石人沟铁矿全尾砂充填胶凝材料配比优化试验

河北钢铁集团石人沟铁矿三期工程采用全尾砂胶结充填采矿法开采,以水泥为胶凝材料时充填成本高。为考察采用固体废弃物开发低成本和高性能的新型充填材料的可行性,以水淬渣为胶凝材料,进行了不同原料配比对充填体强度的影响试验。结果表明：石灰掺量对充填体强度的影响大于石膏掺量;料浆浓度为68%、胶砂比为1∶5条件下,石灰掺量为3%、石膏掺量为16.0%时,得到的充填体强度最高,7 d强度为2.42 MPa,28 d强度为5.87 MPa,可以满足石人沟铁矿充填采矿对充填体强度的要求。试验结果可以为石人沟铁矿实现低成本全尾砂胶结充填开采提供技术依据。     

流态胶凝材料胶结铁尾矿的充填性能研究

为实现用原状固废(钛石膏)的流态胶凝材料替代粉末胶凝材料进行铁尾矿胶结充填,简化胶凝材料制作流程,降低充填成本,采用流动度试验、强度试验和吸水率试验研究了两种胶凝材料胶结铁尾矿试样的宏观物理性能,并利用XRD和SEM对其胶结铁尾矿的固化机理进行了分析。研究结果表明:在尾矿固含量为70%、胶尾比为1∶10时,粉末胶凝材料胶结试样的3 d抗压强度(0.87 MPa)比流态胶凝材料约高出0.3 MPa,但两种胶凝材料胶结试样的7 d抗压强度差别在减小,28 d抗压强度并无明显差别。加入流态胶凝材料的充填尾矿流动度较加入粉末胶凝材料的充填尾矿提高了7.4%,既有利于泵送充填又不影响试样28 d的尾矿胶结体力学性能。XRD和SEM分析表明,流态胶凝材料的水化反应更有利于胶结体中钙矾石的生长。     

基于MICP的固化粉尘微生物抑尘剂试验研究

为降低露天煤矿排土场粉尘浓度,减轻和防止粉尘危害。基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化粉尘技术,探究了环境因素(温度、pH)对巴氏芽孢杆菌生长的影响,通过测定CaCO₃的产量来评估细菌浓度、胶结液浓度和营养液浓度对固化效果的影响;通过设计正交试验,采用矩阵分析法对巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂配比进行优化,提出1种新型高效、环保矿用微生物抑尘剂。结果表明：巴氏芽孢杆菌的最佳培养条件为30～35℃、pH7.5左右,微生物抑尘剂适用于偏高温、中碱性环境下的露天煤矿;微生物诱导碳酸钙沉淀过程CaCO₃的生成量与营养物质浓度和菌液浓度呈正相关关系,CaCO₃的生成量随胶结液浓度(尿素、氯化钙)增大呈现先增大后减小的趋势;巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂具有良好的渗透性、抗强风、保水、抗雨淋等综合性能,巴氏芽孢杆菌微生物抑尘剂成分配比优化方案为：巴氏芽孢杆菌菌液OD600值为1,胶结液(尿素、氯化钙混合溶液)取0.5 mol/L,营养物质溶液取2 g/L。     

特厚煤层长壁巷式胶结充填开采技术研究与应用

针对特厚煤层采出率低、"三下"及其他特殊地质条件下特厚煤层采场围岩移动破坏与地表沉陷控制困难的问题,提出了特厚煤层长壁巷式胶结充填开采技术。在研究特厚煤层长壁巷式胶结充填开采技术原理的基础上,系统阐述了该技术的开采系统布置、主要设备与巷式充填开采工艺;并对胶结充填材料的组成及其承载特性进行了研究,确定了适用于工程现场的充填材料干料配比为粉煤灰35%、白灰渣10%、水泥2%、矸石53%,料浆质量分数为79%,该配比充填材料单轴抗压强度可达1.8 MPa。现场工程应用表明:该技术充实率可达96.1%,开采21 m厚的煤层地表下沉最大值为265 mm,地表下沉系数仅为0.012 6,应用效果良好。     

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。     

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。     

我国现代煤矿充填技术发展及其分类

充填开采既是"三下"压煤开采的常用技术途径,又是煤矿绿色开采技术体系的重要组成部分。在简述我国充填开采技术的基础上,对现代煤矿充填技术应用进行了新的分类,对泵送高浓度胶结材料充填、巷道迎头抛矸机胶带充填、采空区架后刮板输送机漏矸充填、混凝土膏体材料充填4种充填技术应用进行了介绍,并分析了现行煤矿充填技术的缺陷及发展方向。     

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.     

