掺加粉煤灰混合骨料胶结充填体强度试验研究

为了解决金川矿山废石粗骨料充填采矿存在的分层离析技术难题,首先对该矿-12 mm破碎废石、-5mm棒磨砂及粉煤灰等充填骨料进行级配特征粒径分析。分析结果表明,3种骨料均不适合作为单一充填骨料;然后以粉煤灰作为细骨料,开展废石棒磨砂粗骨料掺合料的级配优化与胶结充填体强度试验,通过不同掺量粉煤灰替代混合粗骨料的胶结充填体强度试验,研究粉煤灰掺量与充填体强度和沉缩率的关系。试验结果表明,粉煤灰对充填体早期强度增长不利,对后期强度增长的促进作用明显,28d强度是3d强度的3.4倍,是7d强度的1.8倍。最终确定的充填料浆最优配比为:胶凝材料添加量为290kg/m~3,粉煤灰掺量为200kg/m~3,料浆质量分数为82%。     

金川矿低成本早强充填胶凝材料充填体强度试验研究

为了充分利用金川矿山工业固体废弃物,进一步降低矿山充填成本,采用开发的固结粉新型胶凝材料替代部分(50%、70%)矿用水泥进行胶结充填体强度试验。根据金川矿山龙首矿工业充填骨料配方和充填参数,采用棒磨砂∶废石∶戈壁粗砂=0.63∶0.23∶0.14的混合骨料,充填料浆质量分数为80%,胶砂比为1∶5进行胶结体强度试验;胶凝材料为水泥熟料、脱硫石膏和石灰石粉,按照正交设计与矿渣微粉、矿用水泥混合而成;通过探索性试验、优化配方和验证试验,获得了满足金川矿山下向分层进路胶结充填采矿要求的充填体强度(R_(3d)1.5 MPa,R_(7d)2.5MPa,R_(28d)5 MPa)的胶凝材料配方:水泥熟料2%,脱硫石膏2%,石灰石粉2%,渣粉94%。     

金川矿山废石-铜渣尾砂混合骨料充填特性试验研究

针对金川龙首矿实施-12mm破碎废石粗骨料充填存在料浆分层离析的问题,开展了掺铜渣尾砂细骨料试验并对混合骨料的级配进行优化,通过对不同铜渣尾砂掺量的混合骨料级配特征分析、管输特性正交试验和充填体强度正交试验,结果发现:铜渣尾砂掺量为10%、15%、20%时混合骨料级配和密实度较好,细骨料掺量从10%增长到30%时,充填料浆的平均泌水率从13.71%逐渐降低到9.92%,泌水率降低效果明显。试验确定混合骨料中铜渣尾砂掺量为20%,胶凝材料添加量为290kg/m3,料浆质量分数78%,坍落度27cm,泌水率仅为6.1%,有效解决了粗骨料充填中的离析问题。     

磷石膏基胶凝材料充填体强度正交-BP神经网络模型研究

为了利用甘肃瓮福化工公司磷石膏废弃物,开展了磷石膏、电石渣、水淬矿渣、铁选尾渣全固废充填胶凝材料开发及废石粗骨料充填体强度试验。基于灰色关联度理论对正交试验结果进行分析以及充填体强度影响因素研究。结果表明:影响胶结充填体强度的主要因素是铁选尾渣掺量,其次是矿渣微粉、磷石膏。采用Levenberg-Marquardt训练函数,以正交试验4因素作为网络模型输入因素,胶结体7d与28d强度作为输出因素,建立了正交-充填体强度BP神经网络预测模型,预测磷石膏基胶凝材料废石粗骨料胶结充填体抗压强度。结果显示,所建立的正交-BP神经网络模型收敛速度快,预测精度高。预测得到胶结体7d与28d强度最大误差仅为3.8%,满足矿山充填工程的精度要求。     

某铜矿全尾砂胶结充填料配比实验研究

某地下矿山现行充填配比下,胶结充填体力学参数无法满足工艺要求。采用正交试验方法对全尾砂胶结料浆的坍落度、充填体试件养护28d和90d的力学参数进行研究。在此基础上,借助MATLAB软件进行多元非线性回归分析,建立各力学参数预测模型。根据预测公式及矿山实际充填要求,寻优后得出水泥用量14.3%、料浆质量分数76%时,胶结充填体的单轴抗压强度、弹性模量、内聚力分别为1.518 MPa、0.246GPa、0.618 MPa,此为最优充填料配比。     

