戈壁砂和棒磨砂骨料充填料浆管输特性试验

基于利用戈壁砂替代棒磨砂骨料来降低充填采矿成本的目的,开展两种骨料充填料浆管道输送特性试验。首先进行戈壁砂和棒磨砂两种骨料的粒径级配分析,结果显示两种充填骨料的粒径级配基本相同。然后采用L管试验装置,对两种骨料的充填料浆进行流变特性对比试验。结果表明:在相同条件下,当质量浓度小于82%,两种骨料充填料浆流变特性不存在本质上的差异;当料浆质量浓度大于82%时,戈壁砂充填料浆流变特性优于棒磨砂;当充填管径大于130mm时,两种骨料充填料浆流变特性基本相同;当充填管径小于130mm和质量浓度小于82%时,戈壁砂充填料浆流变特性优于棒磨砂。由试验结果可知,当料浆质量浓度小于82%和管径小于130mm的管道输送条件下,戈壁砂替代棒磨砂充填料浆的管输特性没有变化。采用高浓度和大管径管道输送时,戈壁砂充填料浆更有利于管道输送。由此表明,金川矿山充填采矿中利用廉价的戈壁砂替代棒磨砂骨料,能够降低充填成本,提高充填采矿经济效益。     

充填膏体流变参数优化预测模型

为了更精确地对充填膏体流变参数进行优化预测,建立主成分分析法(PCA)和改进的BP神经网络(I-BPNN)相结合的优化预测模型。以某金属矿山充填膏体配比实验为基础,利用主成分分析法对充填膏体流变参数影响因素(膏体质量分数、砂灰质量比、料浆容重和坍落度等)进行预处理,得出主成分,再利用改进BP神经网络模型进行预测,最终得到更准确的充填膏体流变参数预测结果。研究结果表明:该模型对充填膏体屈服应力、黏度等流变参数优化预测的相对误差都控制在5%以内,较未经主成分分析的BP神经网络预测结果,经主成分分析后,屈服应力预测相对误差降低0.48%~7.29%和黏度相对误差降低1.67%~6.20%,表明该模型对充填膏体流变参数预测是合理、有效的,屈服应力与黏度的预测精度显著提高,为充填膏体流变参数优化预测提供了一种新思路。     

磷矿尾砂与尾泥对胶结充填材料性能的影响

文章以磷矿采选废弃物浮选尾砂、重选尾泥为细骨料,以磷尾矿为粗骨料,和水泥制备胶结充填材料。在料浆质量比为85%、水泥质量比为7%的情况下,研究添加不同掺量尾砂、混合添加尾砂和尾泥对胶结充填材料流动性、稳定性及力学强度性能的影响。结果表明:随着尾砂掺量的增加,坍落度、扩散度及稠度总体上都呈先增加后减小的趋势,泌水率呈逐渐减小趋势,分层度呈先增大后减小趋势,抗压强度呈逐渐增大的趋势;当混合添加尾砂和尾泥的质量占总干质量40%时,随着尾泥掺量增加,坍落度、扩散度、稠度、泌水率、分层度及抗压强度总体上均呈逐渐减小的趋势。综合分析,当细骨料占干质量40%,w(尾砂)∶w(尾泥)为3∶1时,磷尾矿胶结充填材料的各项性能表现良好。     

金川镍矿全尾砂-棒磨砂混合充填材料工业充填试验研究

针对金川下向进路式胶结充填法采矿工艺,开展了全尾砂-棒磨砂混合充填料的工业试验研究。试验结果表明,添加30%的全尾砂充填料,不仅提高了充填体强度,而且还可降低充填体的沉缩率、改善砂浆流动性,完全满足金川矿山安全充填采矿的要求。开展全尾砂充填料的工业化生产,能够弥补棒磨砂充填料的严重不足,显著降低充填采矿成本,从而获得更好的经济效益和社会效益。     

