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．     

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．     

充填体强度设计知识库模型

综合分析了国内外充填矿山的工程实践资料,并用分形维数来表征充填材料的级配特性,将矿体埋藏深度、矿体长度、矿体厚度、充填体暴露高度、充填体暴露面积及充填材料分形维数6个因素作为输入,充填体设计强度作为输出,建立了充填体强度设计的神经网络知识库模型.为了避免神经网络易陷入局部极小以及收敛速度慢等缺陷,采用遗传算法对神经网络进行优化,提高了神经网络学习效率.通过对知识库模型进行检验,发现其具有很高的计算精度.研究表明,随着开采深度的增大,充填体设计强度必须随之增大;充填体侧向暴露面积越大,所要求的充填体强度越高.将该模型应用于三山岛金矿,设计了合理的充填体强度.     

矿渣微粉细度对胶结充填体强度的影响

酒钢矿渣属于酸性低活性矿渣,为了激发其潜在活性,解决其强度低的问题,采用机械活化的方式,将熙金公司生产的原状渣粉粉磨1.0 h和1.5 h,以获得不同细度的渣粉,对其进行粒度和微观分析,并在此基础上探究渣粉细度对胶结充填体强度的影响。试验表明:随着粉磨时间增加,矿渣微粉粒径迅速减小,粉磨1.5 h后的矿渣微粉平均粒径从24.31μm减小到12.26μm,降幅达到49.6%;微观分析表明,机械粉磨主要是对矿渣颗粒的粒径和表面形貌产生影响,不会改变其内部晶体结构及物相组成;胶结充填体的强度随着渣粉细度的增大而增大,粉磨1.0 h的中细渣粉3 d、7 d和28 d强度较之于原状渣粉分别提高了33.3%、30%和9.3%,粉磨1.5 h的超细渣粉3 d、7 d和28 d强度较之于原状渣粉分别提高了63%、53.6%和35.2%。     

不同骨料固结粉胶结充填体强度试验与对比分析

为了将固结粉新型胶凝材料在金川矿山推广应用,针对目前矿山采用的4种充填骨料,开展固结粉胶结充填体强度试验研究.首先,针对龙首矿充填系统以及工业技术参数,进行4种充填骨料、3种胶凝材料和5种充填料浆浓度的试验方案设计.然后,针对4种充填骨料开展不同料浆浓度的充填体强度试验,获得了不同配比条件下胶结充填体强度.最后,针对固结粉胶凝材料进行4种骨料胶结充填体强度分析和对比研究.结果显示,除了戈壁粗砂骨料的胶结充填体3d和28d强度低于矿山设计强度外,其他3种骨料胶结充填体强度均满足金川矿山充填体设计强度.由此可见,固结粉新型胶凝材料可以替代水泥在金川矿山推广应用.     

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。     

全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制

以大冶铁矿全尾砂为原材料,采用水泥为胶结材料制作全尾砂胶结充填体,采用单因素五水平设计试验,研究了全尾砂胶结充填体强度与料浆中固相质量分数、灰砂配比及龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析.胶结充填体强度随着料浆中固相质量分数的增加遵循指数函数增长,随灰砂配比的增加呈线性增长,随龄期增加遵循指数函数的增长,其中胶结充填体强度对龄期的敏感性最高,料浆中固相质量分数次之,灰砂配比最弱.胶结充填体抗压破坏试验结果显示,充填体的破坏经历了四个阶段,分别为微裂隙闭合阶段、线弹性阶段、微裂纹扩展阶段及裂纹贯通破坏阶段.     

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。     

磁处理方法提高高水充填材料胶结体强度的试验研究

磁处理方法提高高水充填材料胶结体强度的试验研究霍广新利用磁化水拌制高水充填材料．通过均匀设计试验方法分析磁化参数对高水充填材料胶结体强度的影响并对磁化参数进行优化；利用此优化参数处理高水充填材料浆体．比较磁化水与磁化浆体效果．通过对比试验得出：利用磁...     

破碎矿体分段凿岩阶段嗣后充填采矿法实践

为解决黄沙坪矿79#1-1矿体由于矿体含硫高、矿岩破碎不稳固、允许暴露面积小、矿山无胶结充填系统,因而开采困难的问题,进行中深孔成孔试验和孔底温度监测试验,在此基础上提出长锚索预护顶下分段凿岩阶段嗣后充填采矿法。文中介绍了该方法的特点、结构尺寸、采准切割与回采工艺。现场工业试验表明,该方法实现了矿体安全、高效的回采。     

围岩与早期强度阶段充填体耦合作用的模拟试验研究

选用全精炼工业石蜡和以石蜡为胶结剂的尾砂石蜡拌合料作为两种充填体模拟材料,通过轴向加载测试并借助超声波检测仪、声发射信号分析仪、裂纹扩展显微成像设备等,对处于早期强度阶段的充填体与围岩的耦合作用机理进行试验研究。结果表明,石蜡和尾砂石蜡这两种材料的力学变形特征与矿山所用充填体早龄期的力学性能相似,用其模拟处于早期强度阶段的胶结充填体是合理和可行的;在加载过程中,围岩/充填体复合试样的破坏裂纹主要沿着围岩与充填体接触面扩展;试样内超声波声速值衰减幅度越大的区域,其内部损伤破坏越严重;试样加载过程中的声发射点分布情况进一步验证了损伤破坏在充填体与围岩接触带区域发生较多,这与裂纹扩展情况相符。     

