基于响应面法的页岩相似材料配比试验研究

为高效选取页岩相似材料配比,使用水泥和石膏为胶结材料,河砂和重晶石粉为骨料配制页岩相似材料,采用响应面法进行试验设计及数据分析,以砂胶比(骨料质量/胶结材料质量)、水泥含量(水泥质量/胶结材料质量)、重晶石含量(重晶石粉质量/骨料质量)3个因素作为控制因素,以密度、单轴抗压强度和弹性模量作为目标响应,分别建立了相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量与各配比因素间的多元非线性回归模型。对因素进行了方差分析和响应面分析,研究表明,砂胶比、水泥含量、重晶石含量对相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量均有显著影响,且砂胶比和水泥含量对密度、单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响,砂胶比和重晶石含量对密度有显著的交互影响,水泥含量和重晶石含量对单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响。确定了用于页岩相似材料配比的经验方程,并进行了试验验证。研究证明,响应面法在相似材料配比试验应用中具有较好的适用性和有效性。     

低强度相似材料性能指标双因素方差分析

为了研究低强度相似材料性能与相似材料配比因素之间的关系,根据相似材料配比试验结果,确定了上横山矿床硅质页岩、含钒页岩和炭质页岩相似材料的合理配比,分别为8(37)、9(64)、10(37),通过双因素方差分析方法,重点分析相似材料配比因素中砂胶比和水膏比两个因素对低强度相似材料性能指标的影响。试验结果表明,砂胶比对相似材料的密度、单轴抗压强度、弹性模量和泊松比均有高度显著影响;水膏比对材料的密度和弹性模量有高度显著影响,而对材料的泊松比影响不显著。通过双因素方差分析确定对低强度相似材料力学参数影响较显著的因素,进而控制相似材料参数,避免了选择低强度相似材料的误选、误判,有利于提高试验效率。     

铁矿床物理模型相似材料正交配比试验

以河砂、碳酸钙、石膏和重晶石为相似材料,应用正交设计方法,以骨料质量与胶结材料质量比、碳酸钙质量与石膏质量比、重晶石粉质量与骨料质量比为控制因素,制定了三因素五水平的试验方案。通过室内力学试验,在获取不同方案的密度、抗压强度、弹性模量等力学指标测试的基础上,分析了力学指标影响因素,得出了相似材料配比与力学指标关系方程。结果表明:重晶石含量对相似材料密度起控制作用;抗压强度力学指标主控因素是骨料质量与胶结材料质量比;相似材料的弹性模量力学指标受骨料质量与胶结材料质量比影响最大,其次为重晶石含量,受碳酸钙质量与石膏质量比影响最小。采用MATLAB程序进行多元线形回归得出,相似材料配比与力学指标关系方程可用于相似材料模型试验配比的确定。     

多因素影响下石膏-石英砂类相似材料强度特性变化规律研究

以石膏-石英砂类相似材料为研究对象,采用室内实验分析了7种因素对该类相似材料强度指标的影响规律。结果表明,养护温度和材料密度与材料强度指标呈正相关,养护湿度、砂胶比、灰膏比、细粒级石英砂含量、含水量等与材料强度指标呈负相关。计算了不同影响因素的敏感度指标,其中材料强度对养护温度的敏感性仅4.5%,而对砂胶比的敏感性达到了104.9%。对于单轴抗压强度,温度、含水量、密度、湿度、灰膏比、细粒级石英砂含量和砂胶比的敏感度依次增大; 对于抗拉强度,砂胶比、灰膏比、密度、湿度、含水量、细粒级石英砂含量和温度的敏感度依次降低。     

基于不同残余含水率的相似材料力学特性研究

相似材料力学特性与原始岩石力学特性的相似度对相似模拟试验成功与否起到关键性作用。为提高试验精度,以葫芦素煤矿岩层特性为工程背景,采用实验室试验、理论分析及现场调研等方法,研究了以河砂和重晶石粉为骨料、水泥和石膏为胶结材料的相似材料不同残余含水率配比试验效果。结果表明:各因素对相似材料力学性质的综合影响大小依次为:残余含水率重晶石粉含量砂胶比水膏比;当残余含水率由0%增大到4%时,相似材料的单轴抗压强度和弹性模量分别降低了49.5%和53.3%,泊松比增加了54.8%;根据工程应用验证,线性回归方程的计算值与试验值相似度范围为86.3%～94.8%。该研究成果可为提高相似材料试验精度提供有效的参考。     

