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。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;砂灰比为4,围压小于4 MPa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。黏聚力和内摩擦角随着砂灰比的增大而减小,逐渐趋于平稳,并呈指数下降趋势。Rocker准则公式简单,能精准地预测不同砂灰比条件下铀尾砂胶结充填体的强度。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。研究成果为矿山充填开采提供了有益的参考。     

镜铁山矿桦树沟铜矿全尾砂胶结充填物料性能研究

镜铁山矿桦树沟铜矿利用尾砂、水泥做为胶结材料充填采空区,通过对尾沙粒度、比重、塌落度、灰砂比,充填体性能等的参数研究,选择适宜矿山实际的参数,满足充填需要。     

尾砂胶结充填体损伤软-硬化本构模型

针对灰砂比分别为1∶4,1∶8和1∶10的尾砂胶结充填体进行了力学试验,得出了其在单轴压缩条件下的物理力学特性。根据统计损伤理论,在材料微元强度服从Weibull分布规律的基础上,引入有效损伤率参数来表征损伤材料的承载能力,建立尾砂胶结充填体在单轴压缩条件下的损伤软-硬化本构模型。经对比验算,尾砂胶结充填体损伤软-硬化模型与实验结果相吻合。该模型在体现尾砂胶结充填体损伤随机性、应变软化过程的同时,反映了尾砂胶结充填体峰后应变硬化过程及规律,为充填体强度设计提供了依据。     

基于全尾砂充填体非线性本构模型的深井充填强度指标

目前矿山深井充填体强度指标是类比浅部充填经验来确定的,为改变这种不合理局面,根据某深井开采矿山全尾砂充填体单轴压缩实验的应力-应变关系曲线,建立了全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型.结合全尾砂充填体与深部围岩耦合作用下能量损耗相近的原则,得出了全尾砂充填体抗压强度设计公式.实例研究结果表明:建立的全尾砂充填体峰值应力前的非线性本构模型与实验结果吻合;深部开采全尾砂充填体强度指标与围岩原岩应力、弹性模量以及充填体本身的力学性能有关,采用非线性本构模型确定的全尾砂充填体强度指标比采用线性本构模型确定的强度指标更精确.     

粉煤灰全尾砂胶结充填中活化剂的应用

在对柿竹园有色金属矿全尾砂及鲤鱼江发电厂粉煤灰的物理力学性质和化学成份分析的基础上．通过大量试验确定了粉煤灰全尾砂胶结充填中活化剂种类及其最佳掺加量(占粉煤灰的质量分数)为：石灰3．0％、石膏2．0％、CaCl20．5％～1．5％．借助硬化体扫描电镜观测结果。揭示了活化剂的作用机理。     

超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能

针对全尾砂含泥质量分数较高、粒度低的特点,根据充填体作用机理,实验制备出以水淬渣为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料.利用X线(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行研究.研究结果表明:该新型充填料克服水泥全尾砂充填体强度低、充填砂浆黏度大以及成本高等技术难题,抗压强度R28=5.30 MPa是水泥胶结材料的4.7倍,满足矿山充填要求.所配制的充填料有良好的流动性,可以实现浆体自流输送.新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶.大量钙矾石在水化初期形成,是原材料具有较高早期强度的主要因素;钙矶石微观形貌特征为网状或针棒状结构,随着养护时间的增加,水化产物不断发育长大,孔隙逐渐被填充,浆体结构更加致密,具有良好的力学特性.     

粉煤灰全尾砂胶结充填中活化剂的应用

在对柿竹园有色金属矿全尾砂及鲤鱼江发电厂粉煤灰的物理力学性质和化学成份分析的基础上,通过大量试验确定了粉煤灰全尾砂胶结充填中活化剂种类及其最佳掺加量(占粉媒灰的质量分数)为石灰3.0%、石膏2.0%、CaCl20.5%～1.5%.借助硬化体扫描电镜观测结果,揭示了活化剂的作用机理.     

