单轴压缩下尾砂胶结充填体细观能量耗散与损伤表征研究

尾砂胶结充填体在两步骤回采中充当人工矿柱支撑采场顶板,其稳定性对矿柱的安全回采至关重要。基于室内试验进行尾砂胶结充填体细观参数标定,建立了尾砂胶结充填体颗粒流模型,开展了单轴压缩下尾砂胶结充填体细观力学特性研究,构建了尾砂胶结充填体细观能量指标体系,探讨了尾砂胶结充填体细观能量演化及耗散特征,揭示了尾砂胶结充填体破坏形式;结合能量耗散理论,考虑残余应变能影响,引入修正系数λ,提出了改进的损伤变量D,较好地表征了尾砂胶结充填体损伤演化过程。研究结果表明：尾砂胶结充填体细观能量主要由边界能输入,一部分通过能量积聚转化为平行黏结应变能和线性应变能,另一部分通过能量耗散转化为黏结阻尼能、摩擦能、介质阻尼能和动能;尾砂胶结充填体细观能量演化过程具有阶段性特征,包括能量积聚和能量释放两个阶段,在能量耗散阶段体现明显的延性破坏特征;尾砂胶结充填体细观损伤表象为颗粒错动和黏结破坏,考虑残余应变能的改进损伤变量更准确,能较好地反映尾砂胶结充填体延性特征。研究成果可为尾砂胶结充填体稳定性控制提供理论指导。     

絮凝剂对超细尾砂胶结充填体性能的影响

为研究絮凝剂对超细尾砂充填材料性能的影响,从而提高超细尾砂的利用率。对不同絮凝剂掺量 （0,45 g/t,75 g/t 及 105 g/t）下的充填料浆的流动性和充填体的力学特性进行了测试,并利用压汞实验与扫描电镜测 试探究了充填体微观演化。结果表明：超细尾砂胶结充填料浆流动性能相较于普通尾砂胶结充填料浆对固体浓度 更不敏感且强度远低于普通充填体;絮凝剂对超细尾砂胶结充填材料流动性和强度有消极影响,但存在一个饱和 浓度（75 g/t 左右）;絮凝剂的掺入会延长浆体内部渗透网络达到稳态的时间;掺絮凝剂的超细尾砂胶结充填体强度 与超声波波速呈线性关系,因此可以利用超声波波速进行超细尾砂胶结充填体的强度预测。此外,絮凝剂会弱化 充填体的孔结构,主要表现在掺入絮凝剂后,小于 1 μm 的孔隙体积明显增加。研究结果将有助于设计出更经济有 效及更耐用的超细尾砂胶结充填体。     

胶结充填体顶板裂缝雷达响应特征的正演研究

采用探地雷达探测下向分层充填法中胶结充填人工假顶中裂缝的状态。首先从理论上分析了裂缝的雷达响应特征;其次测定了下向分层胶结尾砂充填体材料的相对介电常数为10.9;最后研究了下向分层胶结尾砂充填体材料中垂直裂缝与倾斜裂缝的正演结果。研究结果表明:理论上得出垂直裂缝的雷达响应特征为对应裂缝顶、底端的绕射双曲线,倾斜裂缝是沿着裂缝倾斜方向的一系列绕射双曲线;正演结果说明下向分层胶结尾砂充填体中的裂缝是可测的,且裂缝的雷达响应特征符合理论分析规律。研究结果可为下向分层胶结尾砂充填体中裂缝探测提供理论认知和数据判读支持。     

细粒级全尾砂膏体充填材料性能调控研究

针对传统胶凝材料在细粒级全尾砂膏体充填中存在的充填成本高、充填效果差等问题,研究新型胶 结媒介作用下细粒级全尾砂膏体充填材料性能的变化规律。试验结果表明：在新型胶结媒介体系下,尾砂越细,相 同条件下膏体充填材料抗压强度越高;细尾砂膏体充填材料在料浆浓度高的情况下,不同灰砂比下抗压强度几乎 相同;全尾砂中 Al2O3和 SiO2含量越高,相同条件下膏体充填材料抗压强度越高;新型胶结媒介用量的变化对膏体 充填材料抗压强度影响很小;新型胶结媒介作用下颗粒表面生成针状物质彼此搭接,使膏体充填材料结构密实,产 生强度,生成物为钙矾石和含硅化合物。     

尾砂胶结充填体抗压强度的尺寸效应研究

通过尾砂胶结充填体配比试验,研究尾砂胶结充填体强度与试样尺寸和几何形状之间的关系.试验结果表明:在相同条件下,尾砂胶结充填体强度在试验范围内随试样尺寸的增加而减小,呈非线性变化;不同尺寸与几何形状的胶结充填体试样强度之间的换算比例关系为:Φ 152 mm充填体试样强度大致为Φ 72和Φ 85 mm试样强度的3/4,为70.7 mm立方体试样强度的3/5.     