基于超声波波速及 BP 神经网络的胶结充填体强度预测

尾砂胶结充填体作为一种水泥基多相复合材料,其单轴抗压强度与超声波波速受水泥含量、固体质量分数、试件形态等因素影响.通过制备三种形态(7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm立方体,φ5 cm×10 cm圆柱体和φ7 cm×14 cm圆柱体)的试件并进行单轴抗压强度试验和声波波速测试,对充填体强度和波速受水泥含量、固体质量分数和试件形态影响的规律进行了灰色-关联度分析.结果表明：水泥含量是影响强度的关键核心因素,关联度为0.837;固体质量分数是影响波速的关键核心因素,关联度为0.712.建立了充填体强度-波速指数函数预测模型和BP神经网络预测模型,通过对两种预测模型进行统计分析的F检验和t检验验证了两种方法在充填体强度预测的可行性,为胶结充填体的强度预测提供了新方法.     

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。     

双暴露面的阶段充填体孤柱需求强度模型及影响因素

阶段充填体孤柱侧壁均暴露、处于双轴受力状态,易发生剪切破坏.为合理确定其所需强度值,根据Terzaghi松散地压理论和滑楔体极限平衡理论,建立了孤柱需求强度数学计算模型,分析了需求强度的影响因素.结果表明:阶段充填体孤柱需求强度值与采场埋深和结构参数呈正相关,与充填体内摩擦角、充填体-围岩接触面摩擦系数和摩擦角呈负相关.该研究成果对指导矿山充填配比设计、防止地表塌陷和环境保护等具有现实意义.     

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。     

充填体矿柱物理力学参数的优化设计

充填体在开采过程中往往由于剪切滑移而产生垮落破坏,造成矿石贫化.根据充填体受力情况建立充填体抗滑动的极限状态方程,利用MATLAB对改进的一次二阶矩算法编程计算.结合实例分析了充填体矿柱结构可靠指标随充填材料物理力学参数不同而改变的情况,据此进行参数优化,在保证充填体结构稳定的前提下,有效降低充填成本.     

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。     

厚大矿床阶段嗣后充填采场逐段优化设计与数值分析

针对厚大矿床阶段嗣后充填采矿设计采用单一和确定的采场结构型式和参数的局限性,提出采场逐段优化设计方法。以河北省滦县司家营铁矿南区为工程背景,综合考虑安全生产和矿岩稳固条件存在的差异性,选择与之相适应的间隔式、对角式和点柱式的采场结构类型;从首采阶段开始,按照阶段开采顺序,以盘区采矿成本为优化目标,采场安全系数、地表岩移和矿石损失率为约束条件,借助FLAC3D三维数值模拟分析软件逐段建立阶段嗣后充填采场设计的优化模型,获得各个阶段的采场结构型式和优化参数。通过对最优方案的数值分析,研究和评价分段采矿设计地表岩移、围岩应力和采场稳定性。研究结果表明:逐段优化设计是实现厚大贫矿床安全高效开采的关键技术,对矿床生产具有一定的指导意义。     

基于库仑摩擦原理的充填体强度力学模型

以充填体无限小单元为研究对象,基于库仑摩擦原理建立摩擦充填体强度力学模型,采用理论分析与工程实例相结合的方法研究其变化规律,并应用模型预测值进行现场试验验证模型有效性。研究结果表明:摩擦充填体强度模型预测值随充填体高度的增加而逐渐增加,且充填体高度超过30 m后,由于静摩擦向动摩擦的转化,其增加幅度明显降低;强度预测值随充填体长度的增加变化不大,与宽度无关。摩擦充填体强度模型预测值随充填体尺寸的变化规律与高水自立强度模型的相似,但摩擦充填体强度模型更简易且应用范围更广泛。充填体揭露过程中仍保持稳定,未出现垮塌现象,证明该力学模型是可靠的,该模型满足了安全性和降低充填成本的双重目的。     

采空区充填体强度分布规律试验研究

针对2种不同充填下料口位置,通过相似模型浆体充填试验,分析采空区充填浆体流动沉积规律及充填浆体颗粒质量分数分布规律,研究采空区充填体强度空间分布。根据采空区充填体强度分布特征,提出采空区充填体强度评价方法。研究结果表明:充填体强度受浆体颗粒质量分数影响,粗颗粒质量分数越大,其单轴抗压强度越大;充填浆体在流动沉积过程中,颗粒分布不均匀导致其充填体强度分布不均匀;在流动方向上,充填体强度分布基本符合正太分布规律,离充填口距离越大,粗颗粒质量分数越小,细颗粒质量分数越大,其充填体强度越小;在沉积方向上,充填体强度呈线性变化规律,随高度增加,粗颗粒质量分数降低,细颗粒质量分数增加,其强度线性降低;在采空区充填区域同时存在强度增强和损失区域,但只要该区域充填体强度大于规定的有效强度,即认为充填达到标准要求。