废石胶结充填体强度特性及其应用研究

宝山矿西部2#矿体为深部难采矿体,采用废石胶结充填法回采.为确保其回采的安全,采用RMT-150B岩石力学试验机,对7种配比的废石胶结充填体在不同龄期的抗压强度进行了测试,利用龄期为28 d的废石胶结充填体的力学参数对试验采场进行了充填法回采的FLAC3D模拟,根据模拟结果选用C组配比的废石胶结充填体对该矿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:水灰比和灰砂比是控制废石胶结充填体抗压强度的关键因素;龄期为28 d的C组废石胶结充填体的抗压强度大于2 MPa;采空区围岩的最大主应力和竖向最大位移随废石胶结充填体强度的增加而减小,而最小主应力则与之相反;选用C组配比的废石胶结充填体的试验采场的应力测试结果与模拟结果吻合良好,能有效地控制该试验采场深部开采的地压.     

喀拉通克铜镍矿下向空场嗣后充填采场充填体配比研究

充填体强度是影响地下采场稳定性的重要参数。本文以喀拉通克铜镍矿为研究对象,通过理论计算分析确定了喀拉通克铜镍矿下向空场嗣后充填采场充填体胶结充填体强度要求,即3 d强度不小于0.7 MPa,同时通过对矿山胶结充填体进行抗压强度试验,得到了不同浓度、不同配比的28 d抗压强度,并对数据进行拟合,得到了不同浓度条件下砂灰比与充填体强度关系,最后,根据试验结果,获得了满足矿山需求的胶结充填配比方案。     

破碎顶板垮塌采场胶结充填治理

针对金厂河多金属矿一步骤破碎顶板垮塌治理难题,采用三维激光扫描的方式,探明了采场顶板垮落形态特征,构建了破碎顶板垮塌采场三维可视化模型。通过对金厂河矿胶结充填体强度需求的理论计算,设计一步骤胶结充填体整体强度为3.0 MPa。基于充填料浆配比试验、扩展度试验和流变试验,综合确定充填工艺参数为:料浆质量浓度为68%～72%,灰砂比为1∶8。结合21^#采场三维空区模型和形态,合理布置了充填挡墙和充填下料工程,进而保障了破碎顶板垮塌采场胶结充填体的稳定性。     

爆破荷载下全尾砂胶结充填体破坏规律及防治措施

针对某矿地下采场爆破与充填工艺现状,结合萨道夫斯基爆破公式和试验结果,探讨采场爆破荷载下充填体的破坏规律,根据经验公式得到了动态抗压强度与爆心距的关系;对动载下的一步采全尾砂胶结充填体和二步采全尾砂胶结充填组合体划分了粉碎区、断裂损伤区和稳定区;从控制震动源的强度和改善充填体自身性质的角度,讨论防止充填体破坏的新技术新方法,如选择合适的充填配比、"留矿法"减震和喷射混凝土、挂网等临时支护等。     

阶段空场嗣后充填体三维拱应力及强度需求模型

在地下厚大金属矿体的两步骤阶段空场嗣后充填采矿法中,合理平衡一步骤矿房采场胶结充填体的揭露稳定性及其强度需求对安全经济充填采矿影响重大。为获取该采矿法中胶结充填体强度需求的三维解析模型与方法,解决类似矿山确定充填体强度需求主要采用经验类比、缺乏科学合理计算方法的问题,本文借鉴土力学应力拱理论,分析了两步骤采充时序过程中的相邻采场充填体空间接触关系,分别研究了二步骤采场非胶结充填体、一步骤采场胶结充填体(揭露后)的应力分布模式,基于Marston拱应力二维模型,拓展建立了各采场充填体的三维拱应力解析模型,得出了非胶结充填体-胶结充填体-采场围岩之间的应力传递规律及接触力学边界解析方法,并通过FLAC3D模拟的拱应力分布结果进行了三维拱应力解析模型的对比验证。进一步将提出的拱应力解析方法应用至Mitchell强度需求解析模型中,考虑了三维成拱作用下非胶结充填体对胶结充填体的侧向推力作用、采场上下盘围岩对胶结充填体的接触摩擦作用,以底部滑动面方向角、滑动体与围岩接触面摩擦力方向角的不同取值情况,定量表征了揭露后胶结充填体的潜在破坏模式,并据此提出了4种胶结充填体安全系数和强度需求的三维解析模型与方法。再利用FLAC3D开展了不同采场尺寸(长度、宽度、高度)、不同充填体参数(容重、内摩擦角)等条件下的充填体强度需求数值解搜索计算,与4种解析方法计算的强度需求结果进行了对比验证,得出了当胶结充填体底部滑动面方向角α=45°+φ_c/2且滑动体与围岩接触面摩擦力方向角β=45°-φ_c/2时,胶结充填体强度需求的三维解析解和三维数值解吻合度最佳,最终获取了最优的一步骤采场胶结充填体强度需求三维解析模型与方法。     

