全尾砂胶结充填相似采场模拟试验

为探究因充填料浆在采场流动沉降产生的采场充填体强度与室内试验值的差异,在相似模拟试验理论的基础上,构建了全尾砂胶结充填相似采场试验装置,并进行了全尾砂胶结充填模拟试验。通过对相似采场充填体钻孔取样、强度测试,将不同分层不同位置的强度结果与室内配比试验强度进行对比分析。试验结果表明:充填采场内,不同水平的全尾砂充填体强度都随充填料浆的流动方向出现明显的先减小后增大再减小的特征;充填体28 d强度相较于室内试验值强度衰减率为28%,强度增强率为63%;以下料口为起点,强度衰减区域位于采场长度的7%～28%,强度增强区域主要位于采场长度的42%～84%;除最顶分层外,其他分层充填体平均强度均高于室内配比试验强度,高出19. 7%。     

基于Marzars损伤模型的胶结充填体合理强度确定

为了研究金山金矿不同灰砂比的尾砂胶结充填体破坏规律,运用损伤力学理论,建立了不同灰砂比的尾砂胶结充填体压缩损伤本构模型。采用采场采矿后的岩体释放能量逼近胶结充填体峰值变形能原则,结合金山金矿条带式充填采矿法试验采场的具体位置、地应力、采场结构参数,确定了尾砂胶结充填体的强度,为尾砂胶结充填参数的确定提供理论依据。     

充填材料特性试验研究及充填工艺参数选择

充填料浆流动性和充填体强度是影响矿山充填质量的关键因素。通过开展粗骨料膏体充填料浆流动性及泌水率试验,确定合理的粗骨料膏体浓度范围,并以此浓度范围为基础,开展了充填体强度配比试验,测试了不同浓度、不同灰砂比条件下充填体单轴抗压强度。同时结合强度试验结果分析了充填体强度影响因素及规律。结合矿山生产实际,确定了最佳充填工艺参数,推荐充填工艺参数为:充填料浆浓度74%、底部充填体灰砂比1∶4、顶部充填体灰砂比1∶8。     

基于响应面法的高寒矿山充填配比优化

采用中心复合试验研究采场温度、灰砂质量比和固相质量分数对高寒矿山充填料浆的强度特性和流动特性影响规律.利用多项式近似隐式极限状态方程,建立充填体强度、充填料浆坍落度和充填材料成本响应面回归模型.以回归模型响应值的满意度为输入,使用加权几何平均算法求得料浆充填性能整体满意度,采用基于整体满意度准则的非线性多目标优化技术对充填配比参数进行优化,得到高寒矿山不同采场温度范围下最佳灰砂质量比及充填料浆输送浓度.结果表明:采场温度低于5℃时,固相质量分数70%、灰砂质量比1:6的料浆整体满意度可达0.4~0.5,满足低温充填要求,且整体满意度随温度变化较小;当采场温度增至5℃之上时,温度提高充填性能整体满意度迅速增大,固相质量分数65%、灰砂质量比1:6的料浆满意度增大最快.      

超细全尾砂充填配比优化正交试验研究

为了研究灰砂质量比、固相质量分数和温度对充填料浆各性能指标的影响规律,确定不同温度范围适合采矿工艺要求的充填材料控制参数。结合北方某矿山工程实践,以司家营磁铁矿全尾砂为充填骨料,新型胶凝材料为胶结料,运用正交试验设计法进行充填配比优化试验,得到以上3个因素对充填体28 d抗压强度、泌水率、塌落度和初凝时间等4个评价指标的敏感程度,以及各指标随各因素的变化趋势,确定最优的配比参数。试验结果表明：通过增大灰砂质量比可以提高充填体强度并缩短初凝时间,而充填体的泌水率和塌落度对固相质量分数最敏感;料浆充填性能随温度升高而提高,当温度为10 ℃ 和20 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶6,固相质量分数70%;当温度为30 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶8,固相质量分数72%。在不同温度范围采用不同配比参数可以降低充填成本。     

电厂灰渣制备井下膏体充填材料试验研究

为了探究不同灰渣对充填体强度的影响,将流化床底渣、流化床飞灰和粉煤灰按不同比例混合,作为充填骨料,普通硅酸盐水泥作为胶结材料,加水制备膏体材料,进行流动度测试和抗压强度试验。结果表明：（1）流化床灰渣中含有部分胶凝成分,粉煤灰具有减水作用和一定的火山灰活性,二者均为良好的井下充填材料。（2）当膏体材料含水率超过其饱和含水率时,膏体流动性会大幅提高,充填材料发生离析、脱水,导致充填体强度降低。（3）当流化床底渣、飞灰和粉煤灰配比为6∶2∶1,水泥含量为10%,料浆浓度为73%时,坍落度为20 cm,充填体28 d强度可达3.3 MPa。此配比在满足料浆流动度和充填体强度要求的同时,使充填成本大幅降低。（4）将上述配比作为对照组,进行级配优化试验,将原状底渣进行破碎后作为细骨料,以不同比例取代原状底渣。当底渣破碎至粒径小于等于5 mm,取代率为10%~15%时,充填体7 d强度达到2.4 MPa,28 d强度可达3.5 MPa,充填体强度明显提高。该研究结果为电厂灰渣在黄金矿山充填工程中的应用提供了参考和借鉴。     

