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。     

某铅锌矿全尾砂胶结充填体强度试验研究

以某铅锌矿全尾砂为充填骨料、水泥为胶凝剂制作胶结充填体,测定了全尾砂物理化学特性,并用三因素四水平正交试验设计进行单轴抗压强度试验,研究了全尾砂胶结充填体抗压强度与灰砂比、质量浓度和养护时间的敏感性,通过对各因素的多元线性回归分析推荐了充填料浆最优配比。结果表明:当全尾砂不均匀系数大于5时,可用作充填骨料且制成的充填体密实程度好;胶结充填体抗压强度与灰砂比、质量浓度及养护时间成正比;灰砂比对充填体抗压强度的影响最敏感,养护时间次之,质量浓度最小;推荐该矿最优充填配比方案为灰砂比1∶4、质量浓度76%、养护时间28d。     

不同灰砂比和料浆浓度下充填体强度特性研究

以武山铜矿全尾砂、水泥制备成的胶结充填体为研究对象,利用RMT-150C型液压伺服控制系统,通过单轴压缩方式进行全尾砂胶结充填体强度试验,试验得到了不同灰砂比和料浆浓度下全尾砂胶结充填体强度特性关系曲线。试验结果表明:在全尾砂胶结充填体其他影响变量相同的情况下,强度与灰砂比或料浆浓度正相关;强度的增量随着灰砂比或料浆浓度的增大增幅也随之加大;综合分析可知,灰砂比较料浆浓度对全尾砂胶结充填体影响更加显著。     

某矿膏体充填物料综合性能实验研究

针对某矿膏体充填物料,通过全面实验法研究了膏体充填材料的综合性能,并推荐了最优配比。结果表明,浓度与塌落度、分层度、泌水率呈负相关,与强度正相关;水泥添加量与塌落度、28d强度正相关,与分层度、泌水率负相关。根据塌落度25~27cm、分层度0.3~0.6cm、泌水率5%~15%时,推荐全尾砂与水淬渣重量比例为75∶25,28d单轴强度2MPa时灰砂比为1∶8,膏体浓度为76%~78%;当28d单轴强度0.5MPa时,灰砂比为1∶16,膏体浓度为76%~78%。     

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。     

基于NSGA-Ⅱ算法的废石及尾砂混合充填料配比优化

为了提高高峰矿尾砂充填体强度和解决井下废石利用问题,开展高峰矿废石及尾砂混合充填材料的最优配比研究,设计了四因素四水平的正交试验,采用极差分析获得了影响充填体强度、料浆泌水率和料浆坍落度的主次因素,得到初步满足矿山要求的配比：料浆浓度为83%,灰砂比为0.25,废尾比为1.5,泵送剂添加量为0.5%。根据正交试验数据建立了28 d充填体强度、料浆泌水率和坍落度的二次多项式回归模型,基于NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化,获得最优充填料浆配比。研究结果表明：灰砂比对充填体强度影响最大,料浆浓度和废尾比次之,泵送剂影响最小;灰砂比对料浆泌水率有明显的控制作用,废尾比和料浆浓度次之,泵送剂作用最小;料浆浓度对坍落度影响最大,泵送剂和灰砂比影响次之,废尾比影响最小;多目标优化后的配比：料浆浓度为82.989%,灰砂比为0.240,废尾比为1.419,泵送剂添加量为0.537%,优化后的配比方案所需充填材料成本相比正交试验确定的方案成本下降了2.9%。     

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。     

武山铜矿全尾砂膏体流变特性试验研究

为研究武山铜矿全尾砂膏体的流变特性,通过开展不同配比充填料浆的坍落度、稠度和分层度试验,采用 Brookfield R/S 流变仪测试充填料浆的流变参数,并根据膏体流变参数与管道输送阻力的数学模型确定管道输送参数。结果表明 ：充填料浆的坍落度随灰砂比和重量浓度的增加而减小,当浓度超过 74% 时充填料浆的坍落度急骤下降,重量浓度为 76% 充填料浆的坍落度在 20.4~25.62cm 范围内,已达到膏体状态 ;充填料浆的稠度和分层度均随重量浓度的增加而减小,灰砂比的影响不明显,重量浓度 72%~74% 范围内充填料浆稠度均大于 10cm,浓度 70%~76% 范围内充填料浆的分层度均小于 2cm ;充填料浆的屈服应力随灰砂比和重量浓度的增加而增大,当浓度超过 74% 时,料浆的屈服应力急剧增加 ;充填料浆的临界流速随浓度和灰砂比的增加而减小,沿程阻力损失随充填流量和灰砂比的增加而增大 ;推荐充填料浆重量浓度为 72%~74%,充填流量控制在150 m3/h 左右,最大沿程阻力损失为 3.53kPa/m。     

全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制

以大冶铁矿全尾砂为原材料,采用水泥为胶结材料制作全尾砂胶结充填体,采用单因素五水平设计试验,研究了全尾砂胶结充填体强度与料浆中固相质量分数、灰砂配比及龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析.胶结充填体强度随着料浆中固相质量分数的增加遵循指数函数增长,随灰砂配比的增加呈线性增长,随龄期增加遵循指数函数的增长,其中胶结充填体强度对龄期的敏感性最高,料浆中固相质量分数次之,灰砂配比最弱.胶结充填体抗压破坏试验结果显示,充填体的破坏经历了四个阶段,分别为微裂隙闭合阶段、线弹性阶段、微裂纹扩展阶段及裂纹贯通破坏阶段.      

