胶结充填体固化与开挖矿体垂直应力匹配特征

以某铀矿山中和后的堆浸尾渣为骨料,制备了渣浆体积分数为78%,80%和83%,灰渣比为1∶6,1∶8,1∶10,1∶15,1∶20,1∶25,1∶30的尾渣胶结充填料试样,经不同养护时间后,测定了它们的单轴抗压强度;建立了尾渣胶结充填体固化强度与养护时间的关系。结果表明,最终强度值、强度响应系数、强度增长稳定时间和初始强度(t=3)等力学参数能定量描述不同尾渣胶结充填体的强度随养护时间的变化特征。引入能量匹配系数表征岩体开挖释放比能与充填体变形比能关系,得到上向进路胶结充填采矿法中一步骤充填体固化时间与二步骤矿体回采时间匹配与矿岩容重、矿岩埋深、矿岩弹性模量、充填体灰渣比、渣浆体积分数和养护时间密切相关。采用某铀矿山工程实例验证了本研究结果。     

尾砂胶结充填体强度特性试验研究

以尾砂胶结充填体试块为对象,选取对强度敏感性最高的影响因子——龄期,对不同龄期的尾矿胶结充填体进行单轴抗压强度和直接剪切试验,分析了尾砂胶结体的强度规律及破坏特征。试验结果表明:尾矿胶结体的强度随着养护龄期的增加而升高,其中7~28d强度增加较为显著,并建立抗压强度、抗剪强度与龄期回归方程,为后期充填采矿设计和降低采矿成本提供了依据。     

尾砂胶结充填体强度影响因素正交分析

大尹格庄金矿2#矿深部矿体采用尾砂胶结充填采矿法回采,为了确定合适的配合比,对不同尾砂的充填体试块进行单轴抗压强度试验,得到不同养护条件下充填体试块的单轴抗压强度,从而得出料浆浓度、灰砂比、养护龄期对充填体试块强度的影响规律。通过正交分析确定了充填体试块强度的主要影响因素。试验研究结论可靠,为大尹格庄金矿充填采矿法的实施提供了依据,同时也对其他矿山充填设计具有一定的指导和参考作用。     

胶结充填体动力强度的细观分析

多数情况下,胶结充填矿山的充填体经常承受着邻区开采大爆破产生的重复冲击荷载的作用。本文从胶结充填体的材料构成特点出发,运用微小单元下的波动能量理论,对在应力波作用下的充填体能流变化情况及其动力响应规律进行了分析,提出了胶结充填体动力强度的一般准则。     

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。     

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.     

钢渣基尾砂胶结充填体强度与流变特性研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、矿渣及生石灰作为材料开展钢渣基胶结材料的研究工作,并对钢渣基充填体的强度及流变特性进行了详细分析。研究结果表明:矿渣含量对充填体7 d强度的影响程度高于钢渣含量,而钢渣含量对充填体28 d抗压强度的影响程度大于矿渣含量;钢渣基胶结充填体的抗压强度随着钢渣含量增大总体上表现出先增大后减小的趋势,钢渣含量为30%时,充填体的抗压强度基本达到最大值;在相同的胶结材料含量及料浆浓度下,钢渣基胶结充填体的7 d及28 d抗压强度均明显高于水泥基胶结充填体,充分体现出钢渣基胶结充填体具有更好的力学性能;随着料浆浓度增大,不同灰砂比下钢渣基充填料浆的流变参数均表现出明显增大趋势,但胶结材料的含量变化不会对钢渣基充填材料的屈服应力产生显著影响。结合流变试验可知,钢渣基充填体的料浆浓度可设计为62%～64%,在该浓度范围内的屈服应力未超过200 Pa,料浆体现出了良好的输送性能。     

厚大矿体充填法开采的全尾砂胶结充填体强度设计

针对崇礼紫金矿业东坪矿区70号脉厚大矿段采用的两步骤分段空场回采嗣后充填采矿法,通过经验类比和理论分析,设计了一步骤全尾砂胶结充填体强度。为验证所设计的充填强度是否合理,进行了采场充填体强度检验。     

低温高寒环境下尾砂胶结充填体强度特性研究

研究了低温高寒环境下尾砂胶结充填体的强度特性, 并采用灰色关联分析方法探究了充填体强度对灰砂比、料浆质量浓度和养护时间等强度控制因素变化的敏感程度。结果表明, 低温高寒环境下, 充填体强度随着灰砂比、料浆质量浓度和养护时间的增大而增大, 影响充填体强度的最主要因素为灰砂比, 其次为养护时间, 再次为料浆质量浓度。     

高浓度胶结充填体强度影响因素试验研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,以水泥、粉煤灰、料浆浓度、养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下四因素对胶结充填体强度的影响,以及不同水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下三因素对胶结充填体坍落度的影响。结果表明:养护龄期对充填抗压强度影响最大,最不敏感的是粉煤灰含量;水泥含量对充填体坍落度的影响最大,最不敏感的是料浆浓度。同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即水泥含量10%、粉煤灰含量20%、料浆浓度80%、养护时间为28 d,其单轴抗压强度为4.68 MPa,坍落度为243 mm,能够满足充填开采的要求。     

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...     

