基于均匀试验的矿山充填料浆配比优化研究

以胶结充填体单轴抗压强度和料浆扩散度为试验目标函数,以充填料浆质量浓度和砂灰比为配比参数,建立基于均匀试验的矿山充填料浆配比优化模型,并揭示配比参数对充填料浆及胶结体性能的影响。根据试验因素和水平,选取均匀设计表,按均匀试验设计方法设计了12组抗压强度和扩散度试验,利用均匀设计软件回归分析了胶结充填体强度和料浆扩散度与各参数之间的关系。结果表明:均匀试验数据与回归方程计算结果基本一致,试验方法可信度高;该充填料浆最佳参数为:料浆质量浓度x1=72%,砂灰比x2=4,此时胶结充填体强度最大且充填料浆具有良好的流动性,与试验结果一致。综上所述,均匀试验设计方法为充填料浆配比优化研究提供了一种新的有效途径。     

基于均匀设计的充填体强度特性试验研究

为探究红牛铜矿全尾砂胶结充填体强度特性,以充填料浆浓度、砂灰比、养护龄期为影响因素,基于均匀设计试验方案开展了充填配比试验,并对试验结果进行了非线性回归分析。结果表明:均匀设计试验方法可靠性高;对充填体强度的影响程度大小排序为砂灰比、养护龄期、充填料浆浓度;充填体单轴抗压强度随养护龄期、充填料浆浓度的增大而增大,随砂灰比的增大而减小。     

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明：充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。     

基于响应面分析法的戈壁料充填体强度影响因素研究

:针对戈壁料充填矿山,为确定最优的充填体强度配比试验方案,以金龙沟矿区为研究对象,基于室内充填体强度及流动性试验,确定了灰砂比、料浆质量浓度、粉煤灰占比３种因素的试验设计范围,并利用响应面分析法设计了１７组试验方案,研究了３种因素及其交互作用下对戈壁料充填体强度的影响规律,同时建立了３种因素与３d、７d、２８d养护龄期时戈壁料充填体强度间的响应面回归模型,优化了金龙沟矿区戈壁料充填料浆的材料配比.研究结果表明:灰砂比是影响戈壁料充填体强度的最大因素;３种因素交互作用下对戈壁料充填体强度的影响程度为灰砂比与料浆质量浓度＞灰砂比与粉煤灰占比＞料浆质量浓度与粉煤灰占比;在满足充填体强度条件下,金龙沟矿区戈壁料充填料浆的最优配比:灰 砂 比 为 １∶８、料 浆 质 量 浓 度 为 ８２％、粉 煤 灰 占 比为１０％.     

基于正交试验的充填集料配比优化研究

对某铜矿全尾砂和戈壁集料粒度进行了分析,结果表明,戈壁集料粒度分布区间广、粗颗粒含量高,全尾砂粒级偏细,将全尾砂添加至戈壁集料中可改善充填集料级配,从而提高料浆的流动性能。采用正交试验研究不同全尾砂-戈壁集料配比、料浆质量浓度和灰砂比条件下的料浆塌落度和泌水率,对试验结果进行方差分析,分析结果表明,浓度对料浆的塌落度值和泌水率影响最大,其次是充填集料配比,而灰砂比的影响很小;集料配比为25∶75、浓度为83%时,充填料浆的和易性及保水性能最佳,可有效避免充填料浆自流输送发生堵管事故。     

某铁矿胶结充填体特性试验及配比研究

为了找出最适合某铁矿充填料浆的优化配比方案,降低矿山充填成本,保证采空区的稳定性,通过设置不同灰砂比、重量浓度、养护龄期3种参数,对充填体单轴抗压强度、泌水率、固结率、固结比进行测定分析,研究结果表明:影响充填体强度的因素依次为养护龄期、灰砂比、质量浓度。确定最适合该矿山的充填料浆配比方案为灰砂比1∶4,料浆浓度为66%时充填体28d强度为3.48MPa。     

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。     

全尾砂胶结充填料浆最优配比试验研究

为了确定充填料浆的最优配比,结合某萤石矿充填实际,以全尾砂和普通硅酸盐水泥为充填材料,采用3因素3水平正交试验研究灰砂比、料浆质量浓度和养护时间对充填料浆性能的影响规律,并运用极差分析法选出最优配比。结果表明:随灰砂比增大,坍落度呈现出先减小后增大的变化趋势,随料浆浓度增大,坍落度呈现反向变化;影响全尾砂充填体强度的最主要因素为灰砂比。根据试验结果,推荐充填料浆配比最优方案为灰砂比1∶4,料浆浓度75%,养护龄期28d。     

