尾砂胶结充填体固结后强度激发特性研究

以新城金矿分级尾砂和新城水泥为原材料,制作浓度为70%,灰砂比为1∶10的试块,对不同养护龄期的充填体试块进行侧限条件下压缩固结试验,研究了侧限高应力固结对不同龄期充填体单轴抗压强度的影响,以及不同固结应力对充填体强度的影响,分析了固结后不同强度激发期对充填体单轴抗压强度的影响规律。研究结果表明:侧限高应力(25.5 MPa)固结后,充填体强度有了显著增强,侧限高应力固结对充填体强度随固结后养护时间的增长具有显著的激发作用,14 d、28 d充填体固结后强度呈指数增长,而56 d充填体固结后强度呈对数增长,同时侧限固结对于充填体强度的激发作用还与固结过程中最大侧限固结应力有密切关系。     

尾砂胶结充填体侧限高应力固结特性实验研究

充填接顶后,充填体在复杂应力条件下发生变形量的大小直接关系到能否对上覆岩层进行有效控制。为揭示深部开采充填体服役过程中的力学作用机制,必须深刻了解充填体在复杂应力作用下的变形性能。本文结合工程实际,在实验室实验基础上分别对不同龄期充填体侧限约束条件下的固结变形特性进行研究,得到了不同养护龄期充填体的压缩规律;对侧限高应力固结过程中充填体的本构关系进行了探讨,分析了侧限约束条件下充填体由弹性变形到弹塑性变形再过渡到弹性变形的全过程,研究结论能够为深部开采充填设计及安全管理提供科学依据。     

不同灰砂比充填体侧限固结压缩试验研究

充填体在采场内由于被围岩包围,其力学性能与实验室单轴压缩条件下不同。为了研究采场充填体的力学性能及规律,提出了不同灰砂比充填体在侧限约束条件下的分级单轴压缩固结试验,分级压力为1kN(0.2 MPa)、2kN(0.4 MPa)、4kN(0.8 MPa)、8kN(1.6 MPa)、16kN(3.2 MPa)、32kN(6.4MPa)、64kN(12.8MPa)、128kN(25.6MPa)。试验结果表明:随着固结压力的增大,充填体压缩量呈线性增加,灰砂比对充填体压缩量影响不明显;固结应力与压缩率呈二次函数曲线关系;固结前后充填体的单轴抗压强度增加明显,28d龄期强度值增加幅度达24%以上。最后,采用SEM对充填体固结强化机理进行了分析。     

卤水对尾砂胶结充填体的强度影响试验研究

为了研究卤水对尾砂胶结充填体强度的影响规律,开展了不同养护龄期、不同搅拌水、不同灰砂比条件下的充填体的强度试验,试验结果显示：充填体试块强度与养护龄期呈乘幂函数关系： 。卤水会提高充填体的早期强度(7d),但会降低充填体的长期强度(7d~28d)。通过对充填体强度影响因素极差分析,养护龄期为影响充填体强度的主要因素。     

击实对全尾砂固结体强度及渗透性影响

为了解决全尾砂固结体地面排放时堆排体稳定性的问题,提出通过击实来增大全尾砂固结体的稳定性.通过室内击实试验、无侧限抗压强度试验、常水头渗透试验和扫描电镜试验,研究了击实对全尾砂固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响以及微观层面上击实对固结体内部结构变化的影响.得到了不同击实功下的全尾砂固结体的最大干密度和最优含水率,并以此为基础研究了击实功(598.2 kJ/m3、1074.7 kJ/m3、1535.3 kJ/m3和2149.4 kJ/m3)、干密度、含水率和养护龄期对固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响.结果表明,无侧限抗压强度随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大,随含水率的增加而减小;渗透系数随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大.对固结体进行击实可以减少固结体内部结构的孔隙并提升固结体结构的密实度,从而提高了固结体的强度和抗渗性能.表明在全尾砂固结排放中,可以通过击实的手段提高全尾砂固结体的强度和抗渗性,进而提高全尾砂固结体的稳定性.     

冲击加载下养护龄期对掺膨润土充填体力学破坏特征研究

深部开采中爆破、地震波等冲击对不同养护期的胶结充填体稳定性造成破坏,威胁采场安全。为此采用霍普金森杆试验系统对充填体试样进行单次冲击试验,分析爆破荷载下不同龄期掺膨润土全尾砂胶结充填体的动力学特性。试验结果表明：动态冲击曲线存在多个波峰,养护早期(3d、7d)表现为动态强度硬化(峰值应变0.005左右),后期(14d、28d)为动态强度软化(峰值应变0.002左右);充填体DIF与膨润土掺量正相关,与龄期负相关;养护龄期3~14d时,动态抗压强度、吸收能、单位体积吸收能随膨润土掺量的增大呈先降后升趋势(10%为临界点),28d时,两者正相关,养护龄期的延长可以提高充填体吸收能量的能力,增强抗冲击性能;养护早期韧性指数随膨润土掺量的增大而降低,养护后期两者关系表现为正相关且敏感性更高、增幅更显著。     

