基于声发射能量的尾砂胶结充填体损伤演化模型

尾矿胶结充填广泛应用于矿山管理采空区的生产活动中,也是实现绿色开采和安全生产的主要技术之一。本文基于声发射技术对尾砂胶结充填体进行了循环加载和卸载试验,分析了加载过程中声发射能量的演化趋势,定义了基于声发射能量的损伤变量,建立了基于声发射能量的尾砂胶结充填体损伤演化方程,探索了声发射能量与损伤能量释放率之间的定量关系。为矿区胶结充填体承载过程分析和失效预测提供了基础研究依据。     

不同含水率纯尾砂胶结充填体强度及损伤模型分析

以某金属矿山尾砂、水泥制备成的纯尾砂胶结充填体为研究对象,利用RMT-150C型液压伺服控制系统、传感器采集系统,通过单轴压缩方式进行不同含水率充填体试样变形破坏过程强度试验.试验结果表明:完全干燥状态的试样强度最大,不同含水率对充填体的强度具有明显影响,含水率越高,单轴抗压强度越低.在弹性阶段,水对充填体试样的弹性模量有很大的影响,干燥状态脆性较大,曲线斜率较大,而含水后出现明显软化;水的作用降低了粒间的黏聚力和摩擦力;单轴抗压强度与含水率的定量关系呈多项式下降.不同含水率充填体具有不同损伤特性,水对干燥充填体损伤发展有抑制作用,但含水充填体含水率的增加会促进损伤发展.     

细观尺度下充填体损伤演化元胞自动机模型研究

为模拟单轴压缩条件下充填体损伤破坏过程,直观反映其细观结构的演化规律,建立了细观尺度下充填体损伤演化的元胞自动机模型。借助SEM图像推演充填体破坏阈值的分布,并采用阈值反比加权法确定摩尔邻居吸收能量的比率,在此基础上利用元胞自动机模型对试样进行单轴压缩模拟试验。模拟结果表明,充填体的损伤是集随机性和确定性于一身的行为,加载初期试样的损伤呈现出整体无序性,随着加载步数的推移,试样损伤演化逐步向局部有序化发展,峰值应力后试样损伤再次呈现整体无序性。充填体的应力、损伤值的演化曲线与实际试验结果基本吻合,二者仅在数值上略有差异,模型精度较高,可为充填体损伤演化过程的模拟提供一种新的思路。     

硫对尾砂胶结充填体强度的影响研究

为探究硫含量对尾砂胶结充填体强度的影响,采用微观结构分析、XRD衍射分析对含硫尾砂胶结充填体的侵蚀机理进行了验证,并通过单轴压缩、巴西劈裂、剪切试验探究了硫含量对各含硫尾砂胶结充填体强度指标的影响规律,结果表明:含硫量的增加导致含硫充填体中石膏和钙矾石晶体成分增加,致使部分C-S-H凝胶分解;随着含硫量的增大,单轴抗压强度和峰值载荷、抗拉强度和峰值载荷、剪切强度和峰值载荷均明显降低,但并非线性变化。     

全尾砂胶结充填体的长期强度试验研究

以分级加载方式对充填体试件进行单轴压缩蠕变试验,采用应力-位移等时曲线法和过渡蠕变法对充填体试件的长期强度进行分析。试验结果表明:充填体具有明显的流变特性,且能够体现出衰减、稳态和加速蠕变3个阶段。充填体的瞬时应变随荷载的逐级增加而增大,两者为二次函数增长关系。两种方法测得的长期强度结果虽然不能很好地贴合但相差不大,最终得出料浆质量分数76%,灰砂比1∶6的充填体试件的长期强度为2.58 MPa,为其抗压强度的83%。     

高浓度全尾砂胶结充填体强度规律分析

以某矿山铅锌全尾砂作为研究对象,进行高浓度全尾砂胶结充填体强度规律分析,分别对质量浓度为72％、74％、76％、78％、80％和灰砂比为1:4、1:8、1:12、1:16料浆试块的7 d,28 d,56 d单轴抗压强度进行非线性回归分析.综合对比实验分析结果:灰砂比同充填体强度遵循二次函数关系,质量浓度、龄期同充填体强度均遵循指数函数关系;灰砂比越大,龄期的增加对充填体强度增加影响越大;灰砂比越小,充填体强度随质量浓度的增加越缓慢;所得回归模型能较好的反应充填体强度同各因素间的规律.     

