基于RSM-BBD的废石-全尾砂胶结充填体强度试验研究

为探究废石-全尾砂混合骨料下胶结充填体的强度特性,探明废石掺量、浓度、灰砂比等因素对胶结充填体强度的影响规律,基于RSM-BBD,采用正交试验对问题进行了研究。研究发现灰砂比对混合骨料充填体早期强度的影响明显,料浆浓度对晚期强度影响明显;研究结果证实,混合骨料充填体强度不仅受到灰砂比、料浆浓度以及废石掺量单个因素的影响,而且受到三因素交互作用的影响,料浆浓度和灰砂比的交互作用对充填体早期强度影响明显,废石掺量和灰砂比的交互作用对充填体晚期强度影响明显。     

废石胶结充填相似模拟试验及其强度异质分布

针对中厚矿体废石胶结充填体强度异质分布问题，以废石、水泥、水为充填材料，开展废石胶结充填配比试验及相似模拟试验，结合曲面响应法分析不同区域充填体强度的空间分布特征，并应用于实际工程。结果表明，当最佳配比中水灰比为3∶2,灰废比为1∶10时，充填体试块28 d强度为2.2 MPa;相似模型内呈现充填体强度四周高、中间低的非均质现象，采场两帮形成高强度的“充填体外壳”并提高了充填体的整体性。此外，基于相似模拟试验开展直淋式废石胶结充填工艺研究与应用，发现-150 mm全粒级废石+水泥浆直淋式废石胶结充填适用于破碎中厚矿体的安全开采。     

废石胶结充填体配比优化及与围岩合理匹配研究

为研究废石胶结充填体的孔隙特征和强度变化规律，对不同灰砂比和不同废石粒径比的废石胶结充填体进行了核磁共振和单轴压缩试验，基于能量释放与耗散原理，将室内废石胶结充填配比试验与贵州长田簸箕田1^#矿实际开采情况相结合，分析废石胶结充填体与围岩的匹配程度。结果表明，充填体灰砂比大于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度对废石粒径比不敏感，灰砂比小于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度受废石粒径比作用显著；随着灰砂比的减小，充填体的单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势，废石胶结充填体灰砂比为1∶2时，其单轴抗压强度达到最高值；在相同灰砂比的充填体中，废石粒径比3∶2为最优配比。基于上述试验结果，通过充填体损伤理论对充填体的变形能进行进一步分析计算，并结合贵州长田簸箕田1^#矿围岩开挖实际情况，将试验中第9组废石胶结充填体(灰砂比为1∶3,废石粒径比为3∶2)应用到该矿最合理。     

废石尾砂胶结充填工艺模型试验研究*

为深入解决制约废石尾砂胶结充填工艺发展的关键技术问题,探究废石尾砂胶结充填料浆沉积及堆存规律,设计了废石尾砂胶结充填工艺模型试验装置,依据采矿工艺、充填工艺原则及工程布置要求,制定了废石尾砂胶结充填模型试验方案,运用形态测量及充填体横剖切割揭露等手段进行充填体模型质量评价,并确定了最佳充填工艺。 研究表明,无论是废石均匀铺设还是废石锥形堆放下料方式,废石料与尾砂胶结料浆同步下料时,充填体胶结效果最佳;选择最适宜的充填工艺技术不仅能有效提高废石尾砂胶结充填体强度,而且能减少水泥用量,节约充填成本,同时试验结果也为试验矿山井下充填工艺优化提供了科学依据。     

铀矿堆浸尾渣胶结充填体强度特性试验及其应用

采用清水、氨水以及CaO等三种中和剂对铀矿堆浸尾渣进行中和试验,以确定合适的中和剂。将确定的中和剂以及渣浆浓度、灰渣比按一定比例配制成胶结充填体标准试样,采用RMT-150B岩石力学试验机,测试其不同龄期的抗压强度。根据测试结果,选用渣浆浓度为80%、灰渣比为18的胶结充填体对某铀矿工业性试验采场进行了充填,同时还对其进行了应力测试。研究结果表明,CaO是比较理想的中和剂,其耗量为尾渣干重的0.2%;渣浆浓度、灰渣比是影响堆浸尾渣胶结充填体强度的关键因素,其强度与渣浆浓度成正比,与灰渣比成反比;渣浆浓度为80%、灰渣比为18的堆浸尾渣胶结充填体,龄期为7d时,其抗压强度大于2 MPa,塌落度为13mm;选用该配比的堆浸尾渣胶结充填体的试验采场应力测试结果远低于其抗压强度,有效地控制了该矿试验采场深部开采的地压。     