多源石墨固废制备电热板材配方试验研究

为了提高石墨固废利用率,本文以石墨开采废石为细骨料,添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验,探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明：在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时,养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa,虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标,但是仍可满足相关要求,说明石墨开采废石可以作为细骨料使用;在废石石粉掺量为7%(质量分数)时,电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa,虽然强度有所降低,但是仍可满足低强度板材的要求;在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时,电热板材体积电阻率为1.94Ω·m,发热温度为71℃,具有良好的电热效果。     

基于BP神经网络模型充填体粉煤灰基胶凝材料早强激发剂优化研究

为了降低充填采矿成本,金川矿利用生石灰、脱硫灰渣、粉煤灰、酒钢渣粉等废弃物,开发了适用于戈壁集料的低成本粉煤灰基胶凝材料。但该种胶凝材料不能满足下向分层胶结充填法采矿对胶结充填体早期强度要求,为此,本文开展胶凝材料早强复合激发剂研究。首先,选择促凝剂、芒硝、亚硫酸钠、萘系,开展复合激发剂配方正交试验;然后,利用正交试验结果作为训练样本,建立BP神经网络模型,进行不同配比复合激发剂的胶凝材料早期强度预测与迭代优化;最后,采用DPS和MATLAB建立优化模型进行求解,获得复合激发剂优化配比。研究结果表明,促凝剂和萘系掺量为0%,芒硝掺量为1.73%,亚硫酸钠掺量为1.1%时,早强复合激发剂成本为11.5元/m3,胶结充填体3d和7d强度分别达到0.51MPa和1.51MPa,这种强度满足金川龙首矿局部矿块下向分层胶结充填对早期强度的要求。     

充填体中全尾砂、江砂和水泥混合材料配比研究

针对某矿选厂的全尾砂硫含量较高,不利于充填体输送的问题,将江砂掺入胶结充填体的骨料中,并按不同的江砂与全尾砂比、灰砂比制备全尾砂、江砂和水泥的混合充填体料浆。通过全尾砂、江砂混合配比的可行性分析、单轴抗压强度试验、沉降性能与脱水性能分析,再结合该矿的充填能力与技术要求,最终确定最佳配比为:江砂与全尾砂比1∶4,灰砂比1∶8,料浆质量分数70%。     

棒磨砂-河砂-粉煤灰混合充填料配比试验研究

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生显著影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰三种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率的试验研究。结果显示,2:8的河砂+棒磨砂混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

某矿山充填材料试验研究

为给某矿充填系统提供设计与运行参数,对充填材料进行了试验参数测试,试验结果显示,全尾砂体积质量为2.988g/cm3,平均粒径为56.77μm,其中-38μm颗粒质量分数为41.21%;当充填料浆质量分数为70%且配比较高时,充填料浆固结硬化正常,试块制作后24h即可抹面,整体性较好,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8的试块28d强度为3.87~1.31 MPa,能够满足60m中段高度矿体开采对充填体力学性能的要求。     

级配对胶结充填体强度的影响分析及胶结强度模型

利用分形方程对金川公司二矿区废石-风砂、废石-河砂的充填料级配进行定量描述,开展了级配对胶结强度的影响规律的试验研究,结果表明:充填骨料级配的分形维数与胶结强度呈二次函数关系,存在胶结强度的最优极值;通过回归分析可以定量计算最优胶结强度值,结合前人的研究成果提出了新的胶结强度模型,经验证该模型充分考虑了级配对胶结强度的作用,考虑因素更为全面,具有较高的精度和更大的适用性。     

高海拔地区矿山全尾砂胶结充填配比研究

为了获得安全、经济、合理的充填配比,通过开展采场内充填体强度试验,运用极差、方差和回归分析法对充填体强度影响因素的敏感性进行分析,并结合Design Expert软件应用响应面法对各因素的交互作用进行分析,结果表明:充填体强度的影响因素排序为灰砂比养护龄期料浆质量分数;灰砂比、料浆质量分数与灰砂比、养护龄期之间交互作用影响显著,灰砂比对充填体强度的影响最大,料浆质量分数对充填体强度的影响不明显,在充填过程中应以料浆流动性为主要考查指标。因此,矿山在充填过程中应严格控制灰砂比,同时要保证充填体的养护龄期。     