胶结尾砂充填体渗流特性的试验与模拟

通过耦合水力学方程和热传递方程建立充填体的渗流数学模型,将其导入COMSOL Multiphysics软件中分析充填体在养护过程中的温度、孔隙水压力和渗水率随时间的演变规律。实验室的充填体渗流试验研究结果验证该模型的有效性和适用性。通过数值模拟研究不同的充填体初始温度、灰砂质量比和养护温度对充填体渗流特性的影响。结果表明:充填体的初始温度和养护温度越高,灰砂质量比越大,其渗水率越少,对环境的影响越小。研究结论对于充填体的制备和养护具有一定的指导意义。     

低强度粗骨料超细全尾砂自流胶结充填配合比优化及应用

针对锦丰金矿粗骨料原材料自身强度低、矿岩遇水易泥化、尾砂粒级组成细及充填倍线大的现场条件,采用正交设计方法开展针对不同充填料浆质量分数、水泥掺量及人工砂与尾砂质量比优化研究;对充填料浆流动性指标和充填体强度指标规律进行分析。研究结果表明:当充填倍线为3.7～6.9,料浆质量分数为75%,人工砂与尾砂质量比为2.9,水泥掺量为12%～20%时可以实现自流充填要求;扩散度相对于坍落度对衡量自流充填料浆流动性具有更好的适应性;低强度充填骨料对充填体强度影响显著;当采矿进路最高达8.5 m时,充填体强度达到0.5 MPa即可保持良好自立性,并能有效支撑顶板;当充填体强度达到1.2 MPa时即可满足大型无轨设备行走需求,该值明显低于同类矿山技术要求。     

尾砂胶结充填法在康家湾矿的应用

康家湾矿在试生产期间，用尾砂胶结充填法在大型水体下顺利采出了９０余万ｔ矿石，取得了很好的经济效益和社会效益．本文主要介绍该法的适用条件、结构参数、采准方法、回采作业、充填技术以及技术经济指标．     

减水剂与粉煤灰对全尾砂胶结充填料浆流变性能的影响

全尾砂胶结充填料浆流变性能直接影响其工作性能。采用Brookfield RST-SST型流变仪定量分析了聚羧酸(PC)、萘系(PNS)和三聚氰胺系(PMS)3种类型高效减水剂与粉煤灰单掺和复掺时对料浆流变性能的影响。结果表明:无论减水剂类型,掺入料浆后均可降低其屈服应力和塑性黏度且减水剂掺量越高降低幅度越大,料浆流变性能改善效果越好。3种类型减水剂对料浆流变性能改善程度存在差异,其中PC作用效果最好。减水剂的改性效果随着胶结料的持续水化而出现缓慢退化;随粉煤灰掺量的增加,料浆的屈服应力和塑性黏度呈整体降低趋势,其作用机理主要源于"形态效应";减水剂与粉煤灰两者在改善料浆流变性能方面具有协同效应,复掺后可显著改善料浆的流变性能,效果明显优于单掺改性效果。     

全尾砂高水固化胶结充填工艺前景展望

全尾砂高水固化胶结充填是最新发展起来的一种充填技术。分析了胶结充填工艺的现状,并对全尾砂高水固化胶结充填工艺的优点进行了阐述。     

冲击载荷下胶结充填体的力学性能及能耗特征

为得到中等应变率下全尾砂胶结充填体动态力学性能及破坏规律,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验技术对全尾砂胶结充填体进行了冲击加载试验.试验结果表明:充填体的动态抗压强度及动态抗压强度增长因子随平均应变率的增加均呈线性增长规律,灰砂比越高,充填体的动态抗压强度越大,但动态强度增长因子越小;充填体的韧性指数与平均应变率对数具有显著的正相关性,与静态加载下相比,韧性指数呈几何倍数递减;动载冲击下,充填体的破坏形态主要为轴向宏观主裂缝拉伸破坏及压碎破坏,当平均应变率高于临界值时,充填体破坏形态为压碎破坏;在相同应变率作用下,充填体的单位体积吸收能和单位质量充填体破碎耗能随着平均应变率的增加呈指数函数增长规律,水泥含量越高的充填体具有越高的破碎耗能及单位体积吸收能,且破坏损伤程度越小.     

