玻璃纤维增强水泥基尾砂胶结充填体力学性能试验研究

针对山东烟台某金矿充填体强度低、稳定性差等问题,选用高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏等工业固体废弃物制备胶凝材料,掺入玻璃纤维作为加筋材料以改善充填体力学性能.首先,分析充填材料的物理化学性质,然后,开展正交试验,探究纤维掺量、纤维长度和钢渣掺量对水泥基尾砂胶结充填体抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响.研究结果表明:随着纤维掺量的增加,充填体力学性能表现为先增加后降低的趋势,当纤维掺量为０．５％时,充填体抗压强度和抗拉强度达到最大值,当纤维掺量为０．３％时,充填体抗折强度改善效果最好;随着纤维长度的增加,充填体抗折强度和抗拉强度逐渐增大,充填体抗压强度先增加后降低,在纤维长度为６mm 时,抗压强度达到最大值;适量的纤维掺入弥补了充填体内部结构的缺陷,抑制了裂缝扩展,增加了致密度,使充填体力学性能不断上升,但过量掺入会导致纤维相互缠结形成应 力 集 中 区,削 减 了 充 填 体 力 学 性 能.钢 渣 掺 量 为１０％时,充填体力学性能最优,继续增加钢渣掺量,胶凝体系中用于支撑充填体宏观强度的水化产物钙矾石、C—S(A)—H凝胶、Ca(OH)２ 的生成量减少,充填体试件难以抵抗较大的荷载,充填体力学性能降低.     

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。     

玄武岩纤维尾砂充填体力学性能及损伤本构模型研究

为了提高采空区充填体的力学性能,对加入玄武岩纤维的尾砂充填体进行抗压强度试验,研究不同纤维掺量、灰砂比和养护龄期对充填体的抗压强度影响规律,构建充填体损伤本构模型并分析其能量耗散规律。研究结果表明：玄武岩纤维的加入能够明显提高尾砂充填体的抗压强度,随着纤维掺量的增加,充填体的抗压强度呈先增大后减小的趋势,且最优掺量为0.4%,对比素尾砂充填体强度提升了13.277%~24.865%。纤维充填体峰后残余强度较高,引入损伤修正系数的损伤本构模型能合理表述纤维充填体峰后残余强度,根据损伤本构模型可得到充填体的峰值比能演算模型,适量掺加纤维可以提升充填体的峰值比能并减少能量耗散。玄武岩纤维能提高充填体的力学性能,强化矿山采空区充填效果。     

聚丙烯纤维对水泥基充填复合材料强度性能及破坏形态的影响

为提高某金矿尾砂胶结充填体稳定性,以聚丙烯纤维作为增强剂,开展了以纤维掺量、纤维长度、矿粉掺量为研究对象的三因素四水平正交试验,考察充填料浆流动性、充填体力学性能及充填体破坏形态的变化规律。研究结果表明：充填料浆流动性与纤维掺量和长度呈负相关,随着纤维掺量的增加,充填料浆塌落度和流动度分别降低8.19%和17.79%;纤维长度从3 mm增加至9 mm的过程中,充填料浆塌落度和流动度分别降低2.49%和7.21%。充填体抗压强度随着纤维掺量和长度的增加表现为先升高后降低的趋势,纤维掺量0.6%是其临界点,此时,养护龄期1 d、3 d、7 d、28 d充填体抗压强度分别为3.87 MPa、9.32 MPa、10.27 MPa、11.88 MPa。掺入纤维的尾砂胶结充填体能够形成较为完整的网络结构,均匀分散外界荷载,阻滞裂纹扩展,微裂纹多且小,使充填体保持较高的整体性。     

