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。     

废石尾砂混合料浆流变特性及充填采场流动性试验

为了在金川充填采矿中实现废弃物资源化利用,开展了废石和尾砂两种骨料的混合充填料浆流变特性以及在采场中的流动性研究.首先基于现场取样进行废石和尾砂两种骨料的粒径级配分析,获得了满足充填骨料级配的废石与尾砂的质量比分别是6∶4和5∶5.然后针对这两种混合充填料,进行高浓度充填料浆坍落度试验.结果表明,两种混合充填料浆的坍落度大于20cm,满足金川矿山充填料浆泵送输件的要求;其质量分数在78%以上时属于高流态料浆,但废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料浆的流动性略优于质量比为5∶5的.通过混合充填料浆环管试验,确定了废石与尾砂质量比为6∶4、管径为130mm和质量分数为78%的混合充填料浆为合理管输参数.最后根据充填采场现场调查和强度分析,发现废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆在采场中流动的坡面角分别为0.55°~1.19°和0.38°~1.26°,但料浆在下料点存在不明显的"锥堆"现象.采场中胶结充填体强度呈现"下高上低"现象,说明废石尾砂混合充填料浆仍存在轻度的沉淀离析.     

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。     

粗磷尾矿胶结充填级配及料浆和易性规律研究

利用粗骨料进行高浓度胶结充填是矿业工程中的研究难点,也是前沿性研究课题。为高效利用粗磷尾矿以消除环境污染、土地占用以及采空区诱发的地质灾害等问题,以粗磷尾矿和粉煤灰为主要材料,首先通过SEM、ICP-MSICP-OES、XRD、激光粒度分析及其他标准测试手段对主要充填材料的物理特性、化学成分和矿物成分进行分析;然后利用Füller和Talbol最大密实度曲线理论对粗磷尾矿自然级配和不同破碎粒度磷尾矿级配进行研究;最后采用正交试验设计法及多元非线性回归法对充填料浆和易性规律进行研究。结果表明,粗磷尾矿和粉煤灰物理性能较差,但前者化学特性稳定,后者具有较强火山灰特性;-5 mm粒度破碎磷尾矿具有较优密实度;充填料浆坍落度均随胶砂比、质量浓度和水泥/粉煤灰增大而先增后减,其中胶砂比的影响程度最大;坍落扩散度均随胶砂比、水泥/粉煤灰增大而增大,随质量浓度增大而先增后减,其中质量浓度的影响程度最大;稠度均随胶砂比、质量浓度增大而减小,随水泥/粉煤灰增大而先增后减,其中质量浓度的影响程度最大,且坍落度、坍落扩散度和稠度与各因子之间存在显著非线性关系。     

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.     

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。     

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.     

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。     

石墨尾矿对再生粗骨料混凝土力学性能影响的研究

研究了石墨尾矿对再生粗骨料混凝土工作性能、破坏形态及力学性能的影响.结果表明,再生粗骨料混凝土坍落度随石墨尾矿掺量的增加而降低,而且石墨尾矿再生粗骨料混凝土的破坏形态与再生粗骨料混凝土相似.同时,再生粗骨料混凝土抗压强度随着石墨尾矿掺量的增加呈现先上升后下降的趋势.当石墨尾矿替代率为20％、再生粗骨料替代率为30％时混...     

巷旁泵送煤矸石胶结充填材料的应用

为了充分发挥煤矸石在煤矿井下巷旁支护过程中的作用开展了某矿井煤矸石相关物理性质测试试验研究了不同水灰比、外加剂对煤矸石胶结充填材料的坍落度、单轴抗压强度及初凝时间的影响。试验研究表明水∶水泥∶粗骨料∶细骨料∶外加剂＝1∶2∶5.6∶1.6∶0.02为现场沿空留巷巷旁泵送充填最佳配合比。在该配合比条件下煤矸石胶结充填材料的坍落度、28 d单轴抗压强度及初凝时间分别为210 mm、20.8 MPa、224 min能较好地满足现场支护要求并发现该配合比条件下的胶结充填材料实际初凝时间较室内提前约50 min。     

