展模拟井下充填流速和充填流量的充填试验,对胶结充填体三维方向进行了取样及单轴抗压强度试验,系统分析了充填体强度在纵向、横向和竖向3个方向上的分布规律。结果表明：阶段空场嗣后充填采场在一次连续充填段,尾砂胶结充填体单轴抗压强度存在显著的不均匀性;在采场纵向,即料浆流动方向,充填体强度总体上先降低后升高;在横向上具有中间高两边低的趋势;在竖向上表现为由下向上逐渐降低的分布规律。根据以往研究和本次试验可知,尾砂胶结充填体在三维空间上分布不均匀主要是由尾砂级配、水泥含量、固结时料浆实际浓度和流动沉降特性等因素共同作用导致的。     

分级尾砂胶结充填体强度参数试验研究

在矿产资源开采过程中会产生大量的固体废料,固体废料堆积会对地表及地下水产生严重的污染,从而诱发一系列次生灾害,同时也不符合当前绿色矿山建设及节能减排之趋势。在尾砂中加入一定比例的水泥再充填入井下的采空区既能缓解固体废料排放问题,又能增加开采作业的安全性。目前对于尾砂胶结充填体的力学研究才处于起步阶段,为了深入研究充填体强度参数的演化规律,该文选用大红山铜矿的分级尾矿制作了不同的配合比条件下的圆柱体试件,测试其单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变曲线,并分析各参数与配合比之间的关系,研究了胶结充填体的变形特征,从而探究分级尾砂胶结充填体力学参数的成因并为调节力学参数提供依据。     

采矿废石—尾砂混合骨料在下向分层进路胶结充填采矿中应用的试验研究

为了降低金川矿山充填采矿成本,针对下向分层进路胶结充填采矿法,开展了废石—尾砂混合骨料现场工业充填试验.对废石和尾砂进行了粒度分析与级配研究,选取合适的废石—尾砂配比混合骨料开展现场工业充填试验研究.结果表明:-16 mm废石粗骨料和选矿尾砂细骨料的配比在5:5～7:3范围内,此时混合骨料的堆积密实度达到或接近于最大;...     

全尾砂胶结充填技术在马庄铁矿的应用

马庄铁矿采用全尾砂胶结充填技术,实现了采矿无害化,污染物零排放的企业发展目标。将全尾砂和胶凝材料经搅拌筒搅拌后,形成均质的流动性好的浆体,采用全重力自流输送方式,经充填管道,对采空区进行充填,对相邻矿体进行回采。回填塌陷区和采空区,保护了原有的地质环境,矿石回采率达到了96%以上。     

中国膏体技术发展现状与趋势

膏体技术能够有效解决采矿引发的环境和安全问题,是实现绿色开采的关键技术,近年来在国内矿山得到了迅速推广. 科学进步加速了膏体技术智能化控制、精准化制备和个性化采充的步伐,提升了我国膏体技术的研究水平. 介绍了膏体技术基本概念和特点并统计了膏体技术在中国的发展历程,系统性分析了我国全尾砂浓密脱水技术、结构流管输技术、采场多场影响机制、新材料开发和膏体工程化实验室建设最新研究进展,同时对膏体技术在井下充填和地表堆存领域的实践效果进行了介绍. 指出了膏体技术仍面临着严峻挑战,并将从数字化和智能化方面突破,实现浓度自适应控制、膏体精密制备、采场个性化充填和系统3D模块化设计装配,引领中国矿业绿色发展.      

炼铅炉渣用于矿山充填胶凝剂的试验研究

在分析炼铅炉渣理化特性的基础上,通过外界条件激发铅渣潜在活性,将其作为胶凝材料应用于矿山充填替代部分或全部水泥,进行全尾砂膏体试验。试验采用全面试验法,试验结果表明,选用合适的激发剂及铅渣胶凝材料配方,铅渣胶凝材料替代部分水泥用于矿山井下充填可以满足矿山生产的强度要求。     

低温对某铜矿膏体充填早期强度影响及工程建议

以伽师铜矿冬季膏体料为背景,制备不同水质、水泥种类、水泥添加方式、泵送剂掺量和骨料添加量的膏体试块129个,膏体温度控制在8~12℃,放置于温度20℃、湿度95%的标准养护箱,待养护龄期为3、7和28 d时测其单轴抗压强度.实验结果表明,膏体7 d和28 d强度分别是3 d强度的1.44倍、2.4倍,7 d强度演化规律符合2℃时水化反应度演化进程、强度发展较慢,而28 d强度演化规律符合20℃时水化反应度发展进程,温度对其后期强度影响较小.基于低温对膏体7 d内早期强度影响较大这一现象,提出了充填系统添加高温补水点的工程建议:根据伽师铜矿膏体实际配比,理论计算出高温补水量为6~8 m3·h-1,水温70~100℃,膏体温度可由6℃提高至15~19℃;建议采用工业热水器提供高温水,热水器功率保守选择400 kW,充填成本每方充填料增加2.9元人民币.      

全尾砂膏体流变学研究现状与展望（下）:流变测量与展望

膏体充填是推动金属矿绿色开采发展的关键技术,并可为资源的深部开采提供安全、绿色、高效的技术支撑。全尾砂膏体流变学是膏体充填技术的基础理论,本文在综述膏体流变概念、特性与模型的基础上,进一步对流变测量技术现状进行了系统梳理,概述了现阶段常用的浆式旋转流变仪、坍落筒、L管、倾斜管及环管法进行流变测量的原理及应用,针对膏体这一屈服型非牛顿流体,重点分析了屈服应力的测量,并对以上方法的适用性进行了综合论述。流变测量深刻地影响着膏体流变理论及膏体充填工艺的发展,为此,对测量技术的关键问题进行了探讨,指出构建膏体流变测量标准及加强流变测量技术与充填工艺的结合是重点,并对膏体流变学研究的发展趋势进行了展望。      

膏体充填开采覆岩移动变形规律研究

为分析矿山膏体充填开采覆岩移动角的变化规律,采用FLAC3D分析软件对某矿山膏体充填开采不同因素影响下覆岩的移动变形特征进行模拟,并基于模拟结果对覆岩不同水平的移动角进行研究。研究结果表明:充填体灰砂比越大和充填率越高,地表下沉量越小,覆岩危险变形区的发育高度也越小; 覆岩危险变形区的发育高度与充填体灰砂比之间满足指数函数关系; 覆岩移动角会随着覆岩距顶板高度的增大而近似于线性增大。结合回归分析,建立了覆岩移动角与覆岩距顶板高度、充填体灰砂比之间的关系式,进一步揭示了膏体充填开采下的覆岩移动角的变化规律,为矿山合理确定覆岩移动角提供一定的基础理论依据。      

电厂灰渣制备井下膏体充填材料试验研究

为了探究不同灰渣对充填体强度的影响,将流化床底渣、流化床飞灰和粉煤灰按不同比例混合,作为充填骨料,普通硅酸盐水泥作为胶结材料,加水制备膏体材料,进行流动度测试和抗压强度试验.结果表明:(1)流化床灰渣中含有部分胶凝成分,粉煤灰具有减水作用和一定的火山灰活性,二者均为良好的井下充填材料.(2)当膏体材料含水率超过其饱和含...