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。     

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%。     

七角井钒铁矿膏体充填物料配比试验研究及其工程应用

为确定七角井钒铁矿充填物料的最佳配比,以该矿尾砂、干抛尾、粉煤灰以及42.5R型复合硅酸盐水泥为试验材料,考虑固相质量分数、尾抛质量比、灰砂质量比以及粉煤灰掺量为影响因素,运用正交试验设计法设计了16组试验配方,测试了不同样品的塌落度、凝结时间、泌水率、离析率以及7 d,28 d,56 d龄期充填体的单轴抗压强度,采用极差分析法研究了各因素对试验指标的影响规律及敏感程度,最终确定了最优的物料配比。研究结果表明:当质量分数为78%,尾抛比为7∶3,灰砂比为1∶20,粉煤灰为水泥1倍时,料浆满足该矿充填的各项工程性能,据此探讨了该矿的充填工艺流程,为类似工程提供了借鉴。     

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.     

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。     

基于RSM-BBD的混合骨料充填料浆配比优化

针对混合骨料充填矿山,为了确定充填料浆优化配比,首先进行充填材料物化特性分析,在此基础上,根据泰波级配理论和最大堆积密实度理论,确定棒磨砂-废石配比;然后采用BBD响应面法设计13组试验,研究料浆质量分数、胶砂比(胶凝材料与骨料的比值)、混合骨料配比对充填体强度影响规律.最后以各龄期强度为响应值构建响应面模型,揭示各响应参数与目标响应量相关关系及多目标条件下充填料浆优化配比.研究结果表明,充填体强度不仅受单因素影响,而且各因素间交互作用对充填体也有很大影响.其中料浆质量分数与骨料配比的交互作用对充填体早期强度起决定性作用,胶砂比与骨料配比的交互作用对充填体中期强度影响显著,充填体后期强度受料浆质量分数和胶砂比交互作用影响较大.以充填成本作为目标建立优化模型进行优化,由此获得充填料浆的优化配比为:料浆质量分数80%,胶砂比为1∶6,棒磨砂-废石配比为3∶7.通过试验验证满足金川矿山充填体强度要求.     

碎石和磷石膏联合胶结充填最佳配比及应用

针对四川汉源县石沟石膏矿充填骨料来源不足的情况,提出将该矿碎石和附近某磷化企业磷石膏作为充填骨料的联合胶结充填方案。分别分析粒度在10 mm和5 mm以下碎石和磷石膏的物理化学性质,验证碎石和磷石膏作为联合充填骨料的可行性。通过充填配比试验,分析不同配比似膏体浆体的流动性能和充填体强度特性,得出矿山不同区域和不同时期的最佳充填配比。研究结果表明:充填体强度随似膏体浆体质量分数的增加而增加;往粒度在10 mm以下碎石骨料中加入磷石膏,充填体的单轴抗压强度显著提高;在碎石骨料中添加磷石膏可改善浆体的流动性,有利于减少水泥用量,节约成本;塌落度和扩散度可以很好地反映浆体的可泵性;推荐充填配比的浆体输送性能良好,可以实现泵送要求,充填体强度满足该矿无轨机械化生产的要求,充填泄水对环境几乎没有影响。     

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。     

含硫尾砂充填体长期强度性能及其影响因素

针对含硫尾砂胶结充填体经常出现的后期强度劣化现象,进行含硫和无硫尾砂充填体强度对比试验,研究灰砂比和料浆对含硫尾砂充填体长期强度性能的影响,并采用XRD和SEM对含硫尾砂充填体中水化产物进行分析。研究结果表明:尾砂含硫量(质量分数)为6.1%,主要硫化物为黄铁矿时,充填体120 d强度下降达到47.4%。灰砂比为1:8时,充填体各龄期强度显著增加,后期强度劣化得到改善。灰砂比为1:16时,充填体长期强度稳定在0.85 MPa左右。充填料浆质量分数对充填体强度影响也较为显著,质量分数为74%~76%时,充填体后期强度下降幅度最小。当充填体内部结构较疏松时,次生石膏可以填充水化产物之间的空隙,在一定程度上改善充填体长期强度性能。充填体结构较为致密时,次生石膏会破坏其微观结构,降低充填体后期强度。     