废石破碎胶结充填配比优选及在寒冷气候条件下的应用

为解决金英金矿外购铁矿尾砂在寒冷气候条件下充填存在充填体强度低、稳定性差以及井下产出废石大量堆积的难题,开展废石破碎用于井下充填的室内实验。研究结果表明:在充填倍线为2.0~6.0的前提下,废石充填料浆质量分数可达75%以上;当废石与尾砂的质量比为3~6时,对充填料浆流动性和充填体强度无明显影响;粒径d≤5 mm废石+压滤尾砂的充填骨料可获得最大充填体强度,充填骨料的充填体强度从大到小依次为d≤5 mm废石、d≤8 mm废石+压滤尾砂、d≤5 mm废石+铁矿尾砂、铁矿尾砂和d≤8 mm废石+铁矿尾砂;料浆质量分数是确保充填体强度和降低水泥掺量的关键,采用d≤5 mm废石+水泥充填时,料浆质量分数每提高1%,水泥掺量可降低1.2%;当养护温度由10℃提升至15℃时,充填体充填时间为7 d及28 d强度分别提高109.52%和58.46%;经现场工业试验,推荐采用的d≤5 mm废石胶结充填料浆实际质量分数为75%,水泥掺量为11%,充填能力为110 m~3/h,充填成本降低15%~18%。     

秸秆纤维对含硫尾砂膏体充填体单轴抗压强度的影响机理

将水稻秸秆加工后添加到含硫尾砂中制备成膏体充填体,首先,分析秸秆纤维掺量和长度对含硫尾砂膏体充填体单轴抗压强度的影响规律;然后,通过XRD和SEM分析充填体的水化产物和微观结构,研究秸秆纤维的微观作用机理。研究结果表明：在尾砂含硫量为5%时,添加0.10%长度小于0.2 cm的秸秆纤维能够在保持膏体料浆良好的流动性下,改善含硫尾砂充填体的长期性能;与不添加秸秆纤维相比,150 d充填体单轴抗压强度可提高21.9%以上;添加秸秆纤维的含硫充填体能够在一定程度上抑制硫酸盐的生成,提高C-S-H的含量,降低C-S-H凝胶发生脱钙的概率;在秸秆纤维作用下,充填体能够形成更加稳定致密的骨架结构,充填体内部的黏结力也更大,能够有效延缓硫酸盐对充填体的硫化侵蚀,从而增大含硫尾砂充填体的单轴抗压强度。添加的秸秆纤维过量或者过长则会使秸秆纤维与充填体连接的部分孔隙过大,充填体内部黏结力减小,从而导致充填体在外力的作用下容易变形破坏,形成许多贯穿裂缝,造成含硫尾砂充填体长期强度减小。     

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.     

再生细骨料湿度状态及掺量对混凝土工作性及抗压强度的影响

保持再生细骨料混凝土的总水灰比一致,变化再生细骨料的湿度状态(气干、烘干和饱和面干)及掺量,测出新拌再生细骨料混凝土初始坍落度和坍落度损失,以及3、7和28 d再生细骨料混凝土的抗压强度.研究结果表明:在总水灰比不变的情况下,当再生细骨料掺量一定时,随着其湿度状态从烘干到气干再到饱和面干的变化,混凝土的初始坍落度与坍落度损失减小,混凝土3、7和28 d抗压强度增大;当再生细骨料保持任一湿度状态时,随着其在混凝土中掺量的增大,混凝土的初始坍落度增大,坍落度损失减小,混凝土3、7和28 d抗压强度减小.     

基于BP网络的某矿山充填料浆配比优化

针对目前某矿山残矿回采充填体质量所存在的问题,提出采用分级尾砂胶结充填的方案.分析分级尾砂的物化特性,得出分级尾砂作为充填骨料的可行性.通过配比试验,初步确定影响料浆质量的因素.为了得到最优配比,采用神经网络进行优化,以料浆浓度及各组分添加量作为输入因子,塌落度、7d抗压强度及28 d抗压强度作为输出因子,并以配比实验数据为训练和检验样本来建立BP神经网络预测模型.对比隐含层节点数对模型训练过程及预测精度的影响,选取最佳预测模型结构为4-9-3.将配比参数细化输入到预测模型中,从而搜索出优选样本,得到最优配比为所(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(尾砂)=1∶3∶8.优化结果表明:在保证强度的前提下,粉煤灰的添加可有效地降低充填成本,经济效益显著.     

