铀矿堆浸尾渣胶结充填体强度特性试验及其应用

采用清水、氨水以及CaO等三种中和剂对铀矿堆浸尾渣进行中和试验,以确定合适的中和剂。将确定的中和剂以及渣浆浓度、灰渣比按一定比例配制成胶结充填体标准试样,采用RMT-150B岩石力学试验机,测试其不同龄期的抗压强度。根据测试结果,选用渣浆浓度为80%、灰渣比为18的胶结充填体对某铀矿工业性试验采场进行了充填,同时还对其进行了应力测试。研究结果表明,CaO是比较理想的中和剂,其耗量为尾渣干重的0.2%;渣浆浓度、灰渣比是影响堆浸尾渣胶结充填体强度的关键因素,其强度与渣浆浓度成正比,与灰渣比成反比;渣浆浓度为80%、灰渣比为18的堆浸尾渣胶结充填体,龄期为7d时,其抗压强度大于2 MPa,塌落度为13mm;选用该配比的堆浸尾渣胶结充填体的试验采场应力测试结果远低于其抗压强度,有效地控制了该矿试验采场深部开采的地压。     

ANFIS模型预测铀尾渣胶结充填体抗压强度

对不同渣浆固体质量分数、灰渣质量比和养护龄期的铀尾渣充填体试件进行单轴抗压试验,测得充填体的全应力-应变曲线。利用试验结果,采用自适应神经模糊推理系统,根据渣浆固体质量分数、灰渣质量比和养护龄期建立预测充填体抗压强度的自适应神经模糊推理系统(ANFIS)模型。结果表明,铀尾渣充填体的抗压强度与渣浆固体质量分数、灰渣质量比和养护龄期成正相关;充填体的破坏规律遵循塑-弹-塑性破坏模型;建立的ANFIS模型的预测结果精度高达94%,为充填体抗压强度的预测开辟新的途径。     

胶结充填体与矿石的能量匹配关系及固化时间的确定

通过对不同灰砂比和料浆浓度的胶结充填体的单轴抗压强度与养护时间的分析,分别建立了胶结充填体固化强度与养护龄期之间的正相关数学表达式。在空场采矿嗣后充填法中,引入能量匹配系数K表征胶结充填体的变形比能与矿石回采释放比能的关系,获得了K值与矿石的弹性模量、垂直应力与充填体固结强度的关系,以及K值与胶结充填体固化时间的关系。据此,定量分析二步骤矿石回采的开挖时间。针对李楼铁矿实例,确定了料浆浓度为75%,灰砂配比为1∶8的充填体,固化时间42 d,比原设计提前18 d。     

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。     

大红山铁矿细粒级尾砂胶结充填材料充填强度试验研究

为探索大红山铁矿细粒级尾砂胶结充填材料充填强度,结合大红山铁矿实际需求,对细粒级尾砂胶结充填材料应用及充填体强度进行试验研究。试验结果表明,采用新型胶结材料代替传统硅酸盐水泥,分级尾砂胶结充填时,灰砂比1∶10时即能满足充填采矿工艺要求;全尾砂胶结充填时,新材料胶结灰砂比1∶8的28 d抗压强度与分级尾砂水泥胶结灰砂比1∶4的28 d抗压强度相当,能有效降低充填成本,具有良好的经济效益和环保效益。     

安庆铜矿分级尾砂胶凝材料配比试验及应用研究

根据安庆铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了分级尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。结果表明:在灰砂比为1∶10、质量浓度为70%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的1.9倍。通过数值模拟方法,计算典型一步骤采场充填体的实际强度需求为1.525 MPa,并在此基础上推荐充填浓度不低于70%,新型胶凝材料与分级尾砂比为1∶10进行工业充填试验。采场充填体现场取样测试结果表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.01 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求,胶凝材料用量降低了21.8%,从而节约了充填成本。     

河钢矿山全固废充填胶结材料研究

简述了矿山充填胶凝材料发展与现状,研究河钢矿业研发的矿尾粉充填胶结材料的强度与工作特性,最后介绍了河钢矿山全固废充填胶结材料的研究与进展情况。结果表明,与水泥相比,矿尾粉充填胶结材料在力学性能和流动性能方面具有显著优势;利用钢渣、脱硫灰渣等低品质固废开发了全固废充填胶凝材料,可用于超细全尾砂似膏体充填。研发全固废充填胶结材料是充填采矿发展的必然趋势,不仅可以提高铁矿充填采矿的经济效益,而且还能探索出一条低品质固废资源综合利用的有效途径。     