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。     

建筑废土制备可控低强度材料的试验研究

为综合利用建筑废土,以废土替代砂石骨料,制备一种高流动度、低泌水率的新型回填材料——可控低强度材料(controlled low strength materials, CLSM)。通过流动度、泌水率、湿密度、无侧限抗压强度试验探讨了水胶比、水泥掺量、废土取代量等因素对CLSM物理、力学性能的影响,结合能谱分析(energy spectrum analysis, EDS)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)进一步揭示了强度影响机理。结果表明：水胶比主要控制CLSM流动度的大小,随着废土掺量的增加,满足材料流动的水胶比不断增大,废土添加极大地减少了材料的泌水率;胶凝材料中水泥掺量影响着CLSM强度的发展;通过微观分析、计算得出土基CLSM强度的形成主要源于水泥的水化反应、团粒化作用以及黏土颗粒的黏结。研究结果为利用废土制备CLSM提供了一种研究思路,制备出优良工作性能的CLSM服务于将来的工程沟槽回填。     

减水剂对尾砂膏体的和易性与充填体强度影响研究*

充填料浆的和易性和充填体强度关系到充填采矿安全、经济与可靠。针对金川镍矿尾砂膏体充填管道输送中存在堵管问题,开展了泵送减水剂对膏体的和易性与充填体强度影响的试验研究。首先分析了膏体物料的物化特性和颗粒级配;然后采用金川镍矿尾砂膏体充填系统工业生产的技术参数,开展了添加不同泵送减水剂的膏体和易性、充填体强度易性以及流变特性的试验研究。结果显示,添加1%~2%的泵送减水剂不仅改善膏体的和易性,而且还能够提高充填体强度。膏体的和易性随着泵送随减水剂添加量的增加而提高,并且膏体浓度越高提高的效果越显著。但当泵送减水剂添加量达到3%时,充填体28d强度显著降低。综合泵送减水剂对充填体强度和膏体和易性影响的综合分析,确定1.5%~1.8%的泵送减水剂为膏体的最佳添加量。该研究成果为金川镍矿膏体充填系统料浆制备提供依据,已应用于金川矿山工业化生产。     

竹浆黑液接枝磺化产物的超滤分级及减水分散性能研究

采用超滤将竹浆黑液接枝磺化产物(GCL1-JB)分成4个不同分子量范围的级分,采用凝胶渗透色谱进行分子量表征,研究了不同分子量级分对水泥净浆和砂浆性能的影响。结果表明,高分子量级分对水泥净浆和砂浆的减水分散性能优于低分子量级分,高分子量级分(大于50 000)在掺量0.5%时,水灰比为0.29的水泥净浆流动度为287 mm,120 min经时流动度损失为7%,3 天、7 天和28 天砂浆抗压强度比分别为159.4%,193.4%,143.8%。中等分子量级分具有很强的引气性和缓凝作用,可改善新拌砂浆的工作性,但是硬化砂浆后期的抗压强度低于空白砂浆。中分子量级分(10 000~50 000)在掺量0.5%时,水泥净浆初凝时间延长140 min,终凝时间延长297 min,28天砂浆抗压强度比为99.8%。     

风化岩层岩渣配制的盾构同步注浆浆液性能及微观形貌分析

为探索泥水盾构穿越风化岩层时产生的大量岩渣的再利用问题,依托南京和燕路过江通道工程,采用岩渣代替部分商品砂配制同步注浆浆液,并测试了浆液流动度、稠度、凝结时间、泌水率及强度等指标,分析了岩渣配制同步注浆浆液的性能及微观结构。结果表明:随着岩渣替换商品砂比例的增大,浆液流动度、稠度和泌水率逐渐降低,而凝结时间呈缩短趋势,1.d抗压强度也逐渐增大;替换比例在50%~85%时,浆液各项性能均满足工程施工要求,当替换比例为85%时,浆液流动度、稠度与现场浆液接近,凝结时间从10.6.h缩短至7.3.h,1.d抗压强度增强了近1倍;岩渣中含有的高岭石相矿物在水中会电解出Al3+,促进了浆液中C-S-H凝胶的形成,是促使浆液凝结时间缩短和抗压强度增大的根本原因。     