不同纤维调控水泥基胶结充填体强度性能研究

为了提高充填体稳定性和采空区充填质量,采用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和玻璃纤维作为增强剂,探讨了3种纤维不同掺量对尾砂胶结充填体力学性能的影响规律,比较了掺纤维和无纤维作用下胶结充填体的破坏模式,采用扫描电子显微镜揭示了掺纤维尾砂胶结充填体水化机理。试验结果表明,胶结充填体抗压强度随着纤维掺量的增加呈先上升后降低的趋势,当纤维掺量为0.6%时,充填体抗压强度达最大值,从强度增益效果来看,聚丙烯纤维最好,聚丙烯腈纤维次之,玻璃纤维最差。纤维对充填体抗折强度增益效果优于抗压强度的增益效果,当聚丙烯纤维掺量为0.9%,聚丙烯腈纤维掺量为1.2%,玻璃纤维掺量为1.2%时,胶结充填体抗折强度达最大值,掺纤维胶结充填体3 d、7 d、14 d和28 d最大抗折强度增幅为157.89%、216.00%、217.86%、143.40%。在单轴荷载破坏作用下,无纤维充填体试块出现多条长且宽的贯穿性裂纹,边角部位伴有较多碎块脱落,而掺纤维充填体试块仅出现细短微裂纹,试块保持较高的完整性。掺纤维充填体水化产物以钙矾石、C—S—H凝胶和Ca(OH)₂为主,纤维与充填体基体交界处被大量水化...     

掺纤维加筋水泥基充填材料力学性能及流动性能研究

针对深部开采复杂地下环境带来的充填体质量低、易开裂、稳定性差等问题,利用矿渣微粉、镁渣、脱硫石膏开发低成本胶凝材料,采用玻璃纤维作为改性材料调控充填体力学性能。首先,对试验材料开展物化特性研究;其次,采用正交试验法设计25组配比组合进行试验,综合极差分析和方差分析,探讨纤维掺量、纤维长度、镁渣掺量对充填料浆流动性能及力学性能的影响规律。试验结果表明：单位体积内纤维掺量和纤维长度的增加,提升了纤维与骨料颗粒间的接触面积,阻滞了颗粒的正常流动,增加了料浆黏度和屈服应力,充填料浆流动性呈不断降低趋势。随着纤维掺量、纤维长度和镁渣掺量的增加,充填体强度呈先上升后降低的趋势,当纤维掺量0.6%、纤维长度9 mm、镁渣掺量15%时,充填体的抗压强度达到最大值。极差分析和方差分析表明,各试验因素对充填体1 d、3 d和7 d抗压强度影响的主次排序为纤维掺量>纤维长度>镁渣掺量;纤维掺量是影响充填体28 d抗压强度的主要因素,镁渣掺量次之,纤维长度的影响最小。     

碎石及纤维对细粒级尾砂充填体强度影响研究

针对如何提高细粒级尾砂充填体强度的问题,探索添加不同破碎细度碎石、不同长度聚丙烯纤维对细粒级尾砂充填体强度的影响。结果表明：碎石添加有利于充填体强度的提高,碎石的级配、添加比例是关键因素,其中碎石尾砂质量比为1∶10时充填体强度最优,3 d、7 d、14 d、28 d单轴抗压强度可分别提高47.5%、94.8%、90.6%、85.3%,对应充填料浆屈服应力降低47.86%,黏度降低25%;纤维的添加有利于提高充填体的单轴抗压强度、抗弯强度及剪切强度,添加量宜在0.2%～0.6%之间,且18 mm聚丙烯纤维对充填体强度及韧性的提高效果优于6 mm纤维,7 d充填体单轴抗压强度、抗弯强度、剪切强度能分别提高15.36%、24.91%、29.49%;添加纤维有利于提高充填体峰后残余强度,使充填体在承压时能保证更好的整体稳定性。研究结果为黄金矿山使用细粒级尾砂充填时优化充填体强度提供参考依据。     