金川矿磷石膏基早强型充填胶凝材料配方试验

针对金川矿区附近瓮福化工厂排放出的大量磷石膏废弃物,开展以磷石膏为主要激发剂材料的早强型充填胶凝材料研究。首先开展早强充填胶凝材料激发剂配方的正交试验,并以试验数据作为学习样本,建立神经网络模型进行训练,由此获得了胶结充填体强度与激发剂配方关系的隐含知识。在此基础上,进行不同配比的充填体强度预测;然后,利用预测结果建立激发剂配方的优化模型并求解,最后获得了早强胶凝材料最优配比:生石灰磷石膏、NaOH、芒硝和矿渣微粉的掺量分别为5%、30%、3%、2.5%和59.5%。相应3d、7d和28d胶结充填体强度达到2.05 MPa、3.42 MPa和7.87 MPa,满足金川矿下向分层充填法采矿对充填胶凝材料的早强要求。与矿用32.5R早强型水泥胶凝材料相比,开发的磷石膏基早强充填胶凝材料成本低,替代水泥用于金川充填法采矿,可降低充填胶凝材料50%以上的成本。     

选硫全尾砂胶结充填取得新成果

一种以选硫全尾砂作为矿山胶结充填骨料的新技术,日前在铜化集团新桥矿业公司取得突破性成果. 选硫尾砂以其含硫成份高,硫化矿物对胶结充填体破坏性强,特别是全尾砂又因综合粒度细,渗透性差,充填脱水难度大等原因,一直被国内外视为不良胶结充填骨料而很少开发利用.中南工业大学与新桥矿业公司组成联合技术攻关,通过在含硫高达10%左右的全尾砂中添加一定量添加剂(粉煤灰等)的胶结配比试验,发现添加剂不仅可替代部分水泥降低充填成本,而且还可有效阻止含硫矿物对胶充体的浸蚀作用.同时,粉煤灰的泌水率低,可大大缓解充填脱水难题,缩短充填体胶凝时间,提高胶充体强度.据实验室1∶6灰砂配比试验,28天充填体强度可达1.63MPa,90天可达2.0MPa以上,满足充填采矿的生产要求.该项成果的取得和应用, 不仅可使新桥矿实现充填骨料自给,降低井采充填成本,同时还为选硫尾砂的综合利用开辟了新途径. (吴大敏)     

超细全尾砂胶结充填体的强度特征分析

以中关铁矿全尾砂为充填骨料、水泥为胶凝材料制作胶结充填体,采用单因素四水平试验设计,分析了全尾砂的物理化学性质,探讨了全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期之间的定量关系,并对其敏感程度进行了研究。研究结果表明：中关铁矿全尾砂中值粒径仅为14.2μm,碱度系数为2.31,活性系数为2.12,属于碱性超细全尾砂,级配良好、活性较高;全尾砂胶结充填体的强度随灰砂比的增加和料浆质量浓度的增加呈指数函数增长,随养护龄期的增加呈线性增长,拟合相关系数平均值分别为0.97、0.96和0.92;充填体强度对养护龄期的敏感程度最高,灰砂比次之,料浆质量浓度最小。     

强化非胶结充填体脱水试验及其规律研究

非胶结充填体脱水固结是保证充填采场稳定的关键因素。以会宝岭铁矿非胶结充填体为研究对象,设计非胶结充填体脱水试验装置,对粗颗粒添加比例为0~50%的非胶结充填体开展自然脱水试验,研究非胶结充填体的脱水规律。研究结果表明,添加粗颗粒可以强化非胶结充填体脱水,非胶结充填体的脱水过程可分为加速脱水阶段、强化脱水阶段和稳定脱水阶段;脱水过程中尾砂颗粒在自重和动水力的作用下产生沉降,在充填体内部形成垂直的排水通道,发生等速率脱水,后期因粗颗粒和尾砂颗粒的干涉沉降与自重固结导致充填体出现分层现象,且粗颗粒添加比例越大分层现象越明显。引入尾砂流失量评价非胶结充填的脱水效果,最终确定最佳添加比例为30%。该结论为强化非胶结充填体脱水提供了可靠的技术支持。     