基于均匀设计实验的膏体配比优化

 某铅锌矿使用膏体充填中出现了缓凝现象,添加促凝剂后效果良好。为优化添加促凝剂条件下的膏体物料配比,开展了均匀设计实验。考察了膏体质量分数、砂灰比对泌水率、流动度、充填倍线、膏体强度的影响。实验结果表明,膏体的泌水率、流动度和充填倍线主要受质量分数影响,且均与浓度成负相关。砂灰比对流动度的影响很小,但其是膏体强度的主要影响因素,砂灰比越小,膏体的强度越大。综合考察泌水率、流动度、充填倍线、膏体强度4 种指标对应的配比范围,得出推荐配比为质量分数75%~76%、砂灰比7:1~8:1。     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质(粒级组成、化学成分),并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示:全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水(1%~0.6%),充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

固结粉胶凝材料开发与胶结充填体强度试验

针对金川矿山开采面临的采矿经济与环保压力,利用酒钢低活性酸性矿渣,开展新型充填胶凝材料开发,获得称为固结粉的早强型新型充填胶凝材料。为了实现固结粉在金川矿山工业化应用,针对金川矿山废石、棒磨砂、戈壁砂和河沙等骨料,开展了4种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度试验。结果表明,除了戈壁粗砂骨料胶结充填体3 d抗压强度小于设计抗压强度外,其他3种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度均满足金川矿山安全采矿要求,说明早强型固结粉胶凝材料应用于金川矿山充填法采矿中能够替代水泥。     

基于RSM的胶结充填体强度回归及料浆寻优研究

为了提升充填料浆性价比,针对多种骨料混合充填类矿山开展料浆优化配比研究。首先,根据骨料物化性质,采用Talbol理论分析碎石-棒磨砂的最大堆积密实度并确定碎石与棒磨砂这2种材料的最优配比范围;然后,根据响应面法(RSM)提供的中心复合试验方案进行17组配比试验,构建强度为响应值的回归模型,揭示料浆质量分数、碎棒比(碎石与棒磨砂的质量比)和胶砂比(水泥和骨料的质量比)单一或交互作用对充填体强度的影响机制。最后,采用目标规划法对充填料浆配合比寻优。研究结果表明:强度对单一因素的响应极敏感,对因素交互的响应具有显著性;在因素交互下,早期强度对料浆质量分数和胶砂比交互作用敏感,中期强度受碎棒比和胶砂比的交互作用影响大,料浆质量分数和碎棒比的交互作用对后期强度影响显著;考虑性价比的料浆最优配合比是料浆质量分数为77%,碎棒比为2.33,胶砂比为1:5,该配合比满足金川二矿区输送与充填强度设计标准。     

建筑垃圾再生骨料对矿山充填膏体输送性能影响的试验研究

为探究建筑垃圾再生骨料对矿山充填膏体输送性能的影响,采集废弃路面混凝土、城区废旧建筑物、建筑工地废弃物三种来源的建筑垃圾制备充填膏体,通过基本物理性质(表观密度、堆积密度、吸水率、压碎指标、针片状颗粒)和输送性能(充填膏体的塌落度、分层度、泌水率)测试,验证三种不同建筑垃圾制备充填膏体的可行性。采用单因素试验分析方法,通过改变充填膏体的质量浓度、固相比,探究对不同建筑垃圾充填膏体输送性能的影响。实验结果表明:以建筑工地废弃物再生骨料制备的充填膏体其效果最优。建筑工地废弃物充填膏体的塌落度、分层度、泌水率随其质量浓度和固相比的增加分别出现逐渐减小和先减小后增大的趋势。当质量浓度76%～78%,固相比为1∶4∶6时,建筑工地废弃物再生骨料充填膏体的输送性能达到最佳。     