全尾砂膏体充填临界质量分数

以全尾砂充填膏体为研究对象,利用四叶桨式旋转式流变仪测试质量分数为69%～81%的充填料浆的流变特征及其参数,采用赫谢尔-布尔克莱模型回归得出料浆在剪切速率为0～120 s-1条件下的流变模型.结果表明:质量分数为69%～81%的料浆流变模型为屈服伪塑性体,质量分数为81%的料浆为宾汉塑性体;流变性能指数n与料浆的质量分数呈线性关系,随质量分数的增大而增大.膏体的临界质量分数为80.91%.     

尾砂胶结充填体变形及强度试验研究

对几种水泥尾砂配比的全尾砂胶结充填体进行了无侧限条件下的变形试验，并首次对其抗拉强度和抗挠强度进行了对比试验，发现尾砂胶结充填体在无侧限条件下无明显压密过程，具有较大的侧向膨胀能力，其抗挠强度远比抗拉强度大等特征，进一步证明了这种充填体具有较强的塑性．     

胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究

为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性. 对不同冲击速度（1.5 ,1.7 ,1.8 ,2.0 m/s）条件下4种配比胶结充填体（灰砂质量比分别为1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10）,采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究. 结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10％;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4, 1∶6, 1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238～0.336,0.274～0.413,0.391～0.547,0.473～0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.      

提高江砂胶结充填体强度的试验

针对某硫铁矿应用长江砂胶结充填体存在的质量问题，采用向长江砂胶结充填料中加掺合料及减水剂的方法．结果表明，采用这种方法，提高了江砂胶结充填体的强度，为该矿安全采矿、充分回收资源提供了科学依据．     

单轴压缩下混合集料胶结充填体变形破坏及能耗特征分析

开展混合集料胶结充填体单轴抗压试验,研究不同粗骨料替代率下充填体试样的变形破坏模式及力学特征,并揭示试样峰前变形阶段能量分配演化规律及单轴受压破坏的能量损伤演化过程.研究结果表明:充填体试样在峰前变形阶段呈现出孔隙与裂隙二次压密的特征,且峰值应力随粗骨料替代率增大遵循二次函数增长规律,说明粗骨料替代率存在最优范围;随着...     

尾砂充填体力学参数混沌优化反分析研究

采场尾砂胶结充填体力学参数难以在实验室得到,有必要用反分析方法获取.采用有限元方法对不同充填体力学参数的变形结果进行计算,建立充填体力学参数与其变形结果的神经网络映射模型.用混沌优化与神经网络映射模型相结合,实现了充填体力学参数反演计算.对安庆铜矿高阶段充填体工程实例进行了分析,得出了不同配比尾砂胶结充填体力学参数.研究结果表明,混沌优化与神经网络相结合的反分析方法能实现全局寻优,具有较高的计算精度.图2,表3,参8.     

赤泥-矿渣-水泥基全尾砂胶结充填料的性能与微观结构

为了克服胶结充填成本高,解决尾矿、赤泥大量堆存而危害环境的问题,实验制备出以赤泥为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料.该充填料试块在强度上优于用水泥制备的全尾砂胶结充填料试块,抗压强度达到R28=7 MPa,满足矿山充填要求.所配制的充填料有良好的流动性、保水性好、不泌水且成本大大低于水泥胶结充填材料.利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行了研究.结果表明,原料中的矿物相经水化反应后生成了大量的钙矾石和结晶程度低的复杂凝胶,它们交织在一起使体系结构致密,具有较好的力学性能.