分层尾砂胶结充填体力学特性及优化试验研究

在尾砂胶结充填采空区过程中,充填操作的不连续会造成充填体在2次充填的界面处发生分层现象。为研究分层尾砂胶结充填体力学特性,改善分层的劣化影响,引入混凝土学中处理新旧混凝土界面的喷砂法,制作完整不分层、界面自然分层和界面喷砂处理分层3种分层类型的充填体试件,设置灰砂比分别为1∶4、1∶6和1∶8,在养护龄期为3 d、7 d、14 d和28 d条件下对试件进行单轴压缩试验。结果表明：（1）分层现象降低了尾砂胶结充填体的单轴抗压强度,折减率区间为1.41%～19.09%,且随养护龄期和灰砂比的增加折减率呈指数函数增长;界面喷砂处理提高了尾砂胶结充填体的单轴抗压强度,增益率区间为1.92%～16.26%,增益率随着灰砂比的增加而增大,且在养护早期增益更明显。（2）充填体的弹性模量随养护龄期的增加呈指数函数增长,分层充填体弹性模量的折减随养护龄期和灰砂比的增加均呈增大趋势。（3）充填体的峰后强度曲线随灰砂比的降低表现出更优的峰后延性,且随养护龄期的增加愈加明显;不同分层类型充填体的峰后延性优劣顺序为：界面喷砂处理分层>界面自然分层>完整不分层。（4）分层充填体的破坏形式主要表现为拉张...     

分级尾砂胶结充填体强度参数试验研究

在矿产资源开采过程中会产生大量的固体废料,固体废料堆积会对地表及地下水产生严重的污染,从而诱发一系列次生灾害,同时也不符合当前绿色矿山建设及节能减排之趋势。在尾砂中加入一定比例的水泥再充填入井下的采空区既能缓解固体废料排放问题,又能增加开采作业的安全性。目前对于尾砂胶结充填体的力学研究才处于起步阶段,为了深入研究充填体强度参数的演化规律,该文选用大红山铜矿的分级尾矿制作了不同的配合比条件下的圆柱体试件,测试其单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变曲线,并分析各参数与配合比之间的关系,研究了胶结充填体的变形特征,从而探究分级尾砂胶结充填体力学参数的成因并为调节力学参数提供依据。     

庙岭金矿分级尾砂胶结充填性能试验研究

为研究庙岭金矿分级尾砂的胶结充填性能,分析了分级尾砂的矿物组成、化学成分、粒级组成等,并进行了分级尾砂的坍落度试验、沉降性能试验、单轴抗压强度试验、压滤试验和L型管道试验。试验结果表明：庙岭金矿分级尾砂充填料浆在灰砂比1∶4、料浆浓度70%～74%时具有良好的抗压强度和流动性、可泵性,可用于矿山充填作业。     

尾砂胶结充填体声发射特征的分形分析

对取自某铜矿的尾砂按不同配比制备尾砂胶结充填体试样,在单轴压缩条件下,进行尾砂胶结充填体破坏全过程声发射试验,通过对声发射基本参数序列进行理论分析,证实了充填体的声发射过程具有分形特征,并采用＂G-P算法＂计算了能率时间序列的关联维数.结果表明：低配比（1∶8）试样的关联维数在应力水平为60%时突降到最低,结构内部裂纹扩展开始变得有序,并呈宏观态势发展;高配比（1∶4）试样的关联维数是逐渐降低的,在峰值破坏时降到最小.此外,关联维数的＂突降→平静＂和＂持续降低＂两种模式可分别作为两种配比的充填体现场稳定性监测、预报的前兆判据.     

新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体强度研究

结合某矿山实际,采用实验室试验与数值模拟相结合的手段,研究了新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体力学强度特性及其作为采场顶板的稳定性.单轴抗压试验与巴西劈裂试验结果表明,灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体在7d、14 d、28 d、60 d养护龄期的抗压、抗拉强度,分别高于所对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;并且灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体的早期抗压、抗拉强度均优于对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;FLAC3D数值模拟结果表明:新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体,可以满足作为采场充填顶板的要求.     