基于正交试验的全尾砂胶结充填配比方案优化

为获得全尾砂胶结充填最优配比,降低矿山充填成本,保证空区稳定,以全尾砂胶结充填体试块为研究对象,试块的单轴抗压强度为指标,综合考虑充填体强度的影响因素,采用正交试验开展研究,并运用极差和方差分析法对充填体强度影响因素的敏感性和显著性进行分析。研究表明:试验最优配比方案为浓度75%,灰砂比1∶6,养护龄期28 d;影响试块的敏感性顺序是养护龄期灰砂比浓度;养护龄期对充填体强度的影响最显著。因此,矿山在生产实际中要保证充填体的养护时间。     

全尾砂充填性能试验研究

针对拟使用充填法将深部矿产资源采出的某矿山,为研究充填性能,取其尾砂进行试验,通过探索充填料浆性能在灰砂比和质量浓度有差异时的变化情况,判断灰砂比和质量浓度对充填料浆性能的影响。采用极差分析法获取两者影响充填料浆性能的主次关系,明确充填料浆配比的适合范畴,随之建立代表料浆性能参数和两因素之间的回归方程。由试验可得:在灰砂比1∶4～1∶12、料浆浓度66%～74%的情况下,料浆流动性能受质量浓度的影响较灰砂比大,但影响充填体强度的关键要素还是灰砂比。根据该矿山的生产需要及室内试验,再联系灰砂比、浓度与充填料浆性能参数间的回归方程,推荐选择最佳参数,灰砂比1∶8,料浆浓度72%。     

某矿山全尾砂似膏体充填配比试验研究

某矿山目前采用立式砂仓自然沉降后的粗粒级尾砂进行自流胶结充填,存在充填体泌水量较大,凝固时间长,强度低等问题。针对该矿山现有充填方式存在的问题,结合膏体充填的优势,开展了该矿山尾砂似膏体充填配比试验研究。主要对该矿山全尾砂和分级尾砂进行了物化性质分析,在此基础上开展了全尾砂和分级尾砂似膏体充填配比试验研究,对比分析了2种尾砂充填体的坍落度、泌水率以及单轴抗压强度等指标,结合矿山生产对充填体强度的要求,确定满足生产要求的最佳配比。研究结果表明:充填骨料采用全尾砂较分级尾砂效果好,全尾砂充填体强度能满足矿山生产需要,并根据矿山生产实际,提出了全尾砂似膏体充填配比方案。     

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。     

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。     

用粗磷尾矿制备胶结充填材料

为解决湖北三宁矿业挑水河磷矿选厂重介质作业尾矿直接堆存存在的污染环境和土地占用等问题,在对该尾矿进行性能测定的基础上,开展了将其作为胶结材料用于充填采矿的可行性试验。结果表明：磷尾矿颗粒表面粗糙,有害元素含量低,可以作为胶结材料;磷尾矿为骨料制备的充填体不同龄期抗压强度均随灰砂比和料浆浓度增加而增强,但料浆浓度对充填体抗压强度影响相对较大;充填料浆坍落度、坍落扩散度和稠度均随灰砂比和料浆浓度增大而增大。为进一步降低胶结材料成本,还进行了粉煤灰部分替代水泥作为胶结材料的可行性正交试验。结果表明：粉煤灰的添加有利于充填体强度的增高,尤其是后期强度的增长;充填料浆坍落度随灰砂比、料浆浓度和粉煤灰掺量增大均先增后减,且影响程度由强到弱依次为灰砂比>料浆浓度>粉煤灰掺量。由于粉煤灰颗粒粒度细,且部分颗粒呈球形,使其在料浆中可以发挥滚珠轴承效应,减小了磷尾矿颗粒之间的摩擦力,进而提高了料浆的和易性;粉煤灰内部空隙多,随着粉煤灰掺量的增加,需水量也随之增大,导致充填料浆的黏稠性增大,阻碍了料浆中骨料的移动,进而使得坍落度和稠度随粉煤灰掺量增加呈现先增后降的规律。试验确定的胶结材料最佳配比为灰砂比0.250、料浆浓度80%、粉煤灰掺量1.00。利用粉煤灰和粗磷尾矿进行胶结充填具有显著的经济、环境和社会效益。     