全尾砂新型充填胶凝材料在月山铜矿的应用研究

根据月山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。通过研究全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:该铜矿全尾砂的中值粒径为d50=0.0426mm,大于0.074mm的尾砂占36.8%,全尾砂颗粒细;灰砂比1∶6、浓度70%、28d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.32MPa,而相同条件下新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的3.53倍即4.66 MPa。因此,提出了适合矿山的胶结充填参数:推荐充填料浆浓度68%~70%,新型胶凝材料与全尾砂之比为1∶6~1∶8进行工业充填试验。工业试验结果表明,1#和2#钻孔充填体试样强度均能够满足月山铜矿对充填技术和充填质量的要求,且强度仍有富余,建议矿山进一步优化充填料配比,减少胶凝材料用量,从而节约充填成本。     

废石胶结充填体配比优化及与围岩合理匹配研究

为研究废石胶结充填体的孔隙特征和强度变化规律，对不同灰砂比和不同废石粒径比的废石胶结充填体进行了核磁共振和单轴压缩试验，基于能量释放与耗散原理，将室内废石胶结充填配比试验与贵州长田簸箕田1^#矿实际开采情况相结合，分析废石胶结充填体与围岩的匹配程度。结果表明，充填体灰砂比大于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度对废石粒径比不敏感，灰砂比小于1∶3时，充填体的孔径分布和孔隙度受废石粒径比作用显著；随着灰砂比的减小，充填体的单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势，废石胶结充填体灰砂比为1∶2时，其单轴抗压强度达到最高值；在相同灰砂比的充填体中，废石粒径比3∶2为最优配比。基于上述试验结果，通过充填体损伤理论对充填体的变形能进行进一步分析计算，并结合贵州长田簸箕田1^#矿围岩开挖实际情况，将试验中第9组废石胶结充填体(灰砂比为1∶3,废石粒径比为3∶2)应用到该矿最合理。     

高阶段嗣后分层胶结充填体强度及结构优化研究

为解决高阶段嗣后分层胶结充填体强度设计保守导致充填成本过高的问题,以大冶铁矿矿岩—充填体力学参数为基础,通过3种力学理论模型进行了分层胶结充填体强度需求解析计算。开展了以充填次数与分层结构为影响因素的充填体强度影响规律研究,得到了胶结充填体强度与充填次数之间的数学模型及折减系数。采用FLAC3D软件进行了二步骤采充时序的数值模拟搜索计算,得到了中间层充填体的黏聚力及强度需求的最小数值解,并在此基础上对高阶段嗣后分层胶结充填体的灰砂比及分层结构进行了优化。研究成果有助于大幅减少矿山胶结剂用量,降低充填成本,可为类似矿山进行充填体结构及强度优化设计提供参考。     

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...     

矿山充填技术的演进历程与基本类别

充填采矿技术是实现矿山绿色发展的重要技术载体,在历时几十年矿山实践中有了长足发展.在综述常规矿山充填技术发展历程和基本类别的基础上,提出以矿山充填、固废处置、采空区再利用、地热开发、战略资源储备和智能控制等为协同发展目标,以充填能效为发展主线,将矿山充填技术演进历程划分为体积性充填、结构性充填、功能性充填和智能性充填4...     

矿山充填技术研究与应用新进展──第七届国际充填采矿大会论文述评

综述了第七届国际充填采矿大会论文集的主要内容,着重介绍充填材料、充填体力学、膏体充填、充填设备与系统的应用现状与最新进展。     

充填尾砂颗粒干扰沉降过程实验研究

尾砂浓密作为充填料浆制备的关键工序是目前研究的热点,并已经取得了包括尾砂仓浓密机理,絮凝剂选择方法在内的多种实践性研究成果。但该工序中所涉及的充填尾砂颗粒"干扰沉降"过程的机理研究却相对滞后,缺乏相应的经验或理论计算模型,已经成为制约不同级配尾砂高效浓缩、稳态造浆与精准过程控制的技术瓶颈。因此,探索尾砂颗粒"干扰沉降"过程的特征,在总结与综述国内外具有代表性的干扰沉降相关理论基础上,利用某矿山经分级处理后的分级尾砂与溢流细砂为原料,开展了多种配比尾砂浆的干扰沉降实验,并依据Kynch理论,对实验数据进行拟合处理,在此基础上分析论证了Richardson-Zaki均匀干扰沉降与Selim非均匀干扰沉降理论在研究充填尾砂颗粒沉降过程时的适用性。研究结果表明:基于Richardson-Zaki理论计算的尾砂颗粒均匀干扰沉降速率值与实验实测结果相吻合,两者的相关性可决系数达0. 87,且残差值无明显规律,验证了其对尾砂颗粒均匀干扰沉降速率计算的适用性。基于Selim理论所得计算结果较均匀干扰沉降理论计算值更接近实验中尾砂浆非均匀干扰沉降的实测值,从而证明该理论能够反映尾砂颗粒非均匀干扰沉降中因不同粒径颗粒相互作用而降低了各自的沉降速率的特性,能够为尾砂浓密工程实践提供参考。同时,通过分析,为进一步阐明尾砂颗粒干扰沉降机理,将继续对尾砂级配对干扰沉降的影响及其定量化表征以及粗细颗粒相互作用的机理等问题进行深入研究。     