基于模糊数学-层次分析法的水泥胶结充填料浆配比优化研究

针对某矿山残矿回采时充填效果存在的问题,采用水泥胶结全尾砂充填.根据充填料浆的力学性质和流动性能,初步确定影响充填效果较大的因素:28 d单轴抗压强度、单位沿程阻力和自然沉降速率.为了进行充填料浆配比优化研究,应用模糊数学和层次分析法分别建立各配比的隶属度矩阵和以上影响因素的权重矩阵,通过模糊决策确定该水泥胶结全尾砂充填料浆的最优配比:灰砂比(水泥用量∶全尾砂用量)1∶4、浓度72％.优化结果表明:在保证料浆充填体的强度前提下,最优配比可以有效改善料浆输送性能,减少充填成本.     

金川矿山矿渣-粉煤灰基早强充填胶凝材料试验

利用唐钢矿渣和粉煤灰火山灰质材料,以生石灰、芒硝和亚硫酸钠作为复合激发剂,开展满足金川镍矿下向分层进路胶结充填要求的矿渣-粉煤灰基胶凝材料研究。对比分析唐钢和酒钢矿渣的化学成分和质量评价结果发现,唐钢矿渣质量优于酒钢;河砂粗骨料级配分析结果表明,该骨料较粗,级配不良。利用酒钢矿渣替代唐钢矿渣进行矿渣-粉煤灰基胶凝材料试验,结果表明:利用酒钢矿渣开发的金川矿山充填胶凝材料的胶结充填体强度低于唐钢矿渣开发的充填胶凝材料,不能满足金川矿山要求。为此,进一步开展酒钢矿渣-粉煤灰基充填胶凝材料早强剂和水泥复配激发剂胶结充填体强度试验研究,基于3水平4因素正交试验和极差分析,得到影响充填体早期强度的激发剂因素排序为:脱硫灰渣生石灰粉煤灰水泥。最后通过建立神经网络预测模型,预测5水平正交试验充填体强度和激发剂配方优化方案,并进行验证试验。研究结果表明,激发剂最优配方为:生石灰5%、脱硫灰渣5%、粉煤灰15%和水泥15%,由此制备的胶凝材料能够满足金川矿山充填强度要求。     

鞍钢全尾砂充填胶凝材料配方正交试验研究

通过对鞍钢水淬矿渣进行化学分析,得到其质量系数为1.797,且矿渣质量好。以水泥熟料、脱硫石膏和工业芒硝为复合盐基激发剂,以鞍钢水淬矿渣微粉为主要胶凝活性材料,开展充填胶凝材料配方的优化正交试验。试验结果表明,对28d养护龄期充填体抗压强度影响程度从大到小的顺序是:水泥熟料、工业芒硝、脱硫石膏。通过激发剂掺量配比优化试验和极差及影响分析、试验验证,得到的全尾砂胶凝材料配方的最优配比是:脱硫石膏11%、水泥熟料4%、工业芒硝1%、矿渣微粉84%;验证试验得到其胶结充填体28d强度为3.68 MPa,为水泥胶结强度的1.58倍。     

脱硫灰渣-矿渣复合新型充填胶凝材料试验研究

利用唐钢公司水淬渣和烧结脱硫灰渣,设计四因素三水平的正交试验进行新型充填胶凝材料激发剂配方研究。极差和方差分析显示,对充填体14d强度影响重要性次序为:NaOH芒硝脱硫灰渣生石灰;28d强度影响次序为NaOH芒硝生石灰脱硫灰渣。最高的28d充填体强度达到2.429 MPa,是相同条件下32.5R水泥胶凝材料的2.22倍。对正交试验数据采用多项式逐步回归分析,获得了14d和28d两种龄期的胶凝材料的最优配比,并且验证试验获得28d强度为2.36 MPa,满足南洺河铁矿充填上向分层充填采矿对充填强度要求。