超细全尾砂胶结充填体的强度特征分析

以中关铁矿全尾砂为充填骨料、水泥为胶凝材料制作胶结充填体,采用单因素四水平试验设计,分析了全尾砂的物理化学性质,探讨了全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期之间的定量关系,并对其敏感程度进行了研究。研究结果表明：中关铁矿全尾砂中值粒径仅为14.2μm,碱度系数为2.31,活性系数为2.12,属于碱性超细全尾砂,级配良好、活性较高;全尾砂胶结充填体的强度随灰砂比的增加和料浆质量浓度的增加呈指数函数增长,随养护龄期的增加呈线性增长,拟合相关系数平均值分别为0.97、0.96和0.92;充填体强度对养护龄期的敏感程度最高,灰砂比次之,料浆质量浓度最小。     

尾砂粒级组成对充填体强度特性影响的试验研究

分析了5种尾砂的粒级组成和级配关系,对包含尾砂粒级组成在内的3种强度影响因素进行正交试验。研究表明:对充填体强度影响的敏感性顺序为:灰砂比料浆质量分数尾砂粒级组成,但是在灰砂比相同的情况下,质量分数较低的B尾砂试块强度反而较大,因为B尾砂的级配关系最优;适量的细粒级尾砂有助于增加充填体强度,这是由于细粒级尾砂被水泥包裹后填充在大颗粒之间的空隙,促进了颗粒间的胶结,增加了试块的强度;但是当细粒级尾砂过多时导致胶结外膜的含水增多,阻碍了各种颗粒之间的胶结,降低了试块的强度,因此尾砂的粒级组成对充填体强度有明显的影响。     

全尾砂充填体蠕变性能试验及数值模拟研究

通过室内充填体试件单轴蠕变试验研究了充填体蠕变特性,采用Burgers模型对单轴蠕变试验结果进行了拟合。基于拟合结果利用FLAC~(3D)软件中的Burgers模型模拟研究了充填体三轴蠕变特性。结果表明:在单轴应力作用下,充填体表现出显著的蠕变特性,轴向应变随轴压的增加而增加。Burgers可以较好地描述不同加载应力时的充填体蠕变特性,拟合精度较高。单轴蠕变模拟结果与试验曲线吻合较好,三轴蠕变模拟结果表明围压对充填体蠕变特性影响显著,蠕变变形和应变速率随围压的增加而减小。     

充填体中全尾砂、江砂和水泥混合材料配比研究

针对某矿选厂的全尾砂硫含量较高,不利于充填体输送的问题,将江砂掺入胶结充填体的骨料中,并按不同的江砂与全尾砂比、灰砂比制备全尾砂、江砂和水泥的混合充填体料浆。通过全尾砂、江砂混合配比的可行性分析、单轴抗压强度试验、沉降性能与脱水性能分析,再结合该矿的充填能力与技术要求,最终确定最佳配比为:江砂与全尾砂比1∶4,灰砂比1∶8,料浆质量分数70%。     

新桥矿业公司全尾砂胶结充填系统改造进入实施阶段

正由新桥矿业公司全尾砂胶结充填系统改造项目正式进入工程实施阶段,此次改造分两个阶段进行:一是全尾砂充填系统局部工艺优化改造;二是全尾砂特性的胶凝材料的研制与应用。该公司全尾砂胶结充填系统自2012年7月建成以来,由于种种原因,运行并不太顺畅,为了进一步提高充填体的强度,实现浮选硫后尾矿的循环再     

高海拔地区矿山尾砂胶结充填体强度特性分析

西藏甲玛铜多金属矿位于生态环境脆弱的高海拔地区,二期工程首采地段采用充填采矿法开采。为充分掌握高海拔条件下尾砂胶结充填体的强度特征,从宏观和微观两个方面分别对充填体试块强度及其微观结构进行分析,通过对比分析不同养护条件下不同配比的充填体强度的增长规律,并应用电子扫描显微镜对充填体试块微观结构进行对比分析,从本质上揭示不同养护条件下充填体强度差异的原因。结果表明,在井下采场养护的试块的强度比标准条件下养护的试块的强度偏低20%左右,且井下采场养护的试块强度早期增幅普遍较小;较低的温湿度不利于水泥水化反应的进行,致使充填体微观结构致密性较差,充填体强度偏低。     