废石充填在胶结充填中的应用

武钢资源集团大冶铁矿有限公司狮子山采区-180 m中段采用分段空场嗣后胶结充填采矿方法回采,采空区充填采用全尾砂自流胶结充填工艺,充填料尾砂源于矿山选矿厂尾矿浓缩池底流。由于充填站制备能力无法满足井下采矿空区的充填要求,导致井下采空区日益增多,一方面造成重大安全隐患,另一方面影响后期采矿生产。通过施工相关联络道工程,将原崩落法采矿的覆盖岩废石铲运到采空区中进行辅助充填,不仅有效地缓解了充填能力不足的问题,而且在一定程度上节约了采矿成本,取得了良好效果。     

高浓度胶结充填体强度影响因素试验研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,以水泥、粉煤灰、料浆浓度、养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下四因素对胶结充填体强度的影响,以及不同水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下三因素对胶结充填体坍落度的影响。结果表明:养护龄期对充填抗压强度影响最大,最不敏感的是粉煤灰含量;水泥含量对充填体坍落度的影响最大,最不敏感的是料浆浓度。同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即水泥含量10%、粉煤灰含量20%、料浆浓度80%、养护时间为28 d,其单轴抗压强度为4.68 MPa,坍落度为243 mm,能够满足充填开采的要求。     

基于PFC的废石胶结充填体破坏规律研究

为研究不同灰砂比下废石胶结充填体的破坏规律,对其进行了单轴压缩试验。结果表明,废石胶结充填体试样的失稳方式分为张开式和剪切式;在废石胶结充填体试样的峰值前应力—应变关系上,灰砂比对发生张开式失稳的试样影响较大,而对发生剪切式失稳的试样影响较小。运用基于细观颗粒流理论的PFC程序对废石胶结充填体模型进行单轴压缩模拟。结果表明,在应力—应变关系上,模拟结果与试验结果相一致;通过模型内部废石的位移情况可以揭示不同灰砂比下废石胶结充填体的失稳规律;通过粘结力分布情况得到废石胶结充填体不同失稳方式的原因。因此,PFC可以很好地应用于充填材料的选择与优化。     

固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动影响分析

通过建立计算机数值模型模拟固体废弃物胶结充填开采上覆岩层移动规律,观测不同工作面推进距离上覆岩层移动特征,对比长壁开采与充填开采关键层移动,分析充填开采关键层运动与上覆岩层移动特征。由于采空区被矸石和粉煤灰等材料所充填,充填工作面矿压显现和上覆岩层移动规律与一般垮落法管理顶板明显不同。研究表明：胶结充填开采工作面周期来压步距大,来压强度不明显;关键岩层弯曲下沉,不会出现岩层破断现象。上覆岩层移动范围明显减小,对地表变形能有效控制。     

废石-尾砂胶结膏体料浆触变性试验研究与分析

为解决铜渣活性差、利用率低的问题,经过前期探索性实验研究,选择生石灰和活性矿物掺和料,在复合碱性激发剂作用下与铜渣制备一种无水泥熟料的新型改性铜渣胶凝材料,利用正交试验进行配比优化研究。结果表明：在水胶比为0.3,球磨时间为120 min（5.24 m2/g）、碱含量为8%、矿物掺和料(L)为30%、生石灰为8%时,无水泥熟料的改性铜渣胶凝材料3 d、28 d的最优配比的抗压强度分别为57.7、70.7 MPa。通过XRD、SEM的分析显示,铜渣在碱—矿物掺和料的协同作用后,产生大量的无定形凝胶C-S-H,并相互联接形成板状结构填充孔洞,提高了铜渣胶凝材料的力学性能,铜渣利用率得到显著提升。     

Stope depth effect on field behaviour and performance of cemented paste backfills

Cemented paste backfill (CPB) has been extensively used as a popular mine fill system for underground mining operations. Understanding the CPB’s in situ properties as an element of ground support is indeed really important for developing a well-organised mine design in terms of costs and security. In this paper, a comprehensive experimental work was conducted to better understand the effect of stope depth on in situ behaviour and performance of CPB having three different binding agents (ordinary Portland cement alone, slag-based cement and fly ash-based cement) over different curing times. A stope depth of 0 (it replicates the stope’s top), 5, 10, 15 and 20 m (it replicates the stope’s bottom) were virtually simulated by using an improved laboratory set-up, escorting with conventional plastic moulds. Results show that the highest compressive strength is obtained from CPB having slag-based cement. The strength of CPB increases with increasing stope depth mainly due to resulting improved geotechnical properties, such as reduced water content, degree of saturation and porosity as well as increased specific surface area retained at the bottom of a simulated stope. Geochemical testing shows that sulphate SO₄^?2 and calcium Ca contents increase with increasing curing time and reduce with increasing stope depth. As a critical point, a number of experimental relationships considered typically for different curing times, overburden pressure, arching stress and binder contents within CPB material were expressed and discussed.     