我国煤矿充填开采技术及其发展趋势

基于煤矿可持续发展与环境保护的要求,阐述了煤矿充填开采的必要性,通过收集分析我国20个典型充填开采应用实例,系统论述了巷道掘进抛矸充填、长壁普采矸石充填、长壁综采矸石充填、膏体充填和高水充填等技术特点,得出了巷道掘进矸石充填适用于配采和重要保护场合,长壁综采矸石和膏体充填适用于主采和普通保护场合,高水充填适用于缺少充填材料和单一煤层场合;提出了采煤量、充填量、采出率、吨煤成本、充满率、移近量、下沉量、减沉率、变形量和保护面积可作为充填开采效果的评价指标。最后,建议对高效充填和充填空间密闭做深入研究。     

某矿山采场充填工艺技术研究

应用充填采矿法矿山的采场充填工艺方案的合理性,是保障采场充填质量的关键;本文分别从充填参数的选择、井下充填管路设计、井下采场充填关键工序方法等方面进行系统论证采场充填工艺,并根据某矿山开采方案及现场实际情况,针对性的选择适合该矿山井下充填工艺方案,经现场生产验证,所推荐充填工艺能够满足生产需求,且充填效果良好。     

矿山废石全尾砂充填研究现状与发展趋势

矿产资源开发过程中产生的废石、尾砂和冶炼渣,等占我国工业固体废料排放量的85％左右.大量矿山固体废料堆放地表,易造成严重污染,诱发泥石流、尾矿溃坝事故.固体废料充填工艺是解决矿山废尾排放的最有效途径.本文介绍了低浓度分级尾砂充填、全尾砂高浓度充填、膏体似膏体充填、块石胶结充填工艺的研究与应用现状,并分析了矿山废石全尾砂充填技术的研究与发展方向.     

煤矿超高水材料充填开采技术及其展望

基于超高水充填材料的性质,进行了超高水材料充填开采技术研究。该技术包含开放式、全包式、混合式等采空区充填方法,其充填工艺系统由材料储运、浆液制备、浆液输送和混合等4部分组成,并在多个矿井进行了应用。结果表明：超高水材料具有含水量高（水体积分数95%～97%）、凝固速度快（初凝8～90min）、早期强度高、固结体不可压缩、承载性能好、材料强度和凝固时间可调控等优良性能,是一种良好的采空区充填材料。该充填工艺系统初期投资低、操作简单、自动化程度高、管路磨损小。充填开采后,采空区充填率均在85%以上,采场矿压显现程度明显降低,地表建筑物破坏等级控制在国家规定的C级破坏范围内。     

高水膨胀材料充填采煤试验研究

为在王庄煤矿进行充填采煤,研制出具有高水膨胀特性的充填材料并对采空区充填系统工艺进行了研究。该材料具有膨胀性能好、固化时间短、早期强度高、可自流输送等特点。材料2 h内呈液态并具有良好的流动性,可自流输送;2 h后开始固化并伴随体积膨胀,能够实现主动接顶支护;12 h单向抗压强度达0.5 MPa;28 d单向抗压强度达2.2 MPa。结果表明:采用该高水膨胀材料充填开采后,采煤工作面超前压力峰值大幅减小,矿压显现不明显;充填区域顶底板移近量最大仅为20 mm;工作面对应的地表最大下沉值为5 mm。     

无煤柱矸石充填绿色安全高效开采模式及其工程理论基础研究

在总结过去我国煤矿现场相关生产实践经验的基础上,系统论述了以井下矸石为主体的新型高强度材料巷旁充填护巷和充填采空区控制地表沉陷的开采模式的意义、内涵、工程方案设计及实践的技术体系,以及推广应用的采矿工程理论基础和有待深化研究的问题。