赤泥基似膏体充填材料水化特性研究

以赤泥、煤矸石等工业固废为主要原料制备赤泥基似膏体充填材料,采用X射线衍射分析、傅氏转换红外线光谱分析、热重--示差扫描量热分析和扫描电子显微镜--能谱分析等测试手段研究赤泥基似膏体充填材料的水化特性.结果表明,本试验条件下,赤泥基似膏体充填材料的最优配比为编号E03试验,即胶结料:赤泥:煤矸石:添加剂质量比为1:16:5:11,固相的质量分数为70%,28 d单轴抗压强度为5.49 MPa.赤泥基似膏体充填材料不同龄期的水化产物主要为斜方钙沸石(CaAl2 Si2O8·4H2O)和钙矾石(AFt),随着水化反应的进行,水化产物的数量明显增多,且钙矾石由水化初期的针状逐渐转变为棒状,有助于充填体强度的发展.     

基于指标满意度的充填配比正交优化试验

建立基于指标满意度的多指标正交试验综合评价模型,选取质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量、减水剂掺量等4个因素,进行4因素3水平的正交试验,选取充填体28 d单轴抗压强度、28 d抗拉强度、塌落度、成本等4个指标进行基于指标满意度的多指标综合评价及敏感性分析.试验结果表明:质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量、减水剂掺量对充填体质量的敏感度分别为0.217、0.252、0.032和0.060,即灰砂比对充填体质量的影响最大;质量浓度对充填体质量有着明显的影响;粉煤灰掺量及减水剂掺量对充填体质量的影响相对较小.     

渣土改良为流动化回填土的应用

针对城市管网基槽开挖产生大量渣土难以处理、基槽回填缺乏良质回填土的问题,提出了将渣土改良为流动化回填土原位使用的技术并进行了示范工程应用。通过室内测量流动性和强度得出:流动性随着用水量增加显著增加,强度随着固化材料掺量和养护龄期增加而增加。水固比和灰砂比可以作为流动化回填土配比指标参数,当水固比为0.63、灰砂比为0.15时,流动化回填土流动值为242 mm,且具备早强性能,1 d强度可达98 kPa, 28 d强度可达390 kPa,满足流动化回填土设计要求。在东莞茅洲河治理管网埋设工程中将渣土改良成流动化回填土后成功浇筑回填管网并实测了应用效果,使用室内试验得到的配方,现场工程施工得到顺利开展。现场开挖渣土经过使用上述配比进行拌和浇筑后,流动值在188～218 mm之间,28 d强度在324～362 kPa之间,完全满足管网回填土要求。     

不同密度等级泡沫混凝土的性能和孔结构

泡沫混凝土的密度等级对其性能有显著影响。笔者制备了干密度在300～1 000 kg/m~3范围内的泡沫混凝土,对其浆体流动度、抗压强度、吸水率和干燥收缩进行了测试,利用X射线计算机断层扫描成像(X-ray computed tomography, X-CT)对试件的孔结构进行表征。结果显示:随着泡沫混凝土密度等级增加,其浆体流动度先增大后减小,密度为600 kg/m~3时流动度最大;抗压强度随密度等级增加而逐渐增大,并与密度等级之间存在指数关系;干燥收缩和吸水率均随密度等级增加逐渐减小,这是由于其内部孔隙率降低、封闭孔增多所致。X-CT分析结果显示,密度低于600 kg/m~3的泡沫混凝土内部孔隙分布不均,试件表面的大孔较多,这是由于浆体与泡沫的体积比过低、浆体无法均匀地包裹在泡沫表面所致。