基于尾砂沉降与流变特性的深锥浓密机压耙分析

采用深锥相似模型动态沉降实验及流变参数测定方法研究深锥浓密机压耙原因.结果发现造成深锥浓密机压耙一方面是由全尾砂进料浓度和絮凝剂添加量波动造成全尾砂絮凝沉降效果不佳而引起的;另一方面是间歇式充填排料引起深锥中料浆浓度分布差异性增强,进而导致料浆流变参数突变引起的.通过对深锥压耙机理的研究,为深锥正常运行及事故预测和排除提供理论依据.      

常见炉渣水泥复合胶凝材料性能研究综述

矿渣、钢渣是常见炉渣,炉渣作为工业冶炼后的残余产物占据着大量优质的土地资源,严重污染着周边环境.为了解决炉渣的使用问题,一种方法是将经过处理的炉渣掺入到水泥的生产中,代替部分水泥,制成炉渣水泥复合胶凝材料;另一种方法是将炉渣作为碎石掺入到混凝土的制作过程中,但这种效果并不理想.研究表明,炉渣水泥复合胶凝材料几乎与水泥性能相当,展现出了许多优异的性能.这种方法不仅解决了炉渣使用的问题,还减少了因为炉渣堆积和水泥生产带来的环境污染,因此炉渣水泥复合胶凝材料的研究成为了国内外关于水泥研究的热点之一.将从多方面介绍炉渣水泥复合胶凝材料在国内外研究的现状以及未来的发展展望.     

粗骨料对混凝土单轴抗压强度及破坏特征影响的数值分析

采用PFC2D离散元首先生成混凝土基质,然后利用Clump技术形成不同形态的粗骨料混凝土数值模型,分析研究粗骨料含量和形态对混凝土强度和损伤演化的影响。获得以下主要结论：随着粗骨料含量的增加混凝土单轴抗压强度增大,相同含量下三角形粗骨料混凝土的强度最高,其次是五边形粗骨料,圆形粗骨料混凝土的强度最低;粗骨料含量小于50％时,随粗骨料含量的增大弹性模量增速较小,而大于50％时增速较大;混凝土破坏的初始微损伤主要集中在结合面处,圆形粗骨料微裂隙沿着结合面切线方向发展,主控破裂面沿着相邻粗骨料的公切线方向发展,多边形粗骨料微裂隙沿边延伸进入基质,主控破裂面为相邻粗骨料角度基本一致边的微裂隙沿边发展贯通而成。混凝土的损伤演化分为：微损伤的随机分布、微裂隙形成和微裂隙贯通形成破裂面三个阶段,粗骨料含量低时混凝土损伤比较集中,形成明显的主控破裂面,粗骨料含量高时内部损伤严重形成网状损伤裂隙。     

分层因素作用下充填体力学特性变化规律及破坏特征分析

井下尾砂胶结充填体多表现为分层数量多、分层角度小,因此研究分层因素对充填体力学特性及破坏特征的影响势在必行。通过对水平分层、角度分层充填体开展单轴抗压试验,实现分层因素与充填体抗压强度、割线模量间数量关系表征。研究结果表明：充填体抗压强度与分层数、分层角度,以及割线模量与分层数之间均呈指数型负相关,而割线模量与分层角度间更符合多项式函数关系;分层数对水平分层充填体强度的影响效果比固体质量浓度更显著,而角度分层充填体强度对固体质量分数的敏感度高于分层角度。分层充填体试样多表现为贯穿与半贯穿破坏,分层数对充填体破坏形态影响效果最显著,研究结果为矿山分层充填研究提供了理论基础和科学依据。     

全尾砂重力浓密导水通道分布与细观渗流规律

浓密床层导水通道分布特征及通道内部的细观渗流机制是影响全尾砂重力浓密效果的关键因素。利用连续浓密试验与CT扫描技术相结合的方法研究剪切作用对床层孔隙分布特征的影响,将扫描结果导入COMSOL软件进行床层内部液体逆向渗流规律模拟,揭示剪切作用对排水过程的影响机理。结果表明：在给料浓度为10%,絮凝剂浓度为0.01%时,无/有剪切作用下连续浓密平均浓度分别为50.10%和55.82%;内部孔隙率分别为49.90%和44.18%。无/有剪切作用下导水通道数量分别为6和2,剪切作用使导水通道的数量降低了66.7%;流出通道数分别为6和1,流出通道数量降低了83.3%;通道内液体最大渗流速度分别为9.574×10^-6 m/s和2.592×10^-6 m/s,出口最大流速分别为5.372×10^-6 m/s和1.468×10^-6 m/s;孔隙表面最大压力值随着液体逆向渗流逐渐降低。剪切前导水通道呈开放连通状态,排水后孔隙体积减小,导水通道闭合,床层浓度进一步提高。导水通道数量的降低说明剪切作用实现了床层的强化排水,为膏体材料的制备奠定基础。     

全尾砂无耙深锥稳态浓密性能分析

结合沉降和压滤实验, 对脱水性能数据进行曲线拟合获得连续网状结构形成浓度、压缩屈服应力和干涉沉降系数, 引入Usher提出的稳态浓密性能预测算法, 建立了无耙深锥浓密模型, 分析了絮凝剂单耗、底流中固相的体积分数、泥层高度等对固体通量和固体处理能力的影响规律.研究结果表明: 絮凝剂添加量对沉降区域影响大于压密区域, 20 g·t-1时浓密性能较好, 底流中固相的体积分数越大固体通量越小; 在沉降区域, 固体通量仅与浓度有关, 不受泥层高度影响; 在压密区域, 固体通量为浓度与泥层高度的方程; 模型参数范围内, 当泥层高度 < 3.5 m时, 固体处理能力为浓度与泥层高度的方程, 当泥层高度>3.5 m时, 固体处理能力与固体通量随底流中固相的体积分数变化规律一致.      