透明岩石相似材料配比试验研究

针对传统岩石相似材料不透明而导致内部变形破裂过程无法直接观测的难题，使用透明材料制作相似模型是有效的解决方法。采用E-44型环氧树脂作为骨料，三乙醇胺作为固化剂，外加酒精松香饱和溶液（RSS）调节脆性，应用全面试验方法，研究了环氧树脂与三乙醇胺质量比和RSS含量对透明岩石相似材料密度、单轴抗压强度、峰值应变、弹性模量、抗拉强度、黏聚力和内摩擦角的影响规律。研究结果表明：环氧树脂与三乙醇胺质量比对材料抗压强度、弹性模量、抗拉强度、黏聚力和内摩擦角起主导作用，而RSS含量对相似材料的密度和峰值应变起主导作用。密度和峰值应变与环氧树脂与三乙醇胺质量比呈正相关，与RSS含量呈负相关。在环氧树脂与三乙醇胺质量比为3∶1时，试件的抗压强度与RSS含量呈负相关，而在其他比例时，抗压强度变化不显著。试件的弹性模量和内摩擦角与环氧树脂与三乙醇胺质量比呈正相关，在环氧树脂与三乙醇胺的质量比为3∶1时，试件的弹性模量和内摩擦角与RSS含量呈负相关，在其他比例时，则与RSS含量呈正相关。抗拉强度和黏聚力随着RSS含量的增加而降低，随着环氧树脂与三乙醇胺质量比的增加而先增加后减少。在同一环氧树脂与三乙醇胺质量比...     

基于三鑫金铜矿的相似材料配比试验

为确定物理模拟试验相似材料的配比,以砂子、水泥和石膏为相似材料,通过正交表L9(34)分别对模拟矿石、模拟围岩进行正交配比试验,并由多元线性回归分析得出相似材料配比与物理力学指标的回归方程。结果表明:(1)砂胶比、水石比、水料比3个因素中,砂胶比对模拟材料的影响程度最大,水石比次之,水料比最弱;(2)3个因素对密度均有一定影响但不明显,单轴抗压强度随砂胶比的增大而显著减小,随水石比和水料比的增大而缓慢增大;弹性模量随砂胶比的增大而显著减小,随水石比的增大而增大;(3)回归方程能较好地适用于用砂子、水泥、石膏制备的模拟材料的单轴抗压强度和弹性模量的计算。试验结果可为确定其他模拟矿体、围岩等相似材料的配比提供参考。     

基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究

在前人相似材料研究的基础上,应用正交设计方法,以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、黏结剂浓度、石膏含量为4个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学性质指标。试验结果表明：不同配比相似材料的物理力学参数分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求;采用极差分析法分析了各因素的敏感性,发现（铁粉+重晶石粉）/骨料对试件密度、内摩擦角起主要控制作用,黏结剂浓度对试件的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力起主要控制作用;并作出了各因素对相似材料物理力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对相似材料参数的影响规律。     

基于正交设计的类铀矿岩相似材料配合比试验研究

为了深入研究深部铀矿岩氡析出机理, 依据相似模型试验原理, 设计了水灰比、砂胶比、微硅粉含量和精铁粉含量的4因素3水平正交设计方案, 共设计了9组材料配比方案, 得到了27个试样的相关物理力学参数, 其中饱和密度均值为2.34 g/cm³, 单轴抗压强度均值为54.12 MPa, 弹性模量均值为2.00×10⁴ MPa, 泊松比均值为0.19, 镭含量均值为1.70 Bq/g; 并采用极差分析方法分析了各因素对相似材料物理力学参数影响的敏感性; 最后通过MATLAB对试验数据进行多元回归分析。研究结果表明, 各项物理力学参数基本满足花岗岩型铀矿岩相似材料模型试验的要求, 最终得到优化配合比为：水灰比0.3、砂胶比1.18、微硅粉占水泥质量0.14%、精铁粉占水泥质量0.24%, 并采用该优化配合比进行了试验验证。该分析结果可为研究深部铀矿岩氡析出机理提供理论依据。     

陕西省彬长矿区主采煤层煤岩力学特征

通过陕西黄陇侏罗纪煤田彬长矿区煤岩力学参数试验,通过收集、整理彬长矿区各矿地质勘探资料对比分析,研究该矿区主采煤层的煤岩力学性质及其影响因素.研究表明,研究区主采煤层的抗压强度与泊松比呈正相关;弹性模量与泊松比呈负相关.同时发现研究区主采煤层的抗压强度随着镜质组含量的增大而减小,随着惰质组的含量增大而增大;弹性模量随着...     

煤岩瓦斯“固-气”耦合物理模拟相似材料特性实验研究

在固体相似材料研究的基础上,利用“固-流”耦合相似理论,得出适用于煤岩瓦斯“固-气”耦合的相似条件。选用砂子为骨料,石蜡和油为胶结剂,研制出一种适用于开展“固-气”耦合模拟实验的材料。通过大量实验,对相似材料的抗压强度、脆性参数、渗透速率等物理力学进行了测试,并利用自行研制的渗透性测试装置,对不同含量胶结剂的相似材料试件渗透性进行了测试。结果表明,石蜡含量不断增大,材料抗压强度随之增大,渗透性逐渐减小;含油量的变化,消除了单纯使用石蜡时,材料抗压强度变化强烈的不足。合理调节二者之间的比例,可以模拟多种不同强度、不同渗透性的岩石。在力学参数满足模拟岩石的前提下,将研制出的新材料与原始的固相相似材料进行了渗流速度对比实验分析,得出所研制的材料能较大程度的降低气体在其中的渗流速度,并将该材料应用于煤层开采模型实验,有效的揭示了瓦斯渗透速率与上覆岩层运动之间的关系。     