分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律

在进行大尺寸采空区嗣后充填过程中,胶结充填体易出现分层等结构现象。为深入分析结构特征对胶结充填体力学特性及裂纹演化规律的影响,首先制作中间层高度比为0.2、0.4、0.6和0.8,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10的分层胶结充填体试件,然后利用GAW–2000伺服试验系统开展单轴压缩试验,最后借助二维颗粒流软件（PFC–2D）,分析胶结充填体内部裂纹分布规律。结果表明:（1）分层充填体单轴抗压强度与高度比呈指数函数关系、与灰砂比呈多项式函数关系;弹性模量与高度比及灰砂比均呈多项式函数关系;单轴抗压强度及弹性模量均随高度比的增加而减小、随灰砂比的增大而增大,且两者对灰砂比敏感度更高。（2）充填体内部裂纹演化曲线先缓慢上升,达到单轴抗压强度的80%左右时快速上升,且灰砂比越大、高度比越大,上升速度越快,拐点到来越早,充填体试件越易发生破坏,超过单轴抗压强度后曲线开始迅速下降。（3）分层充填体主要表现为剪切破坏、张拉破坏及共轭剪切破坏,且破坏主要集中于中间软弱层;高度比越大,试件内部裂纹越密集,灰砂比越大,裂纹越易向两端演化。      

分级细尾砂胶结充填体早期水化放热及强度演化特性

对分级细尾砂胶结充填体的早期水化反应及力学演化特性进行研究,对不同灰砂比充填体料浆进行水化放热及电阻特性测试,并根据扫描电子显微镜对早期水化产物进行微观形貌特征分析,最后在单轴压缩力学试验结果的基础上,分析早期水化反应进程及产物对充填体强度演化的影响。研究表明,灰砂比越大,水化放热速率及放热量越大,生成水化产物越多,体积电阻率越大。同时水化反应速率直接决定了充填体自身强度形成的快慢,生成的Ca(OH)₂减小了料浆体积电阻率,加快充填体自身强度的增长;随后生成的钙矾石（Aft）导致颗粒间孔隙更加致密,抑制了离子的溶解,减缓放出热量速率,从而阻碍了充填体强度的增长;当水化反应进行14 d基本结束后,充填材料凝结固化成为一个整体,强度基本稳定。充填体强度的变化呈现先迅速增加随后增加趋势逐渐减小直至稳定的趋势,为矿山采用分级细尾砂进行井下采空区充填、控制深部采场温度提供理论支撑及科学指导。      

高浓度分级尾砂胶结充填系统参数计算及充填泵选择

安徽中都铅锌金矿是一座新设计开采的矿山,由于地表为农田,不容许陷落,需采取充填采矿法进行回采。国内类似矿山充填料浆配比,最终选择充填材料配比为,1:8(水泥:尾砂),质量浓度为72.6%,通过计算,选择对充填管路输送参数计算,确定输送管道的外径为121 mm,壁后8.5 mm,计算得出高浓度充填料浆的临界流速为0.76 m/s,工作流速为1.58 m/s,料浆水力坡度为0.04889 mH_2O/m,充填管道内最大输送阻力为0.83 MPa,考虑充填泵启动压力为2 MPa,充填工业泵的最小压力值为2.83 MPa。     

废石尾砂胶结充填体强度试验研究

对废石尾砂胶结充填进行了系统的试验研究。阐述了废石尾砂胶结充填工艺的工业性及原理,着重研究了废石尾砂胶结充填体强度的影响因素:水灰比、灰砂比、水泥含量、废石尾砂的粒径级配及配比。研究结果表明,废石尾砂胶结充填体强度随水灰比、灰砂比的减小而增大,随水泥含量的增加而增加。在强度一定的条件下,废石尾砂胶结充填比其他充填方式,单位体积内水泥耗量少,成本低。     

循环载荷下块石胶结充填体声发射特性研究

利用RMT-150C岩石力学试验系统和PCI-2型声发射采集系统,对灰砂比为1∶4的纯尾砂充填体与块石作骨料的胶结充填体在不同幅值循环加卸载条件下损伤破坏全过程的声发射特性进行了研究。试验结果显示：含块石充填体在循环载荷下损伤破坏过程声发射信号较纯尾砂充填体更加丰富,且均表现出在加卸载应力幅值为80%的阶段声发射活动最为平静的共性。试验数据处理结果表明：充填体Kaiser效应的有效应力区间为相对应力水平低于70%,超过这一区域后,Kaiser效应失效,Felicity效应显著。     

尾砂胶结充填体稳定性研究

本文采用有限元法对尾砂胶结充填体稳定性进行了研究，为充填体强度设计方法提供了新途径。     

河北石湖金矿全尾砂胶结充填试验研究

针对河北石湖金矿生产情况,开展了石湖金矿尾砂的物理化学性质、尾砂的粒级组成、尾砂沉降、尾砂的渗透性、充填体强度试验等相关充填试验,有效的评价尾砂特性对充填体质量的影响,为矿山尾砂作为充填材料用于井下充填的可行性提供了理论依据。     