全尾砂充填体正交-BP神经网络强度预测

某矿山采用全尾砂胶结充填,需加入减水剂以保证充填料浆流动性能,其充填体强度各影响因素之间存在着更为复杂的化学物理作用。为了解各因素对充填体强度的影响规律,准确预测其强度,建立了基于正交试验的BP神经网络全尾砂胶结充填体强度预测模型。预测过程中,为提高样本可信度,以料浆浓度、灰砂比、减水剂比例为影响因素,设计了3因素、4水平正交试验方案作为研究数据基础。采用灰色关联度理论分析了各因素对全尾砂充填体强度的影响规律,结果表明：对充填体早期强度（7 d）影响最大的是料浆质量浓度,其次为灰砂比、减水剂比例,对充填体后期强度（28 d）影响最大的是灰砂比,其次为料浆浓度、减水剂。以7 d、28 d强度为输出因子,运用BP神经网络对充填体强度进行预测,预测结果与试验结果最大误差为9.98%,平均误差为2.71%,精度较高,预测可靠性强,具有较好的工程应用价值。     

全尾砂新型充填胶凝材料在南洺河铁矿的应用

针对冀东铁矿全尾砂充填料,已经开发出适用于铁矿山全尾砂胶结充填法采矿的矿山尾砂固结粉(简称尾矿粉)。通过矿山工程应用表明,该种全尾砂新型胶凝材料不仅胶结充填体强度高,而且成本低,具有良好的性价比。为此开展了矿尾粉新型胶凝材料在南洺河铁矿推广应用的试验研究。现场全尾砂取样的物化特性分析结果显示,南洺河铁矿全尾砂充填料不仅颗粒细(dav=0.361mm),含泥量高,而且级配差(不均匀系数53.4),属于级配严重不良的全尾砂充填料。为此,作者进行了胶砂比为1∶8和料浆浓度为73%的胶砂充填体强度试验。28d胶砂充填试块强度可以达3.024 MPa,是相同条件下32.5R早强水泥的2.77倍,满足了南洺河嗣后充填采矿对充填体强度的要求。     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

高效减水剂对全尾砂充填料性能的影响

利用全尾砂作为集料制成全尾砂充填料对采空区进行充填,具有性能优、尾砂利用率高、能耗少、成本低等优点。根据某矿山现有充填工艺,采用全尾砂替代分级尾砂作为充填集料的技术,优化原有的胶结材料,并将尾砂充填料浆的固体浓度由68%提高到72%,结合使用减水剂来实现全尾砂充填料的自流输送。研究4种减水剂（萘系高效减水剂NSF、聚羧酸高效减水剂PC、氨基高效减水剂ASF以及脂肪族高效减水剂SAF）的不同掺量对全尾砂充填料浆的泌水率、流变性能和强度的影响。结果表明,减水剂的加入有效地提高了全尾砂充填料浆的流动性能,延缓了凝结时间,但却对充填体强度有不利的影响。综合4种减水剂的作用来看,在脂肪族减水剂掺量为1.6%时,既可以使料浆流动性增加幅度较大,又对充填体强度的不利影响较小。因此,选用脂肪族减水剂可以配制性能较优的自流型全尾砂充填材料。     

喀拉通克铜镍矿充填骨料优化试验研究

为降低喀拉通克铜镍矿充填成本,充分利用全尾砂和冶炼渣作为充填骨料,通过开展充填材料配比试验,分析骨料中加入全尾砂和冶炼渣对充填体强度的影响,并根据三种充填骨料不同占比下充填体强度测试结果以确定充填骨料中戈壁集料、全尾砂和冶炼渣的合适比例。试验结果表明：骨料中加入全尾砂能降低充填料浆离析,但导致充填体强度降低,加入冶炼渣对充填体强度影响不大,但过量冶炼渣导致料浆离析严重;当骨料中戈壁集料、全尾砂和冶炼渣的占比为35%,30%和35%时,灰砂比为1:4时的强度达到4.37MPa,满足假顶充填强度要求,灰砂比为1:8时的强度达到2.5MPa,远大于接顶充填强度要求,可适当降低灰砂比以降低充填成本。     

矿渣胶结材料充填体强度确定及配比优化

为了降低充填成本,从分析高阶段嗣后充填充填体的力学作用机理入手,采用经验公式,计算了充填体暴露高度与强度的关系,得出充填料浆配比设计依据。而后,以超细全尾砂和自行研发的矿渣胶结材料制备充填料浆,采用正交设计与极差分析,研究了料浆与各个影响因素的关系,确定了各个因素的权重,得出了最佳的充填配比。研究结果表明：高阶段嗣后充填充填体在暴露高度95 m时所需强度为2.9 MPa,100 m时所需强度为3.1 MPa;采用灰砂比1∶、浓度72%的料浆作为胶结面,采用灰砂比1∶10、浓度72%的料浆充填矿房,完全满足采场稳定性的要求。