早强剂对充填膏体宏观力学性能和微观结构的影响

为了尽快提高充填膏体的早期强度,从而加速采-充循环频率和控制顶板下沉,对内掺不同含量硫酸钠早强剂的充填膏体试件进行了单轴抗压强度试验,并分析其微观结构变化和反应机理。试验结果表明:掺有硫酸钠早强剂的充填膏体试件在不同龄期内的单轴抗压强度均远高于对照试件。当养护3d和7d时,掺量为2%的硫酸钠早强剂对充填膏体强度提升最大,分别提高了131%和116%;当养护28d时,掺量为1%的硫酸钠早强剂对充填膏体强度提升最大,提高了135%。扫描电镜结果显示,掺有1%和2%硫酸钠早强剂的充填膏体试件内部结构致密性更好,针状晶体更粗、絮状凝结物更多。硫酸钠作为一种早强剂掺入充填膏体后能与水泥水化产物氢氧化钙发生反应生成二水硫酸钙,进一步与水化产物铝酸钙(C3A)迅速反应生成水化硫铝酸钙针状晶体(AFt),在充填体内部形成早期骨架从而提高早期强度。     

BP神经网络预测外加剂对充填体强度的影响

外加剂对充填体强度影响复杂,具有非线性特性,用数理统计的方法建立充填体强度与外加剂之间的关系模型很困难。因此,首先开展了全尾砂充填体强度与外加剂掺量的正交试验;然后采用BP神经网络进行试验样本的学习训练,建立充填体强度与外加剂种类及掺量之间的关系模型。结果表明,采用BP神经网络建立的预测模型,不仅对学习样本的预测精度高,更重要的是对测试样本的预测精度同样高,预测的最大误差仅为4.16%。实践证明,BP神经网络预测模型可以提高实验工作效率,节省人力、物力,为充填体添加外加剂的研究提供了一条有应用前景的理论设计途径。     

承压水上膏体充填率与充填体强度对底板破坏深度的影响

为解决承压水上安全开采问题,提出利用膏体充填方法,抑制底板破坏深度,减少突水危险的方法;针对岱庄煤矿下组煤1160采区受承压水威胁的地质条件,利用FLAC~(3D)三维模型,基于不同膏体充填的充填率与充填体强度,模拟了不同推进作业空间宽度下,应力分布、塑性区分布以及位移分布规律。模拟结果表明:当充填率达到95%,充填体最终强度提高到4 MPa时,工作面围岩应力集中系数在2左右,顶底板移近量为200 mm左右,底板破坏深度约为4 m。     

尾砂粒度对充填体早期强度影响的试验研究

为提高铁矿全尾砂的回填利用率,实现全尾砂胶结充填在矿山的有效应用,选择冀东地区全尾砂为试验材料,在分析物化性质的基础上,设计了灰砂比为1:6、1:12、1:20和质量浓度为65％、70％、75％的强度试验,结合XRD能谱和SEM扫描电镜分析,研究了尾砂粒度对充填体早期强度的影响规律,以及对水化产物和孔隙结构的影响.研究...     

硫化钠对某铅锌矿充填膏体凝结性能的影响

某铅锌矿全尾砂膏体充填料浆水化凝结迟缓,严重影响充填作业进程;同时粗骨料充填浆体容易出现骨料下沉而导致的浆体离析现象,严重影响充填浆体的质量。通过建立骨料在浆体中的力学模型,研究硫化钠掺入某铅锌矿全尾砂膏体料浆后对其水化凝结性能的影响。先将硝酸锌按照不同的比例掺入全尾砂膏体混合料浆,经过试验发现全尾砂中的锌离子对料浆的凝结起到了延缓作用。在此基础上,通过掺入不同比例的硫化钠配制膏体料浆,观察到硫化钠对料浆具有促凝的效果,并且随着硫化钠添加量的增加,膏体料浆初凝时间近似地呈线性递减规律。同样硫化钠的加入增加了膏体凝结后试块的7、14、28 d强度,得到膏体凝结试块最大强度下硫化钠的添加量范围为1%～1.5%。分析得出：硫化钠中的硫离子结合了料浆中大量的锌离子形成硫化锌沉淀,硫离子水解创造的碱性料浆环境共同促进了膏体的水化和凝结进程。     

两种不同胶结剂膏体充填试样的长期强度变化

为确定胶结剂对膏体充填长期强度变化的影响,对选厂尾砂进行了取样(尾砂试样T1和T2),并用PKC(波特兰水泥)/A32.5-R和PKC/B32.5-R两种胶结剂制备了膏体充填混合物.尾砂试样T1和T2选择了16.5 mm的坍落度和5%(按重量计)的胶结剂用量制备一组膏体充填混合物试样,这些试样经过不同的养护期(3～360 d)后再进行单轴抗压试验.两种膏体试样早期显示出高强度,但用PKC/B32.5-R胶结剂的膏体充填试样T2在养护28 d以后强度逐渐下降,使用PKC/A32.5-R胶结剂的膏体充填试样Tl的28 d强度比用PKC/B32.5-R胶结剂的膏体充填试样T1要高0.15倍.尽管膏体充填试样T1的强度在养护期28d和90 d之间普遍是提高的,但在养护期90 d和360 d之间观测到的强度则有下降.后期强度下降的原因在于它们的矿物学的、化学的和流变学的特征,水合作用的方式和对膏体充填强度有直接影响的火山灰产品的含量.     