膏体充填体多场性能的实验研究与数值模拟:回顾与展望

膏体充填技术是一种用于治理地下采空区和尾矿库的绿色采矿方法。膏体充填体在采场中的固化过程是热–水–力–化学多场性能共同作用的结果。目前,对膏体充填体多场性能的研究主要包括室内相似模拟实验、现场多场性能监测实验、多场性能耦合模型构建、多场性能数值模拟。由于难以在真实采场中研究膏体充填体的原位多场性能,目前针对膏体充填体的原位多场性能的研究大多采用数值模拟方法。通过对真实采场中的膏体充填体的不同条件(例如,养护环境、采场几何形状、排水条件以及有无充填挡墙和充填速率等因素)进行模拟,进一步研究膏体充填体的原位多场性能。本文总结了开展膏体充填体多场性能数值模拟所采用的数学模型,并列举了数值模拟在原位膏体充填体多场性能演化的工程应用实例。最后提出膏体充填体多场性能需要加强相关理论研究,形成基于膏体充填体的强度设计准则,开展膏体充填体多场性能的全域数值模拟,开发基于膏体充填体多场性能演化的安全预警技术,开发膏体充填体多场性能监测技术和监测设备的自动化和无线化,实现膏体充填体多场性能监测技术的应用和推广。     

高钙粉煤灰制备低导热高强度陶瓷材料及其表征

从泰国Mae Moh发电厂收集的高钙粉煤灰（HCFA）被用作陶瓷生产的原料。X射线荧光表征下HCFA主要成分为28.55wt% SiO₂、16.06wt% Al₂O₃、23.40wt% CaO和17.03wt% Fe₂O₃。由于钙质和铁质含量比例较高,使用HCFA替代钾长石,用量为10wt%–40wt%。研究了替代高钙粉煤灰（0–40wt%）和烧结温度（1000–1200°C）对陶瓷基材料的物理、机械和热性能的影响。结果表明,加入适量的HCFA可以提高陶瓷样品的致密化程度和强度,降低陶瓷样品的导热系数。粉煤灰中高比例的钙质和铁质成分促进了陶瓷样品的玻璃化行为。研究结果说明,在最佳粉煤灰含量和烧结温度下,液相的形成促进了致密化。此外,这些组分还促进了更丰富的莫来石形成,从而提高了陶瓷样品的弯曲强度。在1150–1200°C烧结温度下,添加10wt%–30wt%的粉煤灰,可获得最佳陶瓷性能。在 1200°C、 吸水率几乎为零（0.03%）时,添加粉煤灰10wt%–30wt%（PSW-FA(10)–(30)）的FA陶瓷样品的最大弯曲强度在92.25–94.71 MPa范围内。就隔热材料而言,粉煤灰添加量的增加对热导率有积极的影响,这是因为陶瓷FA样品内部无机分解反应产生的气体产生了更高的孔隙度。在1150°C烧结的陶瓷样品中添加20wt%–40wt%的高钙粉煤灰可将热导率降低14.78%–49.25%,同时保持可接受的弯曲强度值（~45.67–87.62 MPa）。基于其表现出良好的机械和热性能,利用这种高钙粉煤灰作为粘土成分的替代原料制造瓷砖是可行的。     

膏体充填材料性能影响因素试验研究

以淄博矿业集团岱庄煤矿膏体充填为例,通过均匀试验系统研究了膏体充填材料性能的主要影响因素。结果表明:在材料颗粒级配、温度、湿度确定的情况下,质量浓度是影响塌落度、分层度、凝结时间和抗压强度的主要因素;在质量浓度相同的条件下,粉煤灰含量越高,塌落度越大;膏体分层度随粉煤灰含量的增加而逐渐减小;随着胶结料含量的增加,单轴抗压强度增长迅速;泌水率随着细粒级含量和质量浓度的增大而减小。     