矿渣-脱硫灰基固结剂的尾砂固结效果

为开发利用矿渣和脱硫渣,以矿渣和脱硫灰为主要原料,掺入少量石灰石和活性激发剂后,粉磨制得矿渣脱硫渣基固结剂（矿渣、脱硫灰、石灰石、激发剂的配合比为81∶13∶2.5∶3.5）,并以该固结剂为胶凝材料,以2种不同性质的尾矿为固结对象,对比了固结剂料浆和32.5#水泥料浆的流动度、保水性以及不同养护龄期固结体的无侧限抗压强度。结果表明：固结剂的基本性能指标达到,甚至优于32.5#水泥;固结剂料浆的流动度、保水性均略高于相同条件下的32.5#水泥料浆;提高固结剂的掺量、延长养护时间,其固结体的无侧限抗压强度越高;相同条件下,固结剂固结尾矿的能力明显优于水泥,固结剂掺量为5%时固结体的无侧限抗压强度和水泥掺量为10%的固结体的强度相当。因此,矿渣-脱硫渣基固结剂可以替代32.5#水泥用于尾矿的固结。微观分析表明,随着养护龄期的延长,胶凝材料的水化反应越来越充分,凝胶逐渐充填尾矿颗粒间隙,固结体越来越密实,抗压强度越来越高。     

尾砂胶结充填体在多因素影响下的强度试验研究

为了研究卤水对尾砂胶结充填体强度的影响规律,开展了不同养护龄期、不同搅拌水、不同灰砂比条件下的充填体的强度试验。试验结果显示:充填体试块强度与养护龄期呈乘幂函数关系;卤水会提高充填体的早期强度(7d),但会降低充填体的长期强度(7～28d);通过对充填体强度影响因素极差分析,得出养护龄期为影响充填体强度的主要因素。     

夯实水泥土强度影响因素的试验研究

通过水泥土试块无侧限抗压强度的试验研究,定量分析了含水量、水泥掺量和养护龄期对黄土性粉质粘土水泥土桩无侧限抗压强度的影响.同时建立了水泥土试块无侧限抗压强度与水泥掺量、水泥土试块无侧限抗压强度与养护龄期、水泥土试块无侧限抗压强度与养护龄期和水泥掺量的关系式.为寻求更加经济、合理的施工配合比和参数提供了依据.     

早期加载养护下矸石骨料混凝土强度损伤及能量耗散研究

为研究早龄期加载养护对矸石骨料混凝土强度演化的影响，在第7天时对矸石骨料混凝土试样进行加载养护，第28天时开始单轴压缩试验，监测加载过程中试样的声发射振铃变化，同时采用扫描电镜观测试件的微观形貌，探究早期加载养护下矸石骨料混凝土的强度损伤及能量耗散规律。结果表明：早期承受50%～70%应力强度比的载荷可以促进试件后期强度的提高，而当早期载荷的大小超过70%的应力强度比时试件表现出强度劣化效应。早期不同应力强度比大小的载荷下养护的试样其单轴压缩过程中表现出不同的能量耗散特征，在峰值应力附近时试样内部聚集的能量突然急剧释放，探测到的声发射信号强度激增达到峰值。矸石骨料混凝土的损伤演化可视为结构模型中铰接键的断裂过程，早期一定的荷载提高了矸石骨料混凝土的自愈合能力。     

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。     

Stope depth effect on field behaviour and performance of cemented paste backfills

Cemented paste backfill (CPB) has been extensively used as a popular mine fill system for underground mining operations. Understanding the CPB’s in situ properties as an element of ground support is indeed really important for developing a well-organised mine design in terms of costs and security. In this paper, a comprehensive experimental work was conducted to better understand the effect of stope depth on in situ behaviour and performance of CPB having three different binding agents (ordinary Portland cement alone, slag-based cement and fly ash-based cement) over different curing times. A stope depth of 0 (it replicates the stope’s top), 5, 10, 15 and 20 m (it replicates the stope’s bottom) were virtually simulated by using an improved laboratory set-up, escorting with conventional plastic moulds. Results show that the highest compressive strength is obtained from CPB having slag-based cement. The strength of CPB increases with increasing stope depth mainly due to resulting improved geotechnical properties, such as reduced water content, degree of saturation and porosity as well as increased specific surface area retained at the bottom of a simulated stope. Geochemical testing shows that sulphate SO₄^?2 and calcium Ca contents increase with increasing curing time and reduce with increasing stope depth. As a critical point, a number of experimental relationships considered typically for different curing times, overburden pressure, arching stress and binder contents within CPB material were expressed and discussed.     