养护条件对胶结充填体早期力学性能及微观结构的影响机制

为揭示不同矿山充填环境下胶结体力学性能的影响机制及微观结构演化规律,研究采用X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)和扫描电子显微镜分析(SEM)等检测方法,分别对恒温恒湿标养(SC)、套袋密封标养(BSC)、不拆模标养(DDSC)、35 ℃水浴湿养(WBC)、自然养护(NC)5种养护条件下,水化产物的物相组成、结构特征、水化热机理、微观形貌进行阐述。研究结果表明：不同养护条件下,水化产物均以钙矾石和C-S-H凝胶为主,产物组成无较大差异,但微观结构孔径分布及致密程度不同。经DDSC养护条件下,胶结体内部水分不易散失而形成结合水膜,阻碍了水化反应离子交换进程,不利于胶结体强度的发展。相较于DDSC,在WBC养护条件下,升高温度增加了胶凝材料水化活性,矿渣玻璃体解聚、溶解速度加快,早期水化产物相互交织形成致密的网络结构,使得浆体结构密实度增加,为胶凝体系提供了强度支撑。     

某金矿氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究

基于目前水泥胶凝材料价格大幅上调导致膏体充填成本高昂的实际境况,为降低充填成本,以工业废弃氟石膏为主要研究对象进行相关研究。利用氟石膏代替水泥,结合废石、粉煤灰、生石灰等掺加料,并辅以一定量的添加剂,开展氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究。通过坍落度、扩展度等试验确定材料的最优配比,并对膏体进行单、三轴及SEM试验,分析其宏微观结构。研究结果表明：质量浓度增大0min至120min,坍落度、扩展度损失率随之增大,泌水率却逐渐减小;最优配比所制成氟石膏基膏体的单轴压缩应力—应变曲线属于弹塑性曲线,最高可达6~7MPa;单轴与三轴压缩试验后,膏体表面未出现大的破裂面,且随围压的增加,应力—应变曲线不再出现峰值应力;所制充填材料的水化物主要包括钙矾石（AFt）、水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）和二水硫酸钙（CaSO4?2H2O）。氟石膏基新型膏体充填材料的配制具有深远的影响,为实现高效安全、绿色可持续的矿山开采提供了保障。     

钼尾矿粉对水泥基材料强度和微观结构影响研究

为减少钼尾矿堆积造成的土地占用、污染环境问题,提高其在建筑领域资源化利用的效率,制备了钼尾矿粉-水泥胶砂试样,从掺量、细度、养护时间、活性贡献率等方面分析了钼尾矿粉对水泥基材料抗压强度的影响,利用XRD和SEM分析了水泥基材料水化产物和微观结构。结果表明:标准养护下,钼尾矿粉掺量与强度呈线性递减关系,掺量不宜超过20%,此时90 d水化活性贡献率4.633%,掺量增加导致硬化浆体中存在大量孔隙,对强度增长不利;钼尾矿粉细度减小,能够提高试样抗压强度和早期活性贡献率,但对后期强度增长不利,适宜粉磨时间为20 min;水泥基材料前期强度增长速度较快,14 d抗压强度发展系数超过80%,后期强度增长逐渐趋于稳定;掺钼尾矿水泥基材料水化产物主要为Ca(OH)2、水化硅酸钙、钙矾石及未反应的尾矿颗粒。     

某新型矿用胶结剂对尾砂胶结充填体强度的影响研究

某铁矿采用空场嗣后胶结充填采矿法开采厚大矿体,为控制充填水泥用量以降低充填成本,选用了一种原料来源广、成本低的新型矿用胶凝材料。为对比分析该矿用胶凝材料与原用水泥对充填体强度影响,首先测试了充填尾砂、充填用水的基本物理化学性质,对比了该新型胶凝材料、原矿用水泥PC 32.5标准水泥的物理力学性质,并利用该新型胶凝材料和原矿用水泥与充填尾砂进行了配比试验,测试了不同砂灰比(4、6、8、10、12)、充填料浆浓度(66%、68%、70%、72%、75%)和养护龄期(7、28、60 d)条件下胶结充填体的单轴抗压强度,确定了该低成本的胶凝材料可完全替代原矿用水泥获得同等的充填体强度。此外,利用扫描电镜(SEM)分析了不同配比参数胶结充填体的微观结构,从水化产物的微观组成方面解释了该新型矿用胶凝材料的适用性。     

