某矿山胶结充填体质量影响因素研究

针对某矿山全尾砂胶结充填过程中充填体开裂、崩解的问题,采用化学分析法对尾砂进行测定,并开展不同灰砂比和浓度条件下的充填体单轴抗压强度试验。结果表明,尾砂中S含量高达8.82%,Ca SO4的含量达到4.07%,同一浓度同一灰砂比充填体60 d强度与28 d最高强度相比均下降约50%。矿山全尾砂胶结充填体质量主要受尾砂中S及其氧化物的影响较大,需降低尾砂中的S及其氧化物,以保证充填体后期强度满足生产要求。     

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。     

基于PSO-BP的胶结充填体强度预测研究

为快速、准确地确定胶结充填体强度,构建了基于PSO-BP的胶结充填体强度预测模型,并以养护7 d和28 d的胶结充填体强度试验数据进行了验证。结果表明：结合粒子群算法优化BP神经网络初始权值,从而大大提高了预测模型的准确性和可靠性,基于粒子群算法优化下的神经网络相对误差为0.77%,比BP神经网络预测的平均相对误差降低了3.42%,表现出良好的预测精度。     

侧限高应力固结条件下胶结充填体强度特征及强度激发机理

由于围岩压力的作用,仅用实验室内单轴抗压强度(UCS)无法完全表征深部采场中的胶结充填体(CPB)强度特征。为了研究CPB在深部采场内的强度特征,设计了CPB试样的侧限高应力固结(CHSC)试验方法,开展了侧限固结应力为2.0、4.0、8.0、16.0和32.0MPa的CHSC试验,试验结果表明:侧限固结应力对CPB的强度激发效果显著,不同养护龄期CPB试样的强度激发程度不同,养护龄期与UCS(固结后)呈对数函数关系,固结应力与UCS(固结后)呈指数函数关系。通过电镜扫描对CPB试样在固结后的强度激发机理进行了分析,从微观角度解释了CHSC对CPB的强度激发原理。     

胶结充填体波速-密度双参数强度预测模型研究

抗压强度是表征胶结充填体力学性质的重要指标，是确定采场充填方案的基本依据，快速、准确地确定胶结充填体抗压强度值，对于保障采场安全意义重大。分析了胶结充填体强度的影响因素，为克服单一预测指标的不准确性和预测指标过多的复杂性，选取了较易获取的胶结充填体初始超声波波速和密度两个参数，构建了波速-密度双参数预测指标T，运用预测指标构建了胶结充填体强度预测模型，并进行了验证。研究表明：①胶结充填体单轴抗压强度的影响因素有组成成分、结构尺寸以及养护环境，主要影响因素为组成成分；②将试验数据应用所构建的强度预测模型、典型强度预测模型分别进行了曲线拟合，对比分析得出所构建的强度预测模型拟合结果良好，相关系数均达到0.98以上，可以较好地预测胶结充填体强度。利用波速-密度双参数进行胶结充填体强度预测具有可行性，为准确预测胶结充填体强度提供了新的思路。     

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。     

胶结充填体波速-密度双参数强度预测模型研究

抗压强度是表征胶结充填体力学性质的重要指标，是确定采场充填方案的基本依据，快速、准确地确定胶结充填体抗压强度值，对于保障采场安全意义重大。分析了胶结充填体强度的影响因素，为克服单一预测指标的不准确性和预测指标过多的复杂性，选取了较易获取的胶结充填体初始超声波波速和密度两个参数，构建了波速-密度双参数预测指标T，运用预测指标构建了胶结充填体强度预测模型，并进行了验证。研究表明：①胶结充填体单轴抗压强度的影响因素有组成成分、结构尺寸以及养护环境，主要影响因素为组成成分；②将试验数据应用所构建的强度预测模型、典型强度预测模型分别进行了曲线拟合，对比分析得出所构建的强度预测模型拟合结果良好，相关系数均达到0.98以上，可以较好地预测胶结充填体强度。利用波速-密度双参数进行胶结充填体强度预测具有可行性，为准确预测胶结充填体强度提供了新的思路。     

掺石灰石粉的胶结充填体强度研究

为揭示石灰石粉掺量、胶凝材料添加量和质量浓度对胶结充填体强度的影响规律,建立掺石灰石粉的充填体强度的计算模型。首先通过物化试验证实石灰石粉和废石均可满足骨料使用标准;根据级配试验获得废石和石灰石粉的不均匀系数和曲率系数,结合土力学标准,由不均匀系数可知废石级配中缺少细骨料,极易被压实,孔隙率较大,影响充填体强度;开展不同石灰石粉掺量、胶凝材料添加量和质量浓度的3 d、7 d和28 d充填体强度试验,通过方差分析确定各影响因素与充填体强度的关系为正相关,增加石灰石粉掺量可有效提高不同龄期充填体强度;最后以一元非线性理论为基础,利用SPSS曲线估计建立各龄期充填体强度多元非线性模型,各龄期强度计算模型的平均绝对误差为0.389, 0.0575和0.18,模型预测精度较高,对石灰石粉工业应用具有一定指导意义。     