尾砂胶结充填体试样早期强度发展监测探索研究

本文研究不同胶凝材料、不同硫酸盐浓度的尾砂胶结充填体试样的强度发展过程,分别对养护龄期为1、3、7和28天的试样系统进行了单轴抗压强度、基质吸力、含水率和孔隙率测试,分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和基质吸力发展变化的原因及二者的相关性,研究结果表明：密封养护条件下尾砂胶结充填体试样的早期单轴抗压强度与其基质吸力存在显著的线性相关规律,获得了尾砂胶结充填体试样早期单轴抗压强度与基质吸力相关性方程,探讨了基于基质吸力监测尾砂胶结充填体强度的可能性。     

我国全尾砂高浓度（膏体）胶结充填简述

先进充填设备的成功研制促进了充填技术的提高，加速了全尾砂高浓度（膏体）胶结充填的广泛应用。通过分析全尾砂高浓度（膏体）胶结充填特点，简要介绍了我国全尾砂高浓度（膏体）胶结充填研究及胶结充填系统设计，并提出了我国全尾砂高浓度胶结充填的发展重点。     

尾砂胶结充填体试样早期强度原位监测探索研究

本文研究不同胶凝材料、不同硫酸盐浓度的尾砂胶结充填体试样的强度发展过程,分别对养护龄期为1d、3d、7d和28d的试样系统进行了单轴抗压强度、基质吸力、含水率和孔隙率测试,分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和基质吸力发展变化的原因及二者的相关性,研究结果表明:密封养护条件下尾砂胶结充填体试样的早期单轴抗压强度与其基质吸力存在显著的线性相关规律,获得了尾砂胶结充填体试样早期单轴抗压强度与基质吸力相关性方程,探讨了基于基质吸力监测尾砂胶结充填体强度的可能性。     

废石尾砂胶结充填体强度性能及物料配比参数试验研究（增刊）

某矿地处高原,当地水泥成本高,若采用全尾砂进行充填,充填体强度偏低,充填成本较高。废石尾砂胶结充填可以降低水泥单耗,为矿山充填方案选择提供了技术思路。本文通过充填配比试验研究了废石尾砂胶结充填体强度性能,确定了废石尾砂胶结充填物料配比参数,为充填方案论证提供了依据。通过试验可知,相同水泥单耗情况下,废石尾砂胶结充填体强度显著高于全尾砂胶结充填体,60%~65%的尾砂浆浓度、50%的废石添加量可使废石胶结充填具有较优的强度性能及流变性能。     

废石尾砂胶结充填体强度性能及物料配比参数试验研究

某矿地处高原,当地水泥成本高,若采用全尾砂进行充填,充填体强度偏低,充填成本较高。废石尾砂胶结充填可以降低水泥单耗,为矿山充填方案选择提供了技术思路。本文通过充填配比试验研究了废石尾砂胶结充填体强度性能,确定了废石尾砂胶结充填物料配比参数,为充填方案论证提供了依据。通过试验可知,相同水泥单耗情况下,废石尾砂胶结充填体强度显著高于全尾砂胶结充填体,60%~65%的尾砂浆浓度、50%的废石添加量可使废石胶结充填具有较优的强度性能及流变性能。     

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。     

高硫尾砂胶结充填试验研究

普通硅酸盐水泥广泛用于高硫尾砂的胶结充填,但因硫酸盐侵蚀会导致充填体早期强度低而后期膨胀、开裂以及强度倒缩。本研究以矿渣为主要材料辅以少量激发剂配制成KL固化剂取代水泥固化高硫尾砂,相同条件下,试样7d和60d强度是水泥试样的2.3倍和6.0倍,早期强度高,后期强度不倒缩。KL固化剂中的低碱环境使得适量钙矾石在早期形成,不破坏水化硅酸钙凝胶结构,还能充当骨架降低孔隙率使试样更密实。综上可知,与水泥相比,KL固化剂固化高硫尾砂具有更好的强度和耐久性。     

尾砂充填料浆泌水特性及其对充填体影响研究

通常认为充填配比固定时,尾砂充填料浆浓度决定充填体强度,但该观点未考虑料浆泌水对充填体的影响.利用测试模具,测试并分析了不同配比与粒级组成的尾砂料浆泌水特性及其对充填体的影响.研究发现:1)少量水泥添加即可显著抑制料浆泌水,采用微胶充填可实现充填采场泌水控制.2)料浆泌水会显著降低不同初始浓度料浆间的浓度差.但泌水后各...     

尾砂胶结充填体强度特性试验研究

以尾砂胶结充填体试块为对象,选取对强度敏感性最高的影响因子——龄期,对不同龄期的尾矿胶结充填体进行单轴抗压强度和直接剪切试验,分析了尾砂胶结体的强度规律及破坏特征。试验结果表明:尾矿胶结体的强度随着养护龄期的增加而升高,其中7~28d强度增加较为显著,并建立抗压强度、抗剪强度与龄期回归方程,为后期充填采矿设计和降低采矿成本提供了依据。     