尾砂胶结充填体力学性能与微观结构研究

胶凝材料水化产物的种类、数量及其微观结构将直接影响尾砂胶结充填体的宏观力学性能。本文采用XRD、TG-DSC、SEM等研究方法,建立了尾砂胶结充填体宏观力学性能(单轴抗压强度)与胶凝材料水化产物种类和数量之间的关系。研究结果表明,随着灰砂比和养护龄期的增长,尾砂胶结充填体内钙矾石等水化产物的含量随之增多,尾砂胶结充填体的单轴抗压强度σc与胶结体中钙矾石的含量x呈一次直线正相关关系,即σc=2.0126x+0.5295,相关性系数为0.9610;增加充填体中AFt的含量有助于提高其单轴抗压强度。     

上向进路低强度膏体充填体强度设计研究

谦比希铜矿西矿体矿岩破碎、遇水泥化崩解,矿石回采困难,回采率在50%左右。谦比希矿建设了膏体充填系统,采用上向进路膏体充填采矿法对矿石进行回采。由于赞比亚水泥价格昂贵、供应不足,因此合理的充填体强度是影响膏体充填应用成功与否的关键因素。采用类比、理论分析、室内实验等方法确定了谦比希充填体自立强度为0.36MPa、抵抗爆破影响充填体强度为0.8MPa。通过室内实验确定现场充填料浓度在70%~71%、灰砂比为1:8时,充填体单轴抗压强度可以达到0.8MPa。通过井下应用,充填体在受到爆破振动作用时能够自立,满足采矿需求。     

硫化物对充填体强度的影响

尾砂中的硫化物对充填体强度影响较大.室内实验表明,磁黄铁矿具有较强的自我胶结能力,可用来部分替代水泥,以降低充填成本.替代水泥的最优磁黄铁矿含量为充填骨料的12%,最优含水率为15%.虽然磁黄铁矿能够提高充填体的早期强度,但对最终强度却有一定的负面影响.     

似膏体充填体的早期强度及其影响因素研究

试验研究了胶凝材料类型、料浆浓度和凝石含量对似膏体充填体早期强度的影响,结果表明:凝石作胶凝材料的充填体强度高于以普通水泥作胶凝材料的充填体强度;似膏体充填体的8 h强度随料浆浓度和凝石含量的增加呈近似线性增加;料浆浓度和凝石含量对似膏体充填体的8 h强度具有近似相等的贡献。     

矸石充填膏体强度影响因素分析

 通过对当今国内外充填开采技术的分析研究,以矸石膏体充填为研究基础,分析了矸石充填常用物料的物理化学参数,以及其在充填膏体中作用效应,并对充填物料的级配、充填体浓度与温度等方面进行了详细的分析,概括总结了矸石充填膏体强度影响因素,为现代矿山膏体充填技术研究提供了借鉴.     

膏体充填开采条带煤柱充填体稳定性监测研究

为克服采用岩移观测的方式评价充填效果周期长、费用高、劳动量大等缺点,采用自主研发的采空区充填膏体在线监测系统对膏体充填体压缩量、受力情况和材料水化程度进行监测,利用其监测结果对充填效果进行评价.结果表明:膏体充填体最大压缩量为104.3 mm,压缩率约为3.85％,膏体骨料级配合理;膏体充填体最大应力为5.1 MPa,上覆岩层的弯曲变形较小;膏体充填体的水化温度最高达到54℃,水化反应第2d最为强烈,膏体充填体早期强度上升较快,并在提高充填工作面效益同时,膏体充填体也能较好地控制上覆岩层运动.     

充填材料及其强度研究

充填开采是煤矿保水开采的重要技术,充填材料的强度决定着充填尺寸和充填效果,也决定着充填工艺和充填成本,是充填开采的关键因素。为此,分析了煤矿充填开采充填材料的研究和应用进展,总结了膏体材料的力学特点和强度性能,分析了充填开采对充填材料早期强度和后期强度的要求,提出了确定充填材料强度的方法。     

大空区充填体结构稳定分析与强度设计

结合某铁矿大空区胶结充填处理实际,分析了大空区的充填特点,提出了大空区胶结充填体的薄饼结构概念。运用结构力学方法分析了薄饼充填结构充填体的稳定性;考虑层间弱面结构作用,运用FLAC^3D数值分析软件分析了薄饼充填结构假顶首层充填高度对假顶稳定性的影响,得到结论:由于薄饼充填结构的层间弱面作用,用较高强度的充填料充填大空区既无必要,也不科学,可以固化稳定充填料浆为目的,采用较低的强度充填。     

金属矿山充填体强度分布规律实验研究

西藏甲玛铜多金属矿二期工程首采地段采用充填采矿法进行开采。由于在充填过程中充填料浆的离析分层等原因致使形成的原位充填体具有不均匀性,其强度与实验室充填体标准试块的强度也有很大差异。通过建立大比例尺三维立体仿真物理模拟实验系统,研究采场内充填体强度的分布规律。结果表明：在水平方向上充填体强度随料浆流动方向上呈先增大后减小的趋势,高灰砂比的充填体强度波动程度较小,且在下料口位置附近充填体强度与标准充填体试块强度相当;在竖直方向上充填体强度随深度的增大而增大,且高灰砂比的充填体强度增幅较大。通过对充填体样本进行电子扫描显微镜实验观察其微观结构,从本质上解释不同位置充填体强度差异的原因。