煅烧硬质高岭土对铅锌矿溢流尾砂胶结膏体充填材料抗压强度的影响

对煅烧硬质高岭土对铅锌矿溢流尾砂胶结膏体充填材料抗压强度的影响进行了研究。研究结果表明:当胶结剂中煅烧硬质高岭土(Calcined Hard Kaolin,CHK)取代水泥率从0增加到30%时,胶结膏体充填材料(Cemented Paste Backfill,CPB)28d抗压强度基本保持不变;当CHK取代水泥率从30%增加到80%时,CPB的28d抗压强度急剧降低;当CHK取代水泥率低于50%的CPB养护到28d或56d后,其抗压强度大幅度降低;当CHK取代水泥率为50%的CPB养护到180d时,其抗压强度呈增长趋势。CPB抗压强度损失与其内部形成膨胀性物质(石膏)有关。当CHK取代水泥率为50%时,由于降低了胶结剂中水泥熟料的量,CHK中偏高岭土(Metakaolin,MK)和水泥水化产物氢氧化钙的火山灰反应解除或减少了膨胀性二水石膏的形成,结果CPB的180d抗压强度呈增长趋势。     

基于直剪试验的胶结充填体与岩石接触面力学特性研究

采场充填体与围岩接触面处的强度参数对研究采场充填体应力分布及其揭露稳定性具有重要意义。本文对全尾砂胶结充填体与花岗岩光滑面形成的充填体—岩石接触面试块进行了直剪力学试验研究,从充填体灰砂比（1:4、1:10和1:20）、养护龄期（7d和28d）及接触面法向应力（50kPa、100kPa和150kPa）、三个方面研究对比了接触面的剪切峰值强度和残余强度,探索了接触面的内摩擦角和黏聚力的相互关系。结果表明：充填体-岩石接触面的峰值剪切强度和残余剪切强度均随法向应力的提高而线性增加;接触面的峰值剪切强度随灰砂比、养护龄期的增加而显著提高,但接触面残余剪切强度随灰砂比和养护龄期的改变基本无敏感性;接触面的内摩擦角明显大于等配比和龄期充填体的内摩擦角,而接触面的黏聚力则小于等配比和龄期充填体的黏聚力,并得出了接触面内摩擦角和黏聚力分别与等配比和龄期充填体内摩擦角和黏聚力的线性相关换算关系。     

Effect of curing under pressure on compressive strength development of cemented paste backfill

The mechanical performance of cemented paste backfill (CPB) placed in underground openings (e.g., mine stopes) often differs from laboratory-predicted performance, even under the same atmospheric curing conditions (ambient temperature and relative humidity). This is probably due to the specific self-weight consolidation, different drainage conditions and confinement pressures encountered in the paste backfilled stopes. A new test system named CUAPS (Curing Under Applied Pressure System) was designed at the Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT) to assess the hydro-mechanical performance of in situ CPB samples at laboratory scale. The CUAPS apparatus allows the effective curing of CPB samples subjected to an assortment of vertical pressure applications (curing under stresses) that can mimic in situ placement and consolidation conditions. The compressive strength development of CPB samples prepared from sulphide-rich mine tailings from Garpenberg polymetallic mine (Sweden) was investigated using CUAPS apparatus and conventional plastic moulds (unconsolidated undrained samples) in parallel. The effect of curing stress (i.e. simulating different consolidation conditions) on resultant geotechnical index parameters and hydromechanical properties of CPB samples was analyzed. The primary observation is the confirmation that the compressive strength development of the consolidated CPB samples is higher than that of unconsolidated undrained ones. It could be attributed to the removal of excess pore water mainly due to the applied pressure during the effective curing process, which seems to improve consolidation process of the CPB material. The results also account for the differences in the CPB strength observed between laboratory samples and in situ samples. Thus, CUAPS would be more suitable than conventional plastic moulds to collect data for preliminary and final design of CPB systems.     

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。     

岩石点荷载强度与单轴抗压强度关系研究

点荷载试验是一种在工程现场快速确定岩石单轴抗压强度的方法。自国际岩石力学协会建议采用以来,得到了广泛的研究和应用。点荷载强度指标和单轴抗压强度之间的变换关系式存在较大的不确定性,影响该关系的因素较多,例如修正系数、点荷载强度标准值等。以贵州紫金水银洞金矿多个采场顶板岩石的点荷载试验数据为基础,探讨了不规则点荷载强度指标IS和点荷载强度标准值IS(50)之间的修正系数F的变化情况,分析比较了目前常用的四种计算方法获得的点荷载强度标准值IS(50),并对点荷载强度标准值IS(50)与岩石单轴抗压强度σC进行曲线拟合和线性拟合比较,最后得到了该矿顶板的单轴抗压强度σC和点荷载强度标准值IS(50)之间的最佳关系式,这种拟合关系在该工程施工过程中得到了很好地运用,经实践证明这种关系式是可行的。     

尾砂胶结充填体试样早期强度发展监测探索研究

本文研究不同胶凝材料、不同硫酸盐浓度的尾砂胶结充填体试样的强度发展过程,分别对养护龄期为1、3、7和28天的试样系统进行了单轴抗压强度、基质吸力、含水率和孔隙率测试,分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和基质吸力发展变化的原因及二者的相关性,研究结果表明：密封养护条件下尾砂胶结充填体试样的早期单轴抗压强度与其基质吸力存在显著的线性相关规律,获得了尾砂胶结充填体试样早期单轴抗压强度与基质吸力相关性方程,探讨了基于基质吸力监测尾砂胶结充填体强度的可能性。