尾砂胶结充填体抗拉强度试验研究

抗拉强度是尾砂胶结充填体的重要强度参数，但由于缺少合适测试方法导致对尾砂胶结充填体抗拉强度的研究不足，不利于胶结充填体的稳定性分析，对矿山安全生产造成隐患。本研究利用将压缩转换成拉伸加载方式，提出一种新的适用于尾砂胶结充填体的直接拉伸试验方法，验证了其可靠性。应用该试验方法测得了多种配比、龄期尾砂胶结充填体的抗拉强度，分析了抗拉强度随灰砂比、质量浓度、龄期的变化规律以及敏感性，可为矿山充填配比设计及抗拉强度测定提供指导。     

粉煤灰对三山岛金矿充填体强度影响的试验研究

为了研究和提高三山岛金矿分级尾砂胶结充填体的抗压强度,在充填体中加入粉煤灰及粉煤灰活化剂(CaO)以提高充填体的早期强度。设计了不同粉煤灰掺量替代胶结剂的充填体强度试验和最优粉煤灰掺量条件下不同CaO掺量的充填体强度试验,研究了粉煤灰掺量和CaO掺量与充填体强度之间的关系,并对出现这种关系的原因进行了理论分析。试验结果表明,当粉煤灰掺量为5%时,充填体试样的强度最大,充填用水中的Na+、Ca2+、Cl-离子对提高充填体的早期强度起了关键作用。当CaO掺量为最优粉煤灰掺量的20%时,各养护龄期的充填体强度最大。最终确定三山岛金矿分级尾砂胶结充填体粉煤灰掺量为5%,粉煤灰活化剂(CaO)的掺量为20%。     

不同形状尺寸充填试样强度研究

通过开展不同形状、尺寸充填试样单轴抗压试验,进行全尾砂胶结充填体强度尺寸效应研究,探究全尾砂胶结充填体尺寸效应现象及不同形状与尺度充填试样间的强度换算。研究表明:在料浆砂灰比和浓度相同条件下,大尺寸充填试样抗压强度高于小尺寸充填试样;各形状及尺寸充填试样强度呈幂函数关系,强度间换算关系与砂灰比及料浆浓度无关,可由同一函数表达。     

絮凝剂和减水剂对尾砂浓密性能与充填体强度的影响

为提高溢流尾砂胶结充填效果,对溢流尾砂开展了添加和未添加减水剂沉降试验、湿堆密度测试、胶结料浆流变参数与抗压强度测试、胶结充填体总空隙率和微观结构测试,探究了絮凝剂与减水剂对溢流尾砂浓密性能和充填体强度的作用机理。研究表明：絮凝剂与减水剂具有“协同效应”,可提高尾砂浓密底流浓度,但效果与减水剂添加顺序和添加量相关。添加絮凝剂与减水剂使溢流尾砂湿堆密度增大,由0.559提高至0.591。絮凝剂添加使胶结充填体总空隙率与结构缺陷增加,造成充填体抗压强度降低;而含絮凝剂与减水剂的胶结充填体总空隙率降低,结构更致密,充填体抗压强度得到提高。尾砂浓密阶段添加减水剂可降低后续胶凝材料用量。相关研究成果可为优化尾砂高浓度胶结充填工艺提供借鉴。     

高硫尾砂充填体性能及化学外加剂对其影响

金属矿尾矿中通常含有较高的硫,充填尾砂中硫含量过高,会降低后期充填体的强度。采用硫精矿与高硫尾砂共同调节全尾砂中的含硫量,研究含硫尾砂对充填体凝结时间和强度的影响,并根据研究结果提出添加硅酸钠和柠檬酸两种调控措施。试验结果表明,随着尾砂含硫量增加,充填料浆凝结时间延长,充填体强度降低。含硫量低于18%的尾砂充填体28 d强度大于1.2 MPa,可以直接用作充填骨料。硅酸钠添加量低于4%时,促凝效果明显,但由于次生膨胀相的生成,充填体28 d强度出现下降。柠檬酸添加量为0.3%时,充填料浆凝结时间增加不明显,此时充填体28 d强度达到10 MPa,且随养护时间增加未出现降低,满足充填要求。由于充填体早期强度增长受到抑制,导致其结构疏松,不断生成的次生膨胀相产物可以填充水化产物之间空隙,使充填体内部更加密实。     

基于正交试验充填体力学性能及配比优化研究

针对矿山充填开采成本较高、尾砂和废石等固废处置困难等问题,以废石、尾砂为实验材料,通过正交试验法确定质量浓度、灰砂比及废石掺量对粗骨料胶结充填体流动性及力学性能的影响规律,并确定出合理的配比参数。结果表明：质量浓度、废石掺量及灰砂比均为充填料浆坍落度的显著性影响因素,其中质量浓度的影响最为关键;方差分析结果表明,质量浓度、灰砂比能够对充填体3d及28d抗压强度有显著性影响,而当废石掺量为5%~20%时,废石掺量对粗骨料充填体抗压强度无显著性影响;多元线性回归模型能够准确的反映出粗骨料胶结充填体抗压强度及坍落的变化规律,且构建三维可视化模型能够直观反映出质量浓度、灰砂比及废石掺量的复合作用对充填体性能的影响;基于建立的充填体配比参数寻优模型可得出一组合理的配比参数为：灰砂比为1:9.5,质量浓度为80%,废石掺量为20%。