双碳目标下“煤基固废-CO2”协同充填封存技术构想

“双碳”目标的提出给煤炭行业绿色低碳发展带来了新挑战和新要求。针对煤炭开发利用全生命周期过程中“煤基固废-CO₂”双重近零排放的要求，通过探究煤炭开发利用过程中的碳排放源，结合现有充填开采技术，提出了以“煤基固废-CO₂”近零排放为核心的协同充填封存技术构想，以实现煤炭开采与“煤基固废-CO₂”充填封存的“内部闭圈消化”。基于矸石零排放研究团队相关成果，提出了三类功能性充填材料，其中第一、二类充填材料可控制覆岩移动和构筑充填单元体，形成以煤层底板、充填体、煤柱及上覆顶板为边界，地质盖层为最后屏障的CO₂地下封存空间；第三类充填材料可与CO₂发生化学反应，实现对CO₂的矿化封存。基于此，分析了“煤基固废-CO₂”协同充填封存的关键问题：煤层赋存地质条件评价；CO₂封存空间稳定性控制；CO₂封存能力估算；CO₂充注效果监测与调控；CO₂封存安全风险应急...     

尾砂胶结充填体抗压强度的尺寸效应研究

通过尾砂胶结充填体配比试验,研究尾砂胶结充填体强度与试样尺寸和几何形状之间的关系.试验结果表明:在相同条件下,尾砂胶结充填体强度在试验范围内随试样尺寸的增加而减小,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:Φ 152 mm充填体试样强度大致为Φ 72和Φ 85 mm试样强度的3/4,为70.7 mm立方体试样强度的3/5.     

吕梁山区表层黄土似膏体充填适应性试验研究

吕梁山区铝土矿资源大多适合于地下开采，随着内陆地区铝土矿价格持续走高，其矿石价值已具备应用充填法开采的条件，地下铝土矿充填开采是铝土矿开采技术发展的新课题。当前对铝土矿采用拜耳法生产氧化铝时产出的赤泥废料不具备进行规模充填的技术条件。地下铝土矿山井巷工程大部分为脉内布置，废石量不足，地下铝土矿山充填开采面临着充填骨料匮乏的难题。通过充填骨料探索性试验，因地制宜选择黄土作为吕梁山区地下铝土矿山的充填骨料，开展了黄土胶结充填物化参数、粒级分析、浆体流动性、泌水率和强度配比等试验。研究表明：①黄土充填料浆能够以似膏体的形式泵送进入采场；②工业性试验表明，黄土作为充填骨料在灰砂比为1∶6、料浆浓度≥68%、泌水率≤3%的条件下，具备似膏体特性，28 d充填体强度≥0.8 MPa，满足某地下铝土矿回采对充填体强度及矿山充填能力的要求，有助于解决该矿山在充填开采过程中面临的充填骨料不足和顶底板遇水泥化问题，可为控制铝土矿开采地压及提高回采率提供重要技术支撑。     

吕梁山区表层黄土似膏体充填适应性试验研究

吕梁山区铝土矿资源大多适合于地下开采，随着内陆地区铝土矿价格持续走高，其矿石价值已具备应用充填法开采的条件，地下铝土矿充填开采是铝土矿开采技术发展的新课题。当前对铝土矿采用拜耳法生产氧化铝时产出的赤泥废料不具备进行规模充填的技术条件。地下铝土矿山井巷工程大部分为脉内布置，废石量不足，地下铝土矿山充填开采面临着充填骨料匮乏的难题。通过充填骨料探索性试验，因地制宜选择黄土作为吕梁山区地下铝土矿山的充填骨料，开展了黄土胶结充填物化参数、粒级分析、浆体流动性、泌水率和强度配比等试验。研究表明：①黄土充填料浆能够以似膏体的形式泵送进入采场；②工业性试验表明，黄土作为充填骨料在灰砂比为1∶6、料浆浓度≥68%、泌水率≤3%的条件下，具备似膏体特性，28 d充填体强度≥0.8 MPa，满足某地下铝土矿回采对充填体强度及矿山充填能力的要求，有助于解决该矿山在充填开采过程中面临的充填骨料不足和顶底板遇水泥化问题，可为控制铝土矿开采地压及提高回采率提供重要技术支撑。     

上向水平分层充填采矿法的优化研究

针对新桥硫铁矿上向水平分层江砂胶结充填采矿法存在的问题,优化了采矿方法,科学地设计了胶结充填体强度,在试验基础上,优化了充填材料及配合比。得出了满足安全生产条件的充填体强度：矿柱充填体单轴抗压强度为2．1MPa,矿房浇面充填体σ14=1．0MPa,σ28=3．0MPa;达到了最佳充填材料配比：矿柱和矿房浇面的充填体灰沙比分别为1：7和1：5。研究成果已在新桥硫铁矿推广应用,效果良好．     