废石尾砂胶结充填材料流动与强度性能的研究

为了解决极细全尾砂作为充填骨料制备充填料浆脱水困难、充填体强度偏低的问题,通过开展废石尾砂胶结充填试验,改善充填骨料粒级组成,研究废石掺量对充填料浆流动性能及充填体强度的影响规律。结果表明:相比较全尾砂胶结充填,掺入废石可以显著改善充填料浆的流动性能,提高充填料浆的输送浓度;在相同灰砂比和浓度情况下,废石尾砂胶结充填体强度高于全尾砂胶结充填体。因此,废石尾砂胶结充填体可以降低灰砂比,减少水泥用量,消纳地表废石。在云南金厂河矿山开展工业试验,确定了充填参数为浓度80%、灰砂比1∶8、废石掺量60%,原位取芯平均抗压强度为3.36MPa,满足采场充填体强度设计要求。     

煤矿矸石山灭火技术的研究与应用

将适当比例的黄土、粉煤灰制成的浆液，由机械设备灌注自燃矸石山的深部，通过对自燃矸石的“隔氧”和“降温”作用，使自燃的矸石山熄灭。本文结合平煤四矿自燃矸石山治理实例，证明了该技术是治理自燃矸石山的一种快速、经济、有效的好方法。     

矸石回填采空区技术与应用

由掘进机产出的矸石经翻车机后,通过皮带运输机送至抛矸皮带机,通过斜抛运动,将矸石直接充填到采空区。     

胶结充填体与围岩复合体的力学特性

为保证充填采场安全和矿石的连续高效开采,需要研究不同强度时期充填体与围岩相互作用规律及其对充填采场稳定性的影响。本文首先选用工业石蜡作为接触带材料模拟早期强度充填体,并考虑接触带区域应力环境的复杂性,模拟围岩与早强充填体接触区域的非均匀受力情况。为有效表征接触带区域破坏稳定情况,实现从定性分析到定量评价转变,在围岩和早强充填体的接触面放置PVC塑料薄片,结合显微成像、电镜扫描、声发射监测和应变值监测等手段,开展不同荷载作用下围岩与早强充填体相互作用室内试验研究,监测分析胶结充填体与围岩复合体的应变变化、裂纹扩展和变形演化及稳定破坏情况。试验结果表明：加载过程中,接触带区域的变形增长较快,应变值起伏变化较大,突变现象明显;加载之后,模拟接触带的石蜡存在三种不同情况的损伤特征,一是螺旋式损伤破坏,二是类平行式损伤破坏,三是交叉损伤破坏,而接触带附近的表壁监测点应变值呈现稳定递增趋势。研究结果揭示了充填体与围岩复合体在荷载作用下的力学特性,有利于指导早强充填体下采场的稳定性,也实现了表壁裂纹扩展和内部损伤破坏之间的同步表征。这为进一步研究充填体与围岩复合体在二维和三维荷载作用下的力学特性研究提供了研究思路。     

尾砂胶结充填体的强度特性及与开挖矿体的合理匹配

为合理确定在嗣后充填法中一步骤采空区充填体临界强度及固化时间的范围,以某铁矿尾砂为充填骨料,开展了不同配比参数下尾砂胶结充填体坍落度及抗压强度试验。建立了尾砂胶结充填体强度增长规律模型,并量化分析了采空区内充填体临界强度及固化时间的合理范围。结果表明：充填体固化强度随着养护龄期的增加呈指数函数递增趋势,且质量浓度越高的充填体强度增长越快;充填料浆坍落度随着质量浓度的增加基本遵循指数函数下降规律,而灰砂比对充填料浆坍落度的影响与质量浓度的范围有密切的联系;构建了能量匹配系数K值表征充填体与开挖矿体间的关系,获得了K值与充填体强度及固化时间的关系。据此定量分析出该矿山一步骤采空区充填体的临界强度为1.9 MPa,确定了灰砂比1:4、质量浓度66%的充填体,固化时间26 d后,方可进行二步骤矿体回采,比现场回采时间提前2 d。