胶结充填材料优选及配比优化试验研究

针对某矿山采用全尾砂和胶凝材料作为充填材料进行自流胶结充填存在的充填料浆浓度低、井下采场泌水量大及充填体强度达不到要求等问题,开展了充填材料优选和配比优化试验研究。通过进行充填尾砂的物化性质分析和充填材料优化对比试验,优选出适合该矿山的胶结充填材料。在优选试验的基础上,采用正交试验方法进行配比优化试验,以标准水泥为胶结材料,全尾砂和矿渣微粉为骨料,研究矿渣微粉掺量、灰砂比和料浆浓度对充填体和料浆性能指标的影响规律,通过极差分析和方差分析确定因素的主次顺序和影响程度,并最终确定胶结充填材料最佳配比为料浆浓度68%,矿渣微粉掺量18%,灰砂比1∶14。     

尾砂充填材料优化配比试验

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体充填材料充填体强度及流动特性,得到最优配比组合方式,分析了试验材料的基本性质,通过设计正交试验对不同质量浓度和不同粉砂比的尾砂膏体强度进行对比分析。试验结果表明:砂浆浓度和粉砂比一定时,充填体的强度与养护时间呈正相关,强度最终维持在一个稳定值;在同一养护时间与砂浆浓度相同条件下,充填体的强度变化与粉砂比呈正比关系;在控制粉砂比和养护时间一定时,强度值随着料浆质量浓度的增大而变大。对比分析表明,最终选择最优配比组合为:粉砂比1∶5,质量浓度69%的充填体能满足强度要求。     

某矿山全尾砂膏体充填配比试验研究

针对某矿山膏体充填物料,先对其物理化学性质进行测定,然后分别对66%～79%不同质量浓度的全尾砂料浆进行流变特性试验分析,并得出在0～120 s~(-1)剪切速率下的流变模型,根据流变模型推导出可输送膏体的临界浓度。在临界浓度附近通过全面试验法研究膏体充填材料的综合性能,最后在满足矿山生产要求的情况下确定膏体充填材料的最优配比范围并对影响配比的因素进行分析。根据矿山要求一步骤充填强度达到1 MPa以上,二步骤充填强度达到0.5 MPa以上,试验结果得出灰砂比为1∶24时,28天单轴抗压强度超过0.5 MPa,满足自立强度要求。灰砂比为1∶8时,28天单轴抗压强度在1 MPa左右,满足一步骤充填强度要求。最终结合料浆流动性和试块强度综合考虑,推荐一步骤回采膏体充填料浆浓度75%～76%,灰砂比1∶8,二步骤回采膏体充填料浆浓度75%～76%,灰砂比1∶24。     

采场充填料浆流动与离析规律的试验研究

为研究采场充填料浆流动规律及充填料浆离析分层对充填体强度的影响规律,开展了充填料浆流动相似模拟试验及采场原位充填体力学强度测试试验,研究结果表明：单点下料时充填料浆流动终态坡面趋向于正态分布。流动过程中充填料浆产生离析分层现象,主要表现为充填体物料的粒径沿料浆流动方向呈先增大后减小的趋势,充填体强度沿料浆流动方向呈先减小后增大再减小的倒转“S”形趋势。采场原位充填体强度在下料口附近与标准试块强度接近,在采场中间位置附近的充填体强度最小,在距离下料点采场长度7/10左右的位置充填体强度达到最大值。研究成果能够为充填采场下料管的数量及位置设计提供依据,从而保证充填体的整体质量。     

采矿废石—尾砂混合骨料在下向分层进路胶结充填采矿中应用的试验研究

为了降低金川矿山充填采矿成本,针对下向分层进路胶结充填采矿法,开展了废石—尾砂混合骨料现场工业充填试验。对废石和尾砂进行了粒度分析与级配研究,选取合适的废石—尾砂配比混合骨料开展现场工业充填试验研究。结果表明：-16 mm废石粗骨料和选矿尾砂细骨料的配比在5∶5~7∶3范围内,此时混合骨料的堆积密实度达到或接近于最大;对于废石与尾砂配比为6∶4和5∶5的混合骨料,当水泥添加量为260 kg/m³时,2种配比的混合骨料的胶结充填体强度均满足金川矿山充填法采矿的胶结体强度要求;采用一段搅拌时废石—尾砂混合骨料充填料浆搅拌不均匀,水泥和尾砂存在结团现象,导致胶结充填体均质性较差,整体稳定性较低,因此,废石—尾砂混合骨料的充填料浆需要采取二段活化搅拌来提高胶结充填体整体质量;对混合骨料充填料浆配比的精确控制,是影响胶结充填体强度和整体稳定性的重要因素。     