铀尾砂胶结充填体三轴压缩试验及非线性强度准则研究

充填采矿法是矿山开采的重要施工方法,探究尾砂胶结充填体回填采空区后的强度特性具有重要的理论研究和工程实际意义。以铀尾砂胶结充填体为研究对象,研究砂灰比和围压对胶结充填体力学性能的影响。随后基于三种强度理论,以试验数据为基准,对不同砂灰比铀尾砂胶结充填体强度进行预测。研究结果表明砂灰比对尾砂胶结充填体的力学特性有较大的影响;（1）砂灰比为4,围压小于4MPa时,铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变软化型,砂灰比大于4.铀尾砂胶结充填体的应力-应变曲线呈应变硬化型（2）粘聚力和内摩擦角随着砂灰比的增大而减小,并逐渐趋于平稳。并呈指数下降趋势,（3）Rocker准则公式简单,能精准的预测不同砂灰比条件下铀尾砂胶结充填体的强度。并提出考虑砂灰比的铀尾砂胶结充填体的Rocker强度准则,并验证其具有良好的预测效果,上述研究将为矿山充填开采提供有益的参考。     

阶段嗣后胶结充填体矿柱强度模型研究与应用

利用滑楔体极限平衡理论,建立胶结充填体矿柱侧向滑移失稳模型,考虑采场结构参数、充填材料自身特性和充填体-矿岩(柱)接触面特性的影响,分别得出胶结充填体矿柱与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时所需强度模型。以中关铁矿为工程分析实例,开展室内充填配比试验。研究结果表明:当胶结充填体矿柱后壁与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时,胶结充填体矿柱所需强度随阶段高度的增加分别呈对数函数和线性函数增长;中关铁矿胶结充填体矿柱所需强度为0.78~0.82MPa,经典强度设计模型计算值偏小,需选取安全系数为1.5~3.0;推荐中关铁矿使用的充填配比为灰砂比1:10、料浆质量分数70%,抗压强度、泌水率、塌落度和流动度均能满足采矿作业需求,水泥用量与原推荐方案相比可降低45.7%。     

尾砂充填料浆流变性能模型与试验研究

以地下矿山尾砂充填料为研究对象,试验研究与理论分析相结合的方法,利用R/S+流变仪和岩石力学试验机对充填料浆的流变性能进行试验研究.引入Papanastasiou黏塑性流体模型来表征尾砂充填料浆的黏度和切应力变化过程.研究结果表明:该黏塑性流体模型预测的结果和试验结果相吻合,因此可用于理论分析计算;得到不同的压力增长指数下切应力-切变速率曲线;尾砂充填料浆的黏度和屈服应力随料浆质量分数的增加而增大;同一质量分数下,胶结尾砂的黏度和屈服应力比全尾砂大.通过对充填料浆流变性能的研究,为矿山充填设计提供了理论和实验依据.     

金川铜尾渣粉对充填体强度的影响

将金川还原提铁后的铜尾渣粉(JCCS)分别作为胶凝材料和代替棒磨砂作为充填骨料,采用正交胶砂试验,进行活性及力学强度试验研究。利用X线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析JCCS试件的水化产物及微观结构。研究结果表明:JCCS是一种惰性固体废弃物,无潜在活性;JCCS作为骨料代替棒磨砂,对早期强度不利,但有利于提高后期强度,当JCCS质量分数达30%时,3 d和7 d强度下降为0 MPa,28 d平均强度可提高24.8%;JCCS试件的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石(AFt),两者交错黏结共同构成力学强度。添加复配早强剂,能提高JCCS充填体早期强度。JCCS能代替20%的棒磨砂用于井下充填,可节约充填成本11.6元/m3。     

泵送剂改善膏体输送性能及配比优化

 某铜矿在进行膏体充填试验时遇到了流动性差的问题,为改善膏体的流动性能,进行了泵送剂的试验研究。通过测量膏体的坍落度和扩展度,考查了5 种不同的外加剂对膏体流动性能的影响。流动性测试结果表明,加入泵送剂C 后膏体的工作性能良好,最佳添加量为水泥质量的2.0%~2.5%。开展均匀设计试验,拟合结果表明,质量分数、尾废比与流动性呈现负相关,砂灰比与流动性呈现正相关。依据拟合方程得出膏体的推荐配比:质量分数为77.5%~78.5%,尾废比为4.5~5.5,泵送剂添加量为水泥质量的2.0%,砂灰比为8。优化配比的验证试验结果满足实际要求。     