石膏-熟料质量比对矿渣充填胶凝材料性能的影响及应用

为研究碱-盐复合激发大掺量矿渣充填胶凝材料的力学特性,设计不同石膏与熟料质量比的充填胶结体强度实验。利用XRD,SEM和TG-DSC等手段,研究净浆试样水化产物种类、微观形貌及质量损失率;基于室内实验研究成果,开展新型充填胶凝材料工业化应用研究。研究结果表明:当复合激发剂掺量为15%、石膏和熟料质量比为1:4,充填体3 d抗压强度最大为1.05 MPa;当复合激发剂掺量为20%、石膏和熟料质量比为3:2,充填体28 d抗压强度最大为8.61 MPa。石膏促使浆体中钙矾石(缩写为AFt)的生成,但掺量过大则影响早期胶凝物质的生成量,后期浆体中水化硅酸钙凝胶(缩写为C-S-H)的钙硅比由1.804降低到1.559,可保证结石体后期钙矾石的持续生成;3 d龄期净浆试样质量损失率从大到小依次为T7,T9和T6,28 d龄期净浆试样质量损失率依次为T9,T7和T6;综合可见,针对大掺量矿渣充填胶凝材料,合理的石膏掺量有助于提高充填体早期强度;但当石膏掺量较大或熟料掺量少时,胶结体早期强度低但有利于后期强度的提高。当熟料质量分数为12%,石膏为3%,矿渣为85%时,充填体3 d抗压强度为2.7 MPa,7 d抗压强度为5.1 MPa,28 d抗压强度达到10.6 MPa,满足金川矿山对充填体强度的要求。     

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。     

铝土尾矿泡沫轻质土单轴抗压力学特性及唯象本构模型

铝土尾矿泥是一种常见的工业废弃物，为了更好地利用铝土尾矿泥，减少其对环境的污染，将铝土尾矿泥掺入泡沫轻质土中制备新型铝土尾矿泡沫轻质土，研究了铝土尾矿泥掺量对铝土尾矿泡沫轻质土抗压强度及破坏模式的影响，并基于两参数Weibull分布函数，提出适用于铝土尾矿泡沫轻质土材料的一维受压损伤本构模型.研究结果表明，铝土尾矿泡沫轻质土的无侧限抗压强度随着铝土尾矿泥掺量的增加呈指数型减小，7d无侧限抗压强度可达到28d无侧限抗压强度的83%;铝土尾矿泡沫轻质土的名义应力-应变曲线在单轴受压作用下主要包括弹塑性阶段和破坏平台阶段，在单轴受压破坏之后存在应变软化和应变硬化行为，具备良好的缓冲性能；根据Weibull分布函数和Avalle模型，研究了铝土尾矿泡沫轻质土材料一维受压损伤唯象本构模型，建立了模型参数与铝土尾矿泥掺量的关系式，为铝土尾矿泥在泡沫轻质土中的应用提供参考.     

木质素改良粉土无侧限抗压强度特性

为了研究木质素改良粉土的力学性能,通过无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验研究了木质素改良土的无侧限抗压强度,分析了木质素掺量、养护龄期、孔隙率及骨架孔隙比的影响.研究结果表明：改良土的无侧限抗压强度随木质素掺量的增大呈先增大、后减小的趋势,随着养护龄期的增大呈逐渐增大的趋势;建立了双曲线模型,预测改良土的无侧限抗压强度与养护龄期、木质素掺量的关系;在粉土中因添加木质素而生成的胶结物质改变了粉土的孔隙率和骨架孔隙比,改良土无侧限抗压强度随着骨架孔隙比的增大而减小;木质素掺量为8%时,孔隙率和骨架孔隙比达到最小值,而无侧限抗压强度达到最大值.     

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%。