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。     

激发剂改性水泥-矿渣充填体宏观力学性能的影响机制

针对某矿山充填早期强度低、水泥耗量大、充填体强度发展缓慢等问题,选取NaOH、Na₂SO₄、Na₂CO₃、水玻璃作为碱激发剂,对比研究了4种激发剂对水泥-矿渣胶凝材料活性的激发效果,以及充填体力学性能的演化规律。试验结果表明：当采用NaOH作为激发剂时,3 d抗压强度最优值为1.36 MPa, 7 d抗压强度最优值为2.26 MPa;采用Na₂SO₄作为激发剂时,3 d抗压强度最优值为1.33 MPa, 7 d抗压强度最优值为2.11 MPa;采用Na₂CO₃作为激发剂时,3 d抗压强度最优值为0.83 MPa, 7 d抗压强度最优值为1.74 MPa;采用水玻璃作为激发剂时,3 d抗压强度最优值为1.42 MPa, 7 d抗压强度最优值为2.35 MPa。因此,4种激发剂对于水泥-矿渣胶凝材料的激发效果以水玻璃为最佳,NaOH次之,其次为Na₂SO₄,Na_2...     

公格营子煤矿胶结充填材料试验

以公格营子煤矿为研究对象,通过单轴抗压强度试验对胶结充填体压缩特性进行研究,系统分析了白灰、粉煤灰、水泥、矸石不同配比方案,得出胶结充填体试块压缩特性和抗压强度随养护龄期的影响规律。试验结果表明:相同条件下,胶结充填材料强度与白灰掺量、粉煤灰掺量、料浆质量浓度和养护龄期成正比关系。通过单因素方差分析和显著性检验分析28 d充填料浆的抗压强度试验结果,得知质量浓度对充填体抗压强度的影响相对较大。公格营子煤矿现场充填体材料配比能够满足在开采过程中和开采后充填体对上覆岩层的整体性和长期稳定性的要求,能够指导类似煤矿后续的开采。     

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。     

高浓度胶结充填体强度影响因素试验研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,以水泥、粉煤灰、料浆浓度、养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下四因素对胶结充填体强度的影响,以及不同水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下三因素对胶结充填体坍落度的影响。结果表明:养护龄期对充填抗压强度影响最大,最不敏感的是粉煤灰含量;水泥含量对充填体坍落度的影响最大,最不敏感的是料浆浓度。同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即水泥含量10%、粉煤灰含量20%、料浆浓度80%、养护时间为28 d,其单轴抗压强度为4.68 MPa,坍落度为243 mm,能够满足充填开采的要求。     

尾砂胶结充填材料配比强度变化特性研究

矿山地下矿产资源的开采活动形成大量空区使地表工业及民用场所存在塌陷的风险,为减小矿山资源开采对此周边环境造成的影响,充填采矿法近年被广泛应用于开采实践中去,其中尾砂作为充填材料应用也越来越广泛,而如何调节尾砂胶结材料的配比提高充填强度便显得极为重要。本文以广西省某矿山连选试验全尾砂和水泥为材料,设计灰砂比为1︰3、1︰4、1︰6、1︰8、1︰12五组,料浆浓度为78%、76%、74%、72%四种组合,总计20组配比材料,并对样本试样进行四个龄期（3、7、28、60 d）的强度测试,测试结果显示随着龄期增加充填体试样强度逐渐变大,且料浆浓度的提高对充填体试块的强度增大也是有益的。根据试验测试结果从经济和可行性方面方面综合考量,确定浓度为74%,灰砂比为1︰4时为较优的配比组合,其60 d龄期抗压强度达到2.864 MPa,满足该矿山充填体强度要求。     

全尾砂新型充填胶凝材料在月山铜矿的应用研究

根据月山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全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。通过研究全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:该铜矿全尾砂的中值粒径为d50=0.0426mm,大于0.074mm的尾砂占36.8%,全尾砂颗粒细;灰砂比1∶6、浓度70%、28d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.32MPa,而相同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3.53倍即4.66 MPa。因此,提出了适合矿山的胶结充填参数:推荐充填料浆浓度68%~70%,新型胶凝材料与全尾砂之比为1∶6~1∶8进行工业充填试验。工业试验结果表明,1#和2#钻孔充填体试样强度均能够满足月山铜矿对充填技术和充填质量的要求,且强度仍有富余,建议矿山进一步优化充填料配比,减少胶凝材料用量,从而节约充填成本。