水泥-尾砂浆体流动性与固化体强度的研究

对不同水泥种类、水泥掺加量和浆体浓度的水泥-尾砂浆体的流动性和固化体强度的变化情况进行了实验室评价。结果表明，水泥-尾砂浆体流动性随着浆体浓度减小而改善，与掺加普通水泥的场合相比，掺加硅酸盐水泥的尾砂浆体流动性较好，水泥掺量对尾砂浆体流动性影响较小；水泥-尾砂浆体固化体的强度随水泥掺量和浆体浓度的提高而提高，与掺加普通水泥的场合相比，掺加硅酸盐水泥的尾砂固化体强度更高。在尾砂回填作业中，在充填倍线小的采场可以选择浆体浓度高掺加普通硅酸盐水泥的方案，并根据强度要求选择合适的水泥掺量；在充填倍线大的采场，在底部充填时可选择掺加普通硅酸盐水泥且浆体浓度小的方案，在上部充填时可选择掺加硅酸盐水泥的方案，并根据强度要求选择合适的水泥掺量。     

改性镁渣基充填材料的性能评价及其孔结构演变规律研究

工业产生的固废所造成的环境污染问题是实现清洁生产的主要阻碍。为实现可持续发展,将镁渣(MS)和粉煤灰(FA)回收作为胶凝材料,再与尾砂(TL)混合,制成一种可用于采矿工程中的膏体充填材料,研究了不同粉煤灰掺量和尾砂含量充填体的流变特性、力学性能和孔结构演变。结果表明:(1)随着粉煤灰掺量增加,微型坍落度值先增大后减小,粉煤灰掺量为20%时,充填体的流动性最好。(2)单轴抗压强度随养护龄期和粉煤灰掺量的增加而增加,随尾砂含量增加而降低,低粉煤灰含量的充填体在早期强度发展缓慢,而高粉煤灰掺量的充填体早期强度发展较快。(3)临界孔径和孔隙率随着粉煤灰掺量的增加而减小,掺量越大临界孔径减小的幅度越大,随着尾砂含量增加,临界孔径和孔隙率逐渐增大。     

碱化长径稻草改性铁尾矿水泥充填材料性能研究

深井充填体面临高地应力和高岩层温度的复杂地下环境时,容易出现开裂、失稳、变形、强度衰减等现象,进而诱发巷道变形、冒顶、突涌水、垮塌等地质灾害。为确保充填体的力学性能和稳定性,将碱化长径稻草作为改性材料掺入充填料浆中改善其力学性能,为探明稻草掺量和稻草长度与充填料浆流变性能和力学性能的变化规律,设计16组正交试验,借助R/S-SST型软固体流变仪测试其流变参数,应用Hershel-Bulkley模型进行拟合分析。研究结果表明：随着稻草掺量和稻草长度的增加,水化产物的包裹及絮凝作用形成的干涉沉降絮团越多,料浆黏度和屈服应力不断增大,当稻草掺量为0.65%和稻草长度为9 mm时,充填体抗压强度增加效果明显,稻草在充填体中发挥纽带作用,增加了充填体黏结和机械咬合力;继续增加稻草掺量和稻草长度,单位体积内分散的稻草数量过多,充填体形成应力集中区,削弱了充填体抵抗变形的能力,从而降低了充填体力学性能。     

基于超细粒级尾砂的水泥基充填复合材料性能研究

为提高超细粒级尾砂消纳量，降低充填成本，以尾砂替代部分水泥，研究尾砂取代率、粉煤灰掺量和偏高岭土掺量对复合充填材料流动性能、抗压强度、抗氯离子渗透能力、抗硫酸盐侵蚀性能及抗冻融性能的影响。研究结果表明：料浆流动度和抗压强度与尾砂取代率呈负相关，粉煤灰能够改善料浆流动性能，对充填体早期强度具有削弱作用，对后期强度的发展具有改善效果，当粉煤灰掺量为12%时，28 d和90 d抗压强度分别达最大值，为8.03 MPa和8.92 MPa;偏高岭土能够吸附自由水，加速水化反应进程，对料浆具有明显的增稠作用，促进C-S-H凝胶成核，改善充填体内部孔细结构，阻断氯离子传输通道，提高充填体力学性能和抗氯离子渗透性能；在硫酸盐和温度协同侵蚀作用下，充填体试块质量和抗压强度均呈先升高后降低的趋势，钙矾石和石膏的生成，增加了试块质量和抗压强度，但过量的钙矾石导致结构挤压膨胀，充填体出现损伤劣化；随着冻融循环次数的增多，充填体质量损失率和强度损失率逐渐增大，低温降低了水化反应速率，冰晶的膨胀作用，导致水化产物对骨料颗粒的黏结包裹作用减弱。     