磷尾砂胶结充填露天试验研究

利用露天采坑充分模拟井下空区形态,直观地研究在灰砂比为1∶6和1∶4两种配比参数下细砂、磷尾砂胶结充填料浆的流动规律、充填体离析规律、充填体沉缩率、充填体透水规律、充填体初凝时间以及充填体强度影响因素,为磷矿山急倾斜中厚矿体井下采空区充填提供依据。     

某矿山全尾砂充填试验研究

某矿山多年来一直使用分段空场法开采,形成了大量空区,且随着开采深度的增加,地压对采场稳定的影响越来越显著,安全问题突出,故决定使用充填法开采深部矿体。针对该矿山的全尾砂进行了试验研究,得知当料浆灰砂比相同时,坍落度与其质量分数呈负相关关系,然而灰砂比的变化对坍落度产生的干扰并不大,充填体的抗压强度与灰砂比和料浆质量分数均呈正相关关系。为满足不同时期对充填体不同强度的要求,最终选择最优的灰砂比为:打底或胶面时为1∶4,一步骤采人工矿柱时为1∶6,二步骤采矿房及嗣后充填时为1∶12,料浆质量分数为72%。     

粉煤灰全尾砂胶结充填料研究

研究了以粉煤灰为主要组分的胶结充填料,得到粉煤灰作为胶结充填材料的最佳配合比,其强度和工作性能满足矿山开采充填使用要求.粉煤灰胶结充填材料的强度主要由以未反应的粉煤灰微粒为骨架,团簇状和无定形丝状凝胶类物质充填到骨架中,片状氢氧化钙和丝状物彼此交叉搭接,使得整个体系具有一定强度.     

全尾砂胶结充填体蠕变规律及本构模型

将龙湾铁矿尾砂与425#水泥按一定比例混合,制成灰砂比为1∶4、1∶6、1∶10,质量分数均为70%的全尾砂充填体试块。在其他环境条件一定的情况下,通过单轴压缩蠕变试验着重考察了充填体在不同配比下的变化情况以及配比对蠕变的影响。试验结果表明:灰砂比比值越高,等速蠕变阶段持续时间越长;蠕变过程中,试块微观单元符合弹-脆性破坏;利用蠕变数据确定本构模型,拟合出本构方程。     

坑采充填接顶率与充填体承载效果关系探讨

针对新桥矿坑采现状,应用有限元图形界面数值模拟和回归分析的方法,探讨了充填接顶率与空区顶板岩层最大Mises应力强度之间的线性关系,进而预测在充填接顶率达到50%以上时,可基本保证顶板稳定.     

王集磷矿尾砂特征及其充填性研究

通过对王集磷矿的尾砂特征、颗粒沉降速度、渗透系数等的测定,认为该矿充填体应处于可塑和软塑的交界线上,即稠度为7,其含水率为23.9％。折合浓度80.7％。而尾砂自然脱水时的极限含水率为31％,折合浓度76.3％。为达到尾矿充填的要求,提出了添加吸水胶凝剂、增设渗流索等降低充填料含水量的措施,并针对王集磷矿具体情况设计了可行的尾矿充填系统。     

磁处理改善细粒级砂体的充填效果

经过磁处理后,细粒级砂体的渗透速度明显提高,胶结体的强度也有一定的提高。     

全尾砂胶结充填材料配合比及性能研究

以矿渣、水泥、半水石膏、脱硫石膏与生石灰作为胶凝材料,并且加入少量萘系高效减水剂,制备全尾砂胶结充填材料.采用正交试验,进行极差分析和方差分析,分析出影响3d抗压强度与膨胀性能的最主要因素为半水石膏与脱硫石膏的比例,影响流动性最主要因素为生石灰掺量,其次为半水石膏和二水石膏比例和石膏总掺量,确定出最佳配合比为A3B2C3.结果表明,采用最佳配合比,全尾砂胶结充填材料3d抗压强度可达到0.75 MPa,28 d抗压强度可达到2.92 MPa,料浆流动性为173 mm,充填体高度为64.47 mm.