基于RSM-BBD的废石-全尾砂胶结充填体强度试验研究

为探究废石-全尾砂混合骨料下胶结充填体的强度特性,探明废石掺量、浓度、灰砂比等因素对胶结充填体强度的影响规律,基于RSM-BBD,采用正交试验对问题进行了研究。研究发现灰砂比对混合骨料充填体早期强度的影响明显,料浆浓度对晚期强度影响明显;研究结果证实,混合骨料充填体强度不仅受到灰砂比、料浆浓度以及废石掺量单个因素的影响,而且受到三因素交互作用的影响,料浆浓度和灰砂比的交互作用对充填体早期强度影响明显,废石掺量和灰砂比的交互作用对充填体晚期强度影响明显。     

分层尾砂胶结充填体单轴抗压强度的测试研究

采用高阶段空场嗣后胶结充填法的矿山,充填设计常采用不同配比的尾砂胶结充填体进行分层充填。通过室内试验,对灰砂比为16、18的尾砂胶结充填体进行分次充填并测试其单轴强度;对配比一定、浓度不变时的充填体的单轴强度实测值进行拟合,得出了充填体分层数与其单轴抗压强度的非线性回归方程,并剖析了分层充填体破坏时产生端部效应的机理。采用RFPA软件模拟了某铁矿分层充填体的破坏过程,数值模拟结果与试验结果相符,验证了分层充填体端部效应破坏理论的正确性。     

基于宏微观耦合分析胶结充填体强度差异的研究

在高阶段采场充填过程中,井下原位取芯样品强度远远高于地表实验室试件。本文选取了李楼铁矿6个高阶段充填采场取芯样品,发现井下原位取芯强度比地表充填试件高1.59 MPa。通过电镜扫描和能谱分析,确定了胶结充填体内部的水化产物成分,进一步分析了全尾砂充填料浆固结演化过程。基于充填体的宏微观试验,对井下原位强度与地表试件的差异性进行耦合分析,揭示了自重压力对充填体的宏观力学性能和微观孔隙结构的作用机理。研究成果可为高阶段采场进一步降低灰砂比提供理论依据。     

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...     

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。     

掺纤维分层胶结充填体力学强度特性试验

针对充填体胶结强度低和易开裂等问题，开展纤维类型、分层数对充填体单轴抗压强度的影响规律实验研究。结果表明：未掺纤维的充填体为张拉破坏，掺纤维充填体受压膨胀呈现鼓状，整体裂而不断，保持较高的完整性。分层面在一定程度上劣化了充填体力学性能，随分层面的增多充填体单轴抗压强度逐渐减小。添加纤维充填体在达到峰值荷载后仍具有一定承载能力，呈现“裂而不碎”的特征。通过对比聚丙烯腈纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈纤维三种纤维，添加聚丙烯腈纤维更有利于充填力学性能的改善。     

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。     

碳酸盐激发胶凝材料性能优化及其在铅锌矿尾砂胶结充填中的应用研究

胶结充填有助于推动绿色矿山建设。然而,作为胶结充填的主要胶凝材料,水泥的高成本限制了的胶结充填的应用,因此亟待开发研究新型的充填胶凝材料。基于此,本文利用添加剂优化改性Na2CO3激发高炉矿渣作为胶凝材料用于胶结充填。通过探索不同添加剂对胶凝材料水化特性、反应产物以及对胶结充填样品流动性、抗压强度和重金属固化效率的影响,得出适合于铅锌矿尾砂胶结充填的胶凝材料配比。试验结果表明,当添加5 wt% 煅烧白云石以及1 wt%碱式碳酸镁时,样品性能最优。当胶凝材料和尾砂质量比为1:6,料浆浓度为76%时,充填体3d和28d抗压强度分别为1.41 MPa和3.89 MPa,并且重金属的浸出量符合国家相关标准。     

减水剂对全尾砂胶结膏体充填材料性能的影响研究

对减水剂对全尾砂胶结膏体充填材料性能的影响进行了研究,采用压汞测孔仪(AutoporeⅣ9500)测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明:当料浆坍落度为180mm且水泥掺量分别为3%、5%和7%(以总固体质量计)时,与未掺减水剂相比,掺减水剂能使料浆的固体浓度分别提高4.3%、3.9%和4.1%,能使固化体28d抗压强度分别提高52%、81%和106%。当料浆坍落度为180mm、水泥掺量为5%并且养护龄期为7d、14d和28d时,与未掺减水剂相比,掺减水剂能使固化体抗压强度分别提高46%、90%和81%。结合固化体压汞测孔和抗压强度结果,得出结论:当保持料浆坍落度、水泥掺量和养护龄期相同时,与未掺减水剂相比,掺减水剂能降低固化体的总孔隙率和减小固化体的平均孔径,这可能是减水剂分散了料浆中的水泥和降低了料浆水灰比的复合作用的结果(并且水泥掺量越高或养护龄期越长,复合作用越显著),从而增加了固化体中骨料与骨料之间的黏结程度,因此提高了固化体的抗压强度。     

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。     

胶结充填体力学强度尺寸效应

本文通过尾砂胶结充填体配比试验,研究了尾砂胶结充填体强度与试样尺寸和几何形状之间的关系.试验研究结果表明:在相同条件下,胶结充填体强度在试验范围内,随试样尺寸的增加而减小,其呈非线性变化;不同尺寸与几何形状的胶结充填体试样强度之间的换算比例关系为:152mm充填体试样强度大致为72mm和85mm试样强度的3/4,为70.7mm立方体试样强度的3/5.