基于多元非线性回归的井下采场充填体强度预测及评价

充填系统试运行期间各采场充填配合比变化非常大,如何准确掌握井下各采场充填体强度对相邻采场开采的安全至关重要。采用L25(56)正交试验,开展25组充填配合比室内试验,测得了各配合比不同龄期充填体强度值,采用EXCEL及SPSS相结合的方法,推导出了充填体强度与料浆体积分数、水泥掺量、人工砂尾砂比的回归方程;根据136个充填配合比室内实验充填体强度值与实际生产测定值的统计,获得了两者之间的强度折减系数。采用上述回归方程及强度折减系数,计算出了充填系统试运行期间200余条不同充填配合比进路的充填体强度值。     

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%。     

贵州锦丰金矿胶固粉—分级尾砂充填技术研究与应用

针对贵州锦丰金矿超细尾砂充填体强度低及充填成本高等问题,开展了旋流器底流产率为 65%时的分级尾砂粒级组成分析、不同料浆浓度及不同胶凝剂掺量下的充填体力学特性研究,并根据充填倍线的不同对胶固粉 掺量进行配合比优选。 结果表明:胶固粉化学物质含量达到一般固废要求,可以用于井下充填;尾砂矿物组成主要为 石英,有利于提高充填体强度;同等强度和流动性要求下,胶固粉掺量仅为水泥掺量的 1 / 2;胶固粉掺量为 5. 5%时,充填体养护 7 d 的试件强度达到 0. 36 MPa,满足设计要求;添加胶固粉的充填体养护龄期超过 28 d 后强度逐渐降低,因此不宜将胶固粉用于打底充填。根据当地水泥和胶固粉单价进行技术经济指标对比,采用胶固粉代替水泥充填可节约大量充填成本,可为类似矿山充填提供有效参考。     

庙岭金矿采空区混合强度充填方法研究

以庙岭金矿某地下采场为工程背景,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件分析了不同采空区处理方案对采空区和充填体围岩的影响。结果表明,充填采空区能有效缓解应力集中现象并控制岩层位移; 充填体力学性能是影响充填效果的重要因素; 在不改变现有采场参数和充填体参数基础上,使用混合强度充填体处理采空区方案可行。     

混杂纤维掺量对尾砂充填体力学性能影响研究

为了探究混杂纤维掺量对尾砂胶结充填体力学性能的增强效果,选取三种纤维材料进行坍落度、单轴压缩和SHPB冲击试验。结果表明：纤维材料对充填体流动性影响较大,纤维掺量越高时流动性越弱,其中聚丙烯纤维对流动性影响最显著;混杂纤维对充填体的动、静力学性能提高幅度均受混杂纤维掺量影响,在一定范围内随纤维掺量增高呈现先变大后减小的趋势,0.4%质量分数的聚丙烯纤维对充填体早期抗压强度增幅最为显著,28d标准养护龄期时钢纤维对充填体动、静力学性能的提高均大于另外两种纤维;总纤维掺量在1.4%~1.5%的混杂纤维对充填体动态抗压强度提高最大,提高幅度大于更高或更低纤维掺量的方案;在相同的平均应变率下,随着混杂纤维掺量增加,充填体的反射能和吸收能先减小后增大,透射能先增大后减小。试验结果表明适量的混杂纤维可以有效提高充填体的力学性能,有利于充填开采的安全性,同时对矿山充填体材料设计具有一定指导作用。     