尾砂胶结充填体抗拉强度试验研究

抗拉强度是尾砂胶结充填体的重要强度参数,但由于缺少合适测试方法导致对尾砂胶结充填体抗拉强度的研究不足,不利于胶结充填体的稳定性分析,对矿山安全生产造成隐患。本研究利用将压缩转换成拉伸加载方式,提出一种新的适用于尾砂胶结充填体的直接拉伸试验方法,验证了其可靠性。应用该试验方法测得了多种配比、龄期尾砂胶结充填体的抗拉强度,分析了抗拉强度随灰砂比、质量浓度、龄期的变化规律以及敏感性,可为矿山充填配比设计及抗拉强度测定提供指导。     

破碎矿体下向进路胶结充填人工假顶强度需求研究

下向进路胶结充填采矿中进路顶板的稳定性主要取决于假顶层的强度.以三山岛金矿极破碎矿体为研究对象,根据下向进路人工假顶层充填体的受力特征,采用弹性力学-梁模型与弹性力学-薄板模型分别计算下向进路胶结充填假顶层强度需求.在考虑安全系数的基础上,结合经验图表法与典型矿山类比法,综合推荐下向进路假顶层胶结充填体强度,为矿山人工...     

考虑加载速率效应的尾砂胶结充填体细观声发射特征研究

尾砂胶结充填体作为人工水泥基材料具有显著的加载速率效应,且充填体的变形破坏与声发射特性密切相关。为研究不同加载速率下充填体的细观声发射（AE）特征,本文对尾砂胶结充填体开展了一系列单轴抗压强度测试,确定了强度演化规律,借助颗粒流程序（PFC2D）从细观角度分析了充填体的裂纹演化和细观AE特征,结合能量守恒理论,探讨了充填体的加载速率效应。结果表明：1）充填体的单轴抗压强度与加载速率呈正相关,两者呈二次多项式函数关系。2）数值模拟结果显示,提高加载速率增加了充填体的起裂应力,提前了裂纹萌生的时间并增加了破坏后的总裂纹数,且随着加载速率提高,充填体的破坏模式逐渐由剪切破坏转变为拉剪混合破坏。3）细观AE事件-时间步曲线经历初始期、平静期、缓慢上升期、快速上升期和快速下降期,与试验获得AE特征高度一致。在峰值应力之前AE事件较少,AE事件密集带不明显,在峰值应力之后AE事件以及较大震级的AE事件迅速增加,形成相互贯通的AE密集带。4）边界能、应变能、耗散能与加载速率呈正相关关系,较高的加载速率对充填体裂纹萌生、扩展有一定的阻滞作用,促使试样的储能极限增加,进而改善了充填体的强度性能。然而,峰前较高的能量积累也将导致峰后阶段能量快速释放,对应的细观裂纹数量增加。研究结果可为充填体的加载速率效应和细观声发射特征研究提供参考依据。     

新城金矿尾砂胶结充填体固结性能研究

随着充填工艺的不断完善,充填采矿法在矿山得到了广泛应用,研究充填体的力学性能对防止地表变形具有重要的现实意义。以山东新城金矿充填材料为研究对象,研究了龄期为7d、14d、28d,灰砂比为1∶8、1∶10的充填试块在不同的加载压力等级条件下的压缩变形规律,并对充填试块在不同加载压力下与压缩率之间的关系进行了拟合分析。研究了不同配比的充填试块在固结试验后,不同养护天数条件下的抗压强度变化规律,为矿山充填设计及预防地表变形提供科学依据。     

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。     

常规三轴加载下尾砂胶结充填体的力学特性及能量变化特征

基于室内常规三轴压缩试验,结合能量耗散原理,系统研究了质量浓度及围压的变化对尾砂胶结充填体力学性能及能量演化特征的影响规律。结果表明：三轴加载下,尾砂胶结充填体的变形破坏均经历了微孔隙、裂隙压密阶段(OA)、线弹性变形阶段(AB)、屈服阶段(BC)及应变硬化阶段(CD);充填体的峰值应力随着质量浓度或围压的增加而不断增大,其中一次函数能够很好的表达围压与峰值应力间的关系;充填体的残余应力及弹性模量随着围压的增大基本遵循一次函数和指数函数递增规律,且质量浓度的增加也有利于提高充填体的残余应力及弹性模量;充填体的裂纹分布密度均随着质量浓度或围压的增加而降低,说明围压或质量浓度的提高均能够有效的提高充填体的抗变形破坏能力;三轴加载下,充填体的总能量、弹性应变能及耗散能均随着围压或质量浓度的增加而增大,并且围压与各能量间的关系符合二次函数模型。     

全尾砂胶结充填体试样强度的尺寸效应试验研究

通过不同尺度的全尾砂胶结充填体配比试验,研究相同质量浓度、砂灰比条件下实验室充填体试样强度与试样形状和尺寸的关系。结果表明:相同浓度与砂灰比的条件下,70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试样的强度最大,76.2mm×152.4mm圆柱体试样强度次之,50.8mm×101.6mm圆柱体试样强度最小。采用线性拟合方法建立了立方体试样与φ50.8mm圆柱体试样,φ76.2mm圆柱体试样与φ50.8mm圆柱体试样之间的强度尺寸效应换算函数,对于探讨胶结充填体尺寸对强度的影响,统一充填配比试验标准,提高充填试验的准确性具有重要借鉴意义。