胶结充填体渗透性试验研究

胶结充填体的渗透性是其重要性质之一。在充填采矿中,胶结充填料浆充入采场或采空区后,要求其具有良好的透水性,能够较快地疏干排水,以便能够缩短回采周期,减少挡墙和滤水井的压力。采用自行设计的渗流仪进行了结构流胶结充填体的恒水头渗流试验和变水头渗流试验,得到了不同配比的胶结充填体的渗透系数,研究了物料配比与胶结充填体渗透系数的关系以及胶结充填料浆在充入采场后的渗流规律。结果表明,灰砂比相同时,胶结剂中水泥含量越高的胶结充填体的渗透系数越低;充填料浆在充入采场后,开始时以恒定的渗透系数渗流,经过一段时间后,随着胶结剂的胶凝作用,充填体渗透系数开始降低,待水完全疏干后,从塑性体料浆变成具有一定强度的弹塑性充填体。     

深井矿山充填体强度分布规律研究

针对深井矿山采场充填的实际情况,充填料浆复杂的流动沉积及离析作用,致使充填体表现出极大强度分布的不均匀性。为此,进行了实验室尾砂胶结充填模拟试验,研究原位充填体的强度与实验室标准试块强度的差异,得出了采场尾砂胶结充填体强度分布规律。在此基础上,对采场充填体强度分布划分为强度增强区和强度减弱区,可改进二步骤回采的深井矿山采场充填管路布置方式,以指导矿山生产实践。     

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。     

考虑接触面特性与采充时序的胶结充填体稳定性评价

胶结充填体稳定性分析与合理强度设计是充填采矿成功实施的关键,基于典型充填采场工程,通过充填体、矿岩体室内压缩试验和充填体—边界介质组合体直剪试验获取相关力学参数后,构建了考虑接触面特征和采充时序的目标胶结充填体稳定性分析三维数值计算模型,系统分析了目标胶结充填体位移、应力和塑性区分布特征。结果表明,相同灰砂配比目标胶结充填体,在考虑接触面特性后的位移量增大,应力值降低,塑性区与破坏区减小,更能体现充填体与边界介质接触的拱效应作用,与实际相符。研究结果可为矿山胶结充填体强度设计优化提供参考。     

铜绿山矿新型胶结充填材料工业化试验研究

随着铜绿山矿采矿强度的提高,井下采场回采时间相应缩短,导致水泥尾砂胶结充填技术存在的强度不达标、养护时间长等问题越来越突出,越来越难以满足生产进度要求。胶凝材料是提高充填质量的重要因素,为解决水泥胶结充填与高强度生产之间的矛盾,开展了新型胶结充填材料工业化试验研究,通过对比分析普通水泥充填料和新型尾砂胶固料井下全胶结充填体各期试样(3, 7, 28 d)的强度,表明在相同成本条件下,华重新型尾砂胶固料充填体相比原有水泥充填体在强度、性能等方面均有较大优势,能够满足铜绿山矿井下采场充填技术标准要求。     

高阶段嗣后胶结充填体配比参数设计及工程优化

在高阶段嗣后胶结充填法中,分析了一步采中胶结充填体的承载机理,其承受的荷载为顶板围岩塑性区内岩体的重力。通过分析充填体与侧压力的关系,推导了胶结充填体强度极限侧压状态下的力学模型。综合理论方法、ANSYS数值模拟以及国内外类似矿山充填现状对李楼铁矿高大采场矿房充填体内的应力情况进行了计算分析。根据胶结充填体受力集中的位置,充填配比采用混合比,其顶部20 m和底部20 m采用配比为1∶4,中间部位采用配比为1∶6。在工程应用中,对6个100 m充填采场的胶结充填体取芯强度进行分析,在满足采场不同段高强度的基础上,20~50 m部位充填配比采用1∶8进行充填,进而降低充填成本。     

大尹格庄金矿深部采场胶结充填体强度研究

依据工程类比和理论计算分析,确定了大尹格庄金矿深部采场的胶结充填体需求强度,即3 d充填体强度不少于0.5 MPa,整体稳定强度不少于1.0 MPa。同时,对大尹格庄金矿的尾矿进行了胶结充填体抗压强度试验,得到了不同灰砂配比、不同料浆浓度、不同养护时间的分级尾砂和全尾砂胶结充填体抗压强度;根据试验结果,获得了满足矿山需求的胶结充填配比方案。     