基于熵权多属性决策的充填胶凝材料 开发及料浆配比优化

针对金川矿山采用水泥胶凝材料充填成本较高的问题,以矿渣为主要原料开发低成本胶凝材料,在满足矿山要求的前提下,对料浆配比进行优化,以期降低充填成本.对试验材料进行物化分析及混合骨料粒径级配分析;采用正交试验、极差分析等方法进行新型胶凝材料配比优化试验,确定优化配比:熟料、脱硫石膏和矿渣微粉质量分数分别为8％、14％和78％,并利用XRD和SEM等方法探究新型胶凝材料的水化产物及其微观结构,揭示其水化机理;在此基础上进行充填料浆配比试验,并分别以7 d强度、28 d强度、坍落度、泌水率和充填成本为评判指标,基于多属性决策法进行料浆配比优化.结果表明:采用新型胶凝材料,废石和棒磨砂质量配比最优为7:3,胶砂比1:4,料浆质量分数80％,并以此配比进行验证试验,得到相应的7 d强度、28 d强度、坍落度和泌水率分别为4.36 MPa、6.62 MPa、26.8 cm和11.1％,均满足金川矿山要求,并且充填成本为139元/m3,较原来198元/m3的充填成本降低了29.8％.     

氧化石墨烯对镁基纳米复合材料腐蚀、力学和生物学性能的影响

本研究调查了氧化石墨烯 (GO) 对 Mg–Zn–Mn (MZM) 纳米复合材料的力学和腐蚀行为、抗菌性能和电池响应的影响。通过半粉末冶金方法制备了具有不同含量 GO（0.5wt%、1.0wt% 和 1.5wt%）的 MZM/GO 纳米复合材料。通过硬度、压缩、腐蚀、抗菌和细胞毒性测试分析了GO对MZM纳米复合材料的影响。实验结果表明，随着GO含量的增加（0.5wt%和1.5wt%），MZM纳米复合材料的硬度值、抗压强度和抗菌性能增加，而细胞活力和成骨水平降低。添加 1.5wt% GO。此外，电化学检测结果表明，在 0.5wt% GO 中封装后 MZM 合金的腐蚀行为显着增强。总之，GO增强的 MZM 纳米复合材料可用于植入物应用，因为它们具有抗菌性能和较好的力学性能。     

添加CaCl2·6H2O/膨胀蛭石定形相变材料的尾砂基充填体热学与力学性能试验研究

采用常压浸渍法制备了CaCl₂·6H₂O/膨胀蛭石定形相变材料(CEV)，以金矿尾砂为充填材料骨料，制备添加CEV的充填体，对不同灰砂比和不同CEV添加比例下充填体的比热容、导热系数和单轴抗压强度(UCS)进行试验测试，分析了上述变量对充填体热学、力学性能的影响。结果表明:膨胀蛭石对CaCl₂·6H₂O的最大封装能力约为60%，CEV的熔化焓和凝固焓分别高达98.87 J/g和97.56 J/g。对于未添加CEV的充填体，比热容、导热系数和单轴抗压强度均随着灰砂比的降低而降低，对于添加CEV的充填体，比热容随CEV添加比例的增加显著提高，添加12% CEV后，其显热和潜热蓄热能力至少分别提高了10.74%和218.97%。然而CEV的添加会导致充填体孔隙增加，导热系数和单轴抗压强度均随CEV添加比例的增加而降低。当灰砂比为1:8，CEV添加比例分别为6%、9%、12%时，养护期为28天的充填体单轴抗压强度均小于1 MPa。综合考虑充填体蓄热能力和材料成本，推荐充填材料配比方案为灰砂比1:6、添加12% CEV，且添加CEV充填体的蓄热/释热温度区间推荐为20–40°C。本研究可为绿色矿山蓄热充填技术的应用提供理论依据。