冲击荷载下碱化水稻秸秆基尾砂胶结充填体的力学性能及能耗特征

为了解中等应变速率下碱化水稻秸秆基尾砂胶结充填体的动载强度、应力-应变、能量演化及破坏形态特征,采用分离式霍普金森压杆系统对不同掺量碱化水稻秸秆(经NaOH溶液碱化处理)的尾砂胶结充填体进行了单轴单次冲击荷载试验。试验结果表明：充填体的动态抗压强度与平均应变率呈正相关关系,碱化水稻秸秆的掺入可有效提高充填体的动态抗压强度,且随碱化水稻秸秆掺量的增加,充填体的动态抗压强度先增大后减小,最佳掺量为0.3%,动态抗压强度最大增幅为26.81%;单次冲击荷载下,掺碱化水稻秸秆的充填体相比于未掺碱化水稻秸秆的充填体应变更大,但破坏程度更小;同一应变率下,充填体的单位体积吸收能和单位质量破碎耗能均随平均应变率的增大呈现类似指数增长规律,掺碱化水稻秸秆的充填体具有更高的能量水平、吸能性能,且破碎时需要消耗更多的能量;单次冲击荷载下,充填体的破坏形态主要为宏观上的轴向主裂纹拉伸破坏及压碎破坏,当平均应变率超过临界应变率时,充填体破坏形态多为压碎破坏;碱化水稻秸秆在充填体基体内部起到桥连作用,从而减缓充填体裂纹的扩展与能量的释放,使掺碱化水稻秸秆的充填体具有更高的临界应变率,显著提高充填体的稳定性与完整...     

不同加载速率下差异性含水率尾砂胶结充填体力学行为及损伤特性研究

充填体的力学特性是充填配比设计和维护地下采场稳定性的关键指标,而加载速率变化与充填体所处环境（湿度、温度）不同均会对充填力学行为产生影响。本工作对不同含水率（干燥、饱水、自然）充填体开展了变加载速率（0.1 mm/min、0.25 mm/min、0.5 mm/min、1 mm/min、2 mm/min）的单轴抗压强度测试,获得了含水率和加载速率作用下的充填体力学参数和破坏模式,并依据能量守恒定理,研究了不同条件影响下充填体的能量演化规律,建立了基于能量的损伤变量。结果表明：（1）随着加载速率增加,充填体的抗压强度先增加再减小,存在临界加载速率;干燥和饱水对充填体的抗压强度和弹性模量分别具有强化和弱化效应,干燥导致充填体由延性向脆性转变,应力-应变曲线达到峰值应力后快速下降,而饱水虽有利于充填体的延性,但水的弱化作用使其在较小应变下即发生破坏。（2）加载速率由0.1 mm/min增加至2 mm/min,干燥充填体破坏模式由拉剪混合破坏逐渐向以拉伸为主的破坏模式转变,饱水充填体以拉伸破坏为主,而自然充填体整体上表现为拉剪混合破坏。（3）提高加载速率加快了充填体的能量交换,干燥、饱水和自然对...     

含APAM的高浓度全尾砂料浆内部结构演化特征

矿山实际用于充填的全尾砂料浆往往低于设计浓度,且其中残留的絮凝剂对其内部结构影响甚大,全尾砂料浆的管道输送特征与之前大相径庭。为此,本文对添加和未添加阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的全尾砂料浆开展了粒径测试、核磁共振(NMR)测试和扫描电镜(SEM)测试,综合采用计算机图像处理技术与分形理论,量化了全尾砂料浆在不同时间的结构演化特征。结果表明：1) APAM的添加增强了颗粒间的凝聚作用,更多游离的细颗粒在絮凝剂高分子长链的作用下参与形成絮团,料浆中颗粒的粒径增大;2) APAM促进了活跃的自由水逐渐转变为稳定形态的吸附水和絮团水,絮团水比自由水更加稳定而不易析出,有利于流体流动向层流发展,料浆稳定性增强;3) APAM高分子通过吸附架桥作用使颗粒排列更加紧密,随着静置时间的延长,料浆内部絮网结构不断发育,尤其未添加与添加APAM料浆的结构系数在0～20 min期间分别从0.947、0.960上升至0.984、0.998;4) APAM增大了料浆的屈服应力和塑性黏度,进而增大了沿程阻力,对于消耗部分多余的重力势能、减轻管道磨损破坏程度具有积极作用。因此,建议根据全尾砂料浆在管道内的输送时间...     

基于水分迁移的不同质量分数全尾砂浆浑液面沉降规律

全尾砂浆浓密是充填采矿的重要环节，而给料质量分数波动是影响料浆浓密效果的关键因素之一.此外，尾砂浓密过程中内部水分不断发生迁移变化，并受到给料质量分数和沉降时间的制约.本文基于全尾砂浆内部水分迁移变化探究全尾砂浆浑液面沉降特性.为此，针对不同给料质量分数的全尾砂浆开展了室内静态絮凝沉降、核磁共振(NMR)测试和现场工业试验.研究结果表明：全尾砂浆浑液面沉降效果与给料质量分数呈反比，沉降速度随着给料质量分数的增大而降低；给料质量分数和沉降时间显著影响全尾砂浆内部水分迁移变化，随着沉降时间由0.5 min延长至15 min,浑液面处全尾砂浆内部孔隙率减小，即总水分含量减少，表现为自由水含量减小，吸附水和絮团水含量增加，且随着给料质量分数的增加，吸附水、絮团水和自由水含量受沉降时间影响显著.全尾砂浆内部孔隙率、自由水与絮凝沉降浑液面高度存在较好的三次多项式函数关系，可根据水分迁移变化情况评判絮凝沉降效果.现场工业试验表明溢流水随着给料质量分数的增加而逐渐跑浑，当给料质量分数超过21%后，絮凝沉降效果立即变差，溢流水含固量迅速增加、浊度升至80～100 NTU.从砂浆内部水分迁移研究结果为尾砂...