缓倾斜胶结充填法采场的地压问题

本文根据锡矿山锑矿岩体力学的研究成果,简述用胶结及尾砂充填法开采缓倾斜矿体的采场地压规律。在现场观测的基础上提出了“卸荷”原理,较好地解释了采场的地压现象和岩层移动过程。 根据混凝土胶结体静力特性的试验研究,提出了胶结体具有弹性和让压支撑两种性能的解释。从现场观察和测试结果,得出了胶结充填体的破坏机理,并导出其稳定性判别式。最后,根据上述原理推荐胶结及尾砂充填采矿法的最佳工艺组合方案。     

深部高大采场全尾砂胶结充填理论分析

冬瓜山铜矿深部矿体距地表约1000 m,矿区构造应力复杂,属高地应力分布区域,采用空场嗣后全尾砂胶结充填法开采。在实验室试验结果的基础上,采用Terzaghi法和Thomas法对其高大型采场充填体受力状况进行了理论分析,用有限元法对采场围岩和充填体的应力分布状况进行了研究,确定了开采扰动条件下在采场周围形成的不同程度破坏区域。     

下向分层进路式胶结充填法采场稳定性判断方法及应用

从便于生产组织以及提升产量等因素考虑,下向分层进路式胶结充填法矿山一般采取的是几条进路回采结束后再进行集中充填的生产组织方式,采场在一定时间内形成了以胶结充填体为顶板的相邻非连续采空区,由此带来了胶结充填法采场稳定性问题.目前尚无有效成熟的方法对其采场稳定性进行分析和判断,难以防止可能造成的采场稳定性风险.为此,提出了...     

尾砂胶结充填体的水泥含量测定试验研究

矿山充填普遍存在充填料浆离析,导致采场充填体均匀性差和充填体强度降低等问题,目前关于充填料浆离析的研究大都局限在定性描述,尚无定量评价方法,主要原因是还无法准确测定尾砂胶结充填体中水泥的含量。为此,通过试验研究系统分析了充填体龄期和充填料浆质量浓度对EDTA滴定法的影响,论证了EDTA滴定法测尾砂胶结充填体水泥含量的有效性,探索出一种新的充填料浆离析和充填体不均性定量评价方法,提出了矿山原位采场充填质量评估的指标。     

高进路下向胶结充填采矿法

下向胶结充填采矿法是一种回采率较高的方法,适合于高品位且矿体围岩均不稳固的矿床条件。然而这种方法的采矿工效低,采场生产能力小,且需消耗相当数量的支护材料。采用高进路,并使相邻分层的回采进路交错布置,可使其采矿工效及采场生产能力明显提高,且大大降低木材消耗。本文介绍了金川龙首矿试验这种高进路下向胶结充填采矿法的采场结构与回采工艺,并对胶结充填体——矿石间柱在回采过程中的稳固性进行了分析。     

胶结充填体对二步矿体作用机理分析

为研究胶结充填体对二步矿体的作用机理,以新城金矿782、792和802 3个一步采场为研究对象,运用FLAC3D数值模拟软件,对一步采场从第3分段开挖充填到第5分段开挖充填中胶结充填体的作用机理进行模拟研究。结果表明：从一步采场第3分段到第5分段开挖充填,二步矿体内的应力值比胶结充填体内的应力值大5～6倍。792采场胶结充填体与二步矿体接触面上产生的塑性区以受拉破坏为主,782、802采场胶结充填体与二步矿体接触面上的塑性区由剪切破坏产生,深度基本保持在1 m左右。一步采场回采至11分层后,顶板沉降量加快,需对顶板进行支护处理,以保证回采安全。     

秦岭金矿垂直分条充填采矿法试验研究

秦岭金矿垂直分条充填采矿法试验研究涉及采场结构参数优化、废石胶结充填体强度试验，回采及充填工业试验、采场支护与地区观测等内容．本文概述了这些工作以及该采矿方法试验所达到的主要技术经济指标。     

基于PSO-BPNN的充填体围岩界面抗剪强度预测

在地下采场胶结充填体强度设计过程中,充填体围岩界面峰值抗剪强度是充填体安全系数计算的一个重要参数。为给出一定充填体侧压力下,充填体围岩界面峰值抗剪强度预估方法,使用非线性拟合能力强大的神经网络进行预估。基于试验所得考虑胶结剂含量、养护温度、养护时间和剪切面法向压力的试验数据,对胶结充填体围岩界面峰值抗剪强度进行预计。使用粒子群优化算法初始化反向传播神经网络权值和偏置参数,训练后的神经网络可以有效地对给定法向压力下胶结充填体围岩界面的峰值抗剪强度进行预估,预估结果可作为胶结充填体强度设计时的参考。