HP复合型尾矿胶结剂的研究

采用HWM和PC 2种胶凝材料配合使用的方法,研究了一种HP复合型尾矿胶结剂。对不同浓度、不同种类、不同粒度的尾矿进行胶结试验,测得灰砂比为12%的胶结模块的3 d、7 d、28 d、56 d的单轴抗压强度。通过对胶结模块的强度和胶结剂材料成本的综合分析来确定新型复合型胶结剂的最佳配比和使用方法。试验表明,料浆含水量对胶结剂的配比无影响;骨料种类对胶结剂的配比的影响实际上为骨料粒度对胶结剂的配比的影响。     

全尾砂戈壁集料膏体凝结性与流动性研究

以某矿戈壁集料为粗骨料的充填膏体为试验料浆,采用正交设计法设计试验方案,研究质量浓度、灰砂比、尾砂与戈壁集料比及泵送剂添加量对抗压强度和塌落度的影响规律。对试验结果运用极差分析和多元回归分析方法分析。结果表明：灰砂比对膏体抗压强度的影响最大,各因素对塌落度的影响基本相当。根据矿山强度要求,假底充填配比应为：浓度77%~78%,尾砂与戈壁集料比2.5~3.5,灰砂比0.16~0.17,泵送剂添加量为1.5%~2.0%;打顶充填配比为：浓度77%~78%,尾砂与戈壁集料比3~4,灰砂比0.09~0.11,泵送剂添加量为1.5%~2.0%。     

基于ANFIS模型的充填体抗压强度预测研究

以新城金矿充填尾砂为试验料浆,采用正交设计法设计试验方案,研究灰砂比、质量浓度、养护龄期对充填体抗压强度的影响规律。运用极差和方差分析结果,并采用ANFIS建立预测充填体抗压强度的模型。结果表明,灰砂比是影响充填体抗压强度的最重要的因素;ANFIS模型具有95.8%的预测精度,它是预测充填体抗压强度的一种有效方法。     

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。     

类岩石材料脆性特征与配合比方案试验研究

为获得具有与砂岩相近变形及脆性特征的类岩石材料配比,以骨料含量、水泥石膏比和重晶石含量为 影响因素条件,采用正交试验配制了 25 组类岩石材料,并开展物理力学试验。 由 E/ σc 变形指标与 σc / σt 脆性指标对 类岩石材料和原岩进行比较分析,确认符合原岩基本变形指标与脆性指标的试验方案。 采用极差对类岩石材料进行 敏感性分析。 研究表明:试样密度的主要影响因素为水泥石膏比,且随水泥石膏比例下降而下降;试样单轴抗压强度、 抗拉强度与弹性模量的主要影响因素为骨料含量,且随骨料含量的上升,均出现上升—下降—上升趋势。 进一步对 试验数据进行多元线性回归分析,计算得出其线性回归方程并进行演算,结果与原岩数据有较高的一致性。     

恒阻大变形锚杆负泊松比效应的冲击动力学分析

随着煤矿开采深度的不断增加,深部围岩的瞬时冲击明显增多,且荷载大小往往超过传统泊松比支护材料的屈服强度致使支护失效。而具有高支护阻力和大拉伸量的新型恒阻大变形锚杆已在静力作用下验证了其具有负泊松比效应,能良好的满足井下巷道冲击大变形控制的需求。为了研究恒阻大变形锚杆在动态冲击下的防冲力学特性,通过自主研发的恒阻大变形锚杆霍普金森拉杆冲击拉伸实验系统对某批次恒阻大变形锚杆进行了动态冲击拉伸实验。实验结果表明该锚杆能够保持恒定阻力产生结构变形来吸收冲击能量,并表现出了良好的负泊松比效应,进而验证了恒阻大变形锚杆比传统锚杆具有更好的动态防冲性能。     

化学激发酸性矿渣粉胶砂性能试验研究

以28天最优配方激发酸性矿渣粉为胶凝材料进行试验,分析了质量浓度、灰砂比、减水剂掺量、搅拌时间4个因素对砂浆流动度、失水率、干缩率、抗压强度的影响规律,并且针对灰砂比这一因素将水泥与矿渣粉胶凝材料浆液性能进行了对比。最后选取了合适的比例进行正交试验来优化各因素组合,使砂浆综合性能达到最优。     

细粒级尾砂高浓度胶结充填试验研究与工业应用

以某金矿细粒级尾砂高浓度胶结充填为研究背景,通过试验对比分析了料浆浓度和灰砂比对充填体性能和料浆流动性的影响.结果表明:料浆浓度和灰砂比的增加,能显著提高充填体强度;料浆浓度的提高以及灰砂比的降低,均能够提高料浆的流变参数(屈服应力和塑性黏度),使得料浆流动性降低.为提高计量精度和料浆搅拌效果,提出间歇制备连续充填工艺...