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。      

尾砂胶结充填体三维空间强度分布相似模拟试验研究

为探究尾砂胶结充填体强度分布规律,根据某铜矿阶段空场嗣后充填采场尺寸进行了相似模拟试验设计。按照弗劳德相似准则开展模拟井下充填流速和充填流量的充填试验,对胶结充填体三维方向进行了取样及单轴抗压强度试验,系统分析了充填体强度在纵向、横向和竖向3个方向上的分布规律。结果表明：阶段空场嗣后充填采场在一次连续充填段,尾砂胶结充填体单轴抗压强度存在显著的不均匀性;在采场纵向,即料浆流动方向,充填体强度总体上先降低后升高;在横向上具有中间高两边低的趋势;在竖向上表现为由下向上逐渐降低的分布规律。根据以往研究和本次试验可知,尾砂胶结充填体在三维空间上分布不均匀主要是由尾砂级配、水泥含量、固结时料浆实际浓度和流动沉降特性等因素共同作用导致的。     

柠檬酸浸法预处理对磷石膏充填体性能的影响

为探究柠檬酸水溶液预处理磷石膏作为充填体材料的可行性,试验采用质量浓度为4%的柠檬酸水溶液对磷石膏进行浸泡预处理,将处理后的磷石膏与未处理的磷石膏分别制备成6种不同配比的试样,先后对标准养护条件下的样本进行了剪切流变测试,7 d、14 d和28 d的单轴抗压强度测试,以及扫描电镜(SEM)测试。试验结果表明:柠檬酸浸法预处理磷石膏充填体较未处理磷石膏充填体单轴抗压强度明显提高,且主要强度形成期在0~7 d,同时,预处理磷石膏可以降低浆体屈服应力,提高浆体易泵性;SEM结果显示,预处理磷石膏充填体的微观结构与未处理磷石膏相比其标志性水化产物的产生量更多,微观结构更加致密。     

基于神经网络与遗传算法的多目标充填料浆配比优化

随着充填法在地下矿山开采中的应用越来越广,在满足充填体强度要求的情况下,寻找生产成本最低的充填料浆配比对于矿山生产经营十分重要。基于人工神经网络和遗传算法提出了一种新的充填料浆配比优化方法。首先,以水泥质量分数、粉煤灰质量分数和尾砂质量分数3个充填料浆配比参数为优化参数,以充填体强度为优化目标,建立了3-9-1的BP神经网络,并基于遗传算法对BP神经网络进行优化,建立起预测精度更高的GA_BP神经网络。然后,将预测精度更高的GA_BP神经网络作为适应度函数,结合成本计算函数,通过遗传算法进行多目标优化以获取最优的充填料浆配比参数。结果表明：当充填体抗压强度为1.5 MPa时的成本最低,充填料浆配比组合为水泥质量分数为8%,粉煤灰质量分数为2.3%,尾砂质量分数为66.3%,最低成本为29.3元/t,优化结果与实际情况一致。     

APAM对全尾砂胶结充填体早期强度影响研究

为探究阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）对全尾砂胶结充填体早期强度的影响,采用动态浓密实验装置向全尾砂浆中添加不同单耗和相对分子量的APAM,将所得底流制备成质量浓度为70%、72%、74%,灰砂比为1∶4和1∶8的胶结充填体试块并进行7d抗压强度测试,并借助扫描电镜（SEM）对充填体微观结构进行观察分析。结果表明：APAM对充填体早期强度具有一定的影响,当灰砂比越小、料浆质量浓度越高时,APAM相对分子量越大,对充填体强度影响越大,强度降低越显著;充填体强度随APAM单耗增加先增大后减小;SEM结果表明,APAM引入封闭气孔到充填体中,但适量的APAM能够促进水泥水化反应的进行,充填体内部水化产物黏结更紧密,使充填体早期强度增加;在实验范围内,APAM的最佳单耗为5 g/t。     

全尾砂膏体充填配比优化正交试验

某新建矿山计划采用全尾砂膏体嗣后充填采矿法进行地下开采。为了提供经济合理、满足强度要求且有利于管道输送的全尾砂膏体充填最优配比方案,以料浆流动性能和充填体强度性能为考察指标进行正交组合配比试验。运用MATLAB软件对试验数据进行极差分析和多元线性回归分析,获得了灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响的敏感性以及各力学参数预测模型。结果表明：（1）料浆质量浓度对塌落度的影响起主要作用,灰砂比次之;（2）充填体强度的敏感性随着灰砂比和料浆浓度的增加而增强,充填体强度对灰砂比更敏感,而对料浆浓度的敏感性较弱;（3）确定了全尾砂膏体最优配比：水泥用量为13%,充填料浆质量浓度为77%,此时全尾砂、水泥和水的用量分别占制备全尾砂膏体质量的68.14%、8.86%和23.00%。在该配比条件下,经28 d养护龄期后的抗压强度为2.6279 MPa、弹性模量为205.2 MPa、塌落度为23.7 cm,以较少的水泥用量满足了矿山充填强度指标和自流输送要求。     

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。