深井矿山充填体强度分布规律研究

针对深井矿山采场充填的实际情况,充填料浆复杂的流动沉积及离析作用,致使充填体表现出极大强度分布的不均匀性。为此,进行了实验室尾砂胶结充填模拟试验,研究原位充填体的强度与实验室标准试块强度的差异,得出了采场尾砂胶结充填体强度分布规律。在此基础上,对采场充填体强度分布划分为强度增强区和强度减弱区,可改进二步骤回采的深井矿山采场充填管路布置方式,以指导矿山生产实践。     

废石-铜渣尾砂混合骨料配比优化试验

针对金川矿区粗骨料充填料浆离析问题,选择掺铜渣尾砂改善骨料级配,在混合骨料粒径级配分析基础上,进行废石-铜渣尾砂混合骨料充填体强度试验和料浆管输特性试验。试验结果表明:掺入适量铜渣尾砂,能有效改善粒径级配,提高充填体强度;铜渣尾砂添加量、胶凝材料添加量和料浆质量浓度对充填料浆管输特性的影响各不相同,但在一定范围均对料浆管输特性有益。最后以单位充填成本为优化目标,以各龄期强度和28d沉缩率为约束条件,得出满足充填强度要求的最低成本配比方案,即胶凝材料为270kg/m~3,废石为857.4kg/m~3,铜渣尾砂为423.2kg/m~3,料浆浓度为80%,水为420.2kg/m~3,此方案下的充填成本为92.6元/m~3,相比当前156元/m~3的充填成本,降低了约40.6%。验证试验结果为:3,7,28d强度和28d沉缩率分别为1.62,3.80,6.91MPa和9.23%,均满足矿山胶结充填要求。     

尾砂胶结充填体强度影响因素研究

尾砂胶结充填采矿法是地下金属矿山广泛应用的开采方法,尾砂胶结充填体的强度严重影响着地下采场的稳定及安全.为了研究尾砂胶结充填体强度的影响因素,根据现场充填条件,采用三山岛金矿尾砂、普通水泥,按照1?4,1?6,1?8和1?10四种灰砂比,分别制备质量分数为68％、70％、72％的胶结尾砂试样,分别养护3,7,14,28 d四个龄期后,进行单轴压缩试验.根据试验结果,分析了灰砂比、充填料浆质量分数以及龄期对尾砂胶结充填体强度的影响,并得到了各个因素与强度的拟合公式,为工程应用提供依据.     

锡冶炼渣-全尾砂胶结充填体强度特性研究

充填体材料的选择以及强度特性的研究有助于解决矿山生产安全、环境破坏、充填成本等问题。为了将冶炼生产中的固体废渣二次利用,并与矿山尾砂胶结后将其运用于回填矿山采空区,本文选用锡冶炼渣-全尾砂作为充填试验材料,通过室内实验、逐步回归分析以及双因素交互作用分析的方法研究了不同锡冶炼渣掺量、质量浓度、灰砂比、养护龄期下充填体抗压强度的特性。实验结果表明：其他条件固定不变,充填体的单轴抗压强度随养护龄期的增加呈递增规律;同质量浓度及灰砂比条件下,充填体单轴抗压强度随锡冶炼渣掺量的增加呈递减的趋势;28 d养护龄期,质量浓度78%灰砂比1:4,,掺入30%锡冶炼渣强度降至7.04 MPa,与未掺锡冶炼渣强度值9.5 MPa相比,降幅为25.9%。低灰砂比、低质量浓度,掺入同量锡冶炼渣对充填体试件抗压强度影响较小。经逐步回归分析得出充填体单轴抗压强度回归方程以及影响充填体强度大小的因素排序。锡冶炼渣掺量与灰砂比交互作用对充填体的强度影响较为显著。