全尾砂压密区孔隙结构几何特征及剪切演化规律

压密区孔隙结构是影响全尾砂重力浓密底流浓度的关键因素,对其几何特征的定量研究鲜见。借助CT断层扫描与三维重构技术获取孔隙的原位形态与分布,分析孔隙率、Feret直径以及孔隙圆度等关键参数的变化特点,揭示剪切作用对高浓度床层全尾砂孔隙结构的演化规律。结果表明,添加2rpm的剪切作用使尾砂床层的孔隙率下降13.43%,但平均孔隙数量变化不明显;有/无剪切作用下的孔隙在Feret直径0～20μm范围分布较多,达到30.67%和46.07%。剪切作用将孔隙圆度在0.9～1范围降低9.86%,但孔隙延伸度和扁平度的变化不大;孔隙在凹凸度0.45～0.5和0.95～1.0范围降低了14.45%。因此剪切作用可以降低尾砂压缩床层的孔隙率,减少孔隙在0～20μm范围内的数量,但对孔隙平均数量影响不大。剪切作用可以减少孔隙在圆度0.9～1范围的数量,对延伸度和扁平度无明显影响,对凹凸度在0.45～0.5和0.9～1范围的影响较大。     

基于NMR技术的玄武岩纤维喷射混凝土韧性演化规律

随着煤矿开采深度的增加,普通喷射混凝土支护结构易开裂脱落。玄武岩纤维(BF)的加入可以有效地提升喷射混凝土韧性与抑制围岩变形的能力。通过弯曲韧性试验研究了BF对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)韧性的影响规律,通过核磁共振试验(NMR)研究了孔隙分布对BFRS韧性的影响,并进行了井下现场支护试验。结果表明:BF掺入后,BFRS 7 d与28 d试块抗弯强度分别提高了9.8%,6.8%,且BF对早龄期抗弯强度提升效果更为明显;分别采用DBV与JSCE标准对BFRS韧性进行评价,实验发现最优纤维掺量为4.5 kg/m~3,此时D■和D■分别为29.5 N·m和57.9 N·m,试件弯曲韧性比同时达到最大值0.875;对比可知,DBV多值韧性标准更适合评价BFRS抗弯韧性。通过NMR试验发现纤维掺量对BFRS孔隙结构影响较大,纤维掺量达到3 kg/m~3时,BFRS大孔径孔隙占比仅为0.25%,当纤维掺量超过临界掺量4.5 kg/m~3,BFRS大孔径孔隙占比增加,喷射混凝土基体内部缺陷增多,韧性降低。进行井下支护试验发现BFRS抑制变形能力优于普通喷射混凝土,其中纤维掺量为4.5 kg/m~3时,支护段巷道35 d收敛位移最小,仅为0.21 mm,此时支护效果最好。分布在BFRS基体内部的纤维可以形成稳定的三维承力结构,有效改善BFRS基体内部孔隙结构,增加BFRS韧性,提高被支护巷道抗变形能力。高韧性BFRS可以有效地满足深部大变形巷道支护要求,达到"变形不开裂,开裂不掉落"的效果。     

云南某矿膏体充填物料缓凝特性实验研究

针对尾砂中白云石含量过高和水玻璃选矿药剂残留2个因素对缓凝的影响进行了实验研究。结果证明,随白云石含量的增加(20%～40%),膏体凝结时间缩短约30%。水玻璃低添加量(小于0.15%)时,膏体凝结时间增加约一倍;当添加量大于0.3%时,膏体凝结时间缩短约50%。因此,白云石具有一定的促凝作用,而选矿残留的低含量的水玻璃能够造成膏体的长期不凝固。可通过提高水玻璃含量的办法达到促凝效果,添加量为水泥量的0.3%～0.5%。     

赞比亚某铜矿全尾砂膏体充填物料特性与优化

在水泥卖方市场条件下的膏体充填材料特性和配比优化是我国海外资源战略面临的新问题。本文以赞比亚某铜矿膏体充填系统为背景,开展膏体流变参数和强度检测实验,计算管道输送阻力和目标抗压强度,优化膏体配比。结果表明,在安全生产的前提下,充填体目标强度为0.5MPa,沿程阻力损失应小于3.92MPa;满足上述条件的膏体配比为灰砂比1：12,膏体浓度70%;该配比可降低水泥用量28.52%,按32.5N散装水泥价格210美元/t计算,年节约充填成本可达373.8万美元(年充填量46.7万m3),为我国海外类似矿山提供借鉴。