某金矿充填系统的工艺改造研究

为解决某金矿现有分级尾砂充填系统存在的砂仓容积与充填规模不匹配、底流浓度偏低且极其不稳定、充填料浆输送性能不佳和易出现堵管等问题,拟将该矿充填系统改造为全尾砂膏体充填工艺。通过全尾砂、胶凝材料和水配制了不同灰砂比、不同质量浓度的全尾砂料浆,采用Φ100 mm、长300 m的管道进行半工业环管试验,测试了不同料浆的流动特性和输送过程的管道压力损失情况。结果表明:该矿全尾砂料浆的整体性较好,未发生尾砂离析沉降造成堵管现象,充填系统改造思路可行。     

浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理

针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限,且屈服应力增大,流动性降低等问题,研究了絮凝剂?浓密增效剂共同作用,进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度,降低料浆屈服应力,并从微观角度进行机理分析. 结果表明:通过沉降与流变试验发现,最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂,固相质量分数可提高8.57%～10.13%,同时屈服应力降低6.68～12.85 Pa;多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本,还可以提高膏体充填材料的抗压强度;灰砂质量比1∶12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28 d抗压强度为2.5 MPa,与灰砂质量比1∶6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度相差小于20%;通过总有机碳（TOC）吸附试验与Zeta电位试验发现,浓密增效剂具有吸附与分散的作用,会打开絮凝结构,释放絮团间水,从而提高尾砂浓度,并改善尾砂颗粒的流动性.      

金矿尾矿胶结充填试验及环境效应研究

为探究某金矿尾矿胶结充填后充填体的抗压强度和环境效应,采用金矿全尾砂进行充填配比、重金属浸出和固化试验。充填配比试验中共制备灰砂比分别为1∶6,1∶8,1∶12,1∶20,质量浓度分别为77％,75％,73％的12组试块,分别测试12组试块固化7,12,28 d后的抗压强度。在重金属浸出试验中探究了尾矿充填后的环境效应以及潜在的污染元素,在明确潜在的污染元素后进行了相应的重金属固化试验。结果表明：金矿全尾砂最佳充填配比参数为灰砂比1∶8,质量浓度为75％;金矿尾矿在与胶凝材料混合凝固形成充填体后能够有效控制尾矿中有害元素的浸出,减少对环境的破坏;充填体浸出的As元素对地下水环境有潜在的污染风险,添加3％浓度的FeCl₃后能够有效避免污染发生。     

全尾砂膏体充填系统充填质量稳定性研究

为研究武山铜矿全尾砂膏体充填系统充填质量稳定性,分别测试了充填系统的制浆输送稳定性、工业运行稳定性与充填体强度波动。试验结果表明,全尾砂膏体充填系统的深锥浓密机在储料时间不超过 3 d的情况下可实现相对稳定的排料与生产,若延长储料时间,物料易在深锥底部板结,进而导致排料流量与浓度的不稳定。考虑采矿充填的不平衡性,矿山应尽量避免深锥浓密机长时间储料,并可在深锥底部增加流态化活化造浆系统,保障排料稳定性。在工况条件相对稳定的情况下,武山铜矿全尾砂膏体充填系统工艺流畅,充填技术指标优异,超过设计和建设要求,且充填体 28 d 强度均能达到 4 MPa 以上,能够满足回采过程中充填体的强度需求。充填系统运行可靠、工艺参数稳定,极大地提高了充填体质量,为进一步实现安全高效开采提供了安全保障。     

基于正交试验的细尾砂—分级尾砂充填体强度研究

为解决某矿山细尾砂充填体流动性差、强度低的问题,通过正交试验和胶结充填试验,探究尾砂料浆浓度、胶凝材料掺量、外加剂掺量和细尾砂掺加比例对充填体强度的影响,得出了各因素影响充填体强度的重要性顺序.通过多元回归分析确定推荐配比参数,并结合试验结果和SEM分析,对充填体微观结构进行进一步的探究.结果表明:各因素影响充填体强度...     

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大,严重影响充填浆体的质量。本文以金川二矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律。实验结果表明:全尾砂–粗骨料膏体中,粗骨料的比表面积和化学成分（活性MgO和CaO）是影响凝结时间的主要因素;凝结时间随尾骨比增加而缩短,屈服应力随尾骨比增加而增加,塑性黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加;全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度;最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1 h和增加33%以上。最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化,多目标回归优化表明:全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为270～300 min、尾骨比10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为167.0～169.0 Pa;全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为300～330 min、尾骨比10∶14～10∶16、屈服应力为164.0～167.0 Pa,满足矿山生产要求。      

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。     

全尾砂胶结充填在某白钨矿山的应用

为防止或限制某白钨矿山采空区大面积塌方和地表沉陷,矿山对采空区进行了全尾砂胶结充填。该矿山根据尾砂粒级组成和胶结充填材料强度的试验结果,设计了全尾砂胶结充填系统的工艺流程,采用立式砂仓对低浓度全尾砂浆进行沉淀脱水形成高浓度全尾砂浆,将高浓度全尾砂浆、散装水泥及适量调浓水混合连续搅拌均匀后制备成充填料浆,经充填钻孔及井下充填管路自流或者加压输送至采场空区进行充填,并解决了一些胶结充填过程中的具体问题。     

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。     

焦家金矿尾砂固结充填体自立性能研究

充填体强度是应用充填采矿法矿山安全回采的重要参数之一.介绍了充填体自立的条件,并以焦家金矿尾砂固结充填体为例,对充填体的自立强度影响因素进行了分析,提出了充填体自立对浆体浓度及配比的要求,得出的充填体强度大于2.0 MPa才能揭露充填体保证安全生产的结论,给矿山的安全生产提供了理论依据.