循环荷载作用下胶结充填体声发射特征试验研究

随着开采深度的增大,采场地压显现日趋严峻。胶结充填体作为充填采矿法中采场的重要结构单元,对维护采场稳定具有重要作用,因此了解认识胶结充填体在外界荷载作用下的响应特征具有重要的意义。通过进行单轴循环加卸载试验,研究了胶结充填体在加载阶段的声发射特征,以及声发射“平静”期的分形特征。结果表明:胶结充填体存在明显的压密阶段。在压密阶段初期,声发射能率较大。而后随着应力的增大,声发射能率又逐步降低,并最终维持在较低的水平;在弹性阶段,声发射事件率和能率随应力的增大而增大,并且声发射事件率普遍大于其余加载阶段;在加载应力达到胶结充填体峰值应力前,声发射会出现“平静”期。在此时期,声发射能率出现剧烈波动,且声发射分形维数是不断减小的;试验中,下级加载声发射能率大于上级加载,并且声发射能率对充填体损伤程度的敏感性大于声发射事件率。      

某铜矿不同水泥标号的分级尾砂胶结充填体力学试验研究

对42.5（R）普通硅酸盐水泥和52.5（R）普通硅酸盐水泥两种不同标号的分级尾砂胶结充填体试件进行单轴抗压强度和纵波波速测定,结果表明：52.5（R）比42.5（R）的充填体的稳定性高,所以,矿山选用52.5（R）代替42.5（R）可以降低充填体的配比,从而减少矿山水泥的使用量,达到提高经济效益的目的.     

全尾砂高浓度胶结充填的环管试验

为探明全尾砂高浓度充填料浆的灰砂比、浓度和流速对管道阻力的影响规律,预测工业充填管道阻力,开展中试规模环管试验。根据管壁切应力与剪切速率关系建立管道阻力预测模型,利用灰关联法分析各因素对管道阻力的影响强弱,通过线性回归获取料浆流变参数。结果表明,管道阻力对料浆浓度的变化最为敏感,随浓度增加成二次函数增长。料浆流速对管道阻力的影响仅次于浓度,层流输送时管道阻力随流速增加成线性增长。灰砂比对管道阻力的影响有双重性,灰砂质量比小于1∶8时胶凝材料的黏结作用占主导并增加管道阻力,反之胶凝材料的润滑作用占主导并降低管道阻力。环管试验得到的料浆流变参数明显小于流变仪测试结果且更接近工程实际,管道阻力预测模型的误差小于10%。      

夏甸金矿分级尾砂充填材料试验研究

为增加夏甸金矿分级尾砂供应量,提高了全尾砂旋流器分级产率并开展了相关充填材料试验。介绍了分级尾砂胶结充填体强度试验、分级尾砂充填料浆塌落度试验及分级尾砂胶结充填料浆凝固时间测定试验。试验结果表明,夏甸金矿选厂全尾砂经旋流器分级的尾砂是一种良好的充填骨料,可以作为充填骨料进行充填。试验所得数据和结论对于矿山充填作业具有直接的指导意义。     

张马屯铁矿全尾砂胶结充填试验

张马屯铁矿全尾砂胶结充填系统采用选矿厂两段脱水后的尾矿,通过搅拌将全尾砂与水泥、水混合制成高浓度均质胶结充填料,以管道全自流输送方式充入采空区,形成整体性强的大体积低标号胶体。试验证明,全尾矿胶结充填体的整体性较好,其强度能满足胶结充填需要;采用全尾矿胶结充填封堵效果好,脱水能满足要求,且易实现接顶充填。     

制约胶结充填采矿法发展的若干充填体力学问题

文章概述了充填体力学的概念和研究内容。指出了胶结充填体的力学作用，胶结充填体所需强度的确定，一定强度的胶结充填体所需材料的配比设计，三个充填体力学问题正制约着胶结充填采矿法的发展。结合作者的研究，全面讨论了三问题国内外的研究现状，已取得的研究成果和尚待深入进行的工作，提出了解决这些问题的措施。     

尾砂水力充填和尾砂胶结充填系统的应用

介绍了尾砂水力充填和尾砂胶结充填系统在三山岛金矿的应用情况。通过不断完善并采取种种处有效措施，基本上满足了井下充填要求，提高了胶结充填层强度，并降低了充填成本 。