充填体与岩体能量和强度匹配的分析及应用

矿山嗣后充填法中,采用经验类比法判定胶结充填体的强度存在诸多问题。利用新的方法来分析充填体与岩体的匹配是必要的。对某铜矿灰砂比为1∶6、1∶8、1∶10和1∶12的4种尾砂胶结充填体进行力学试验和匹配分析。首先利用损伤力学方法建立充填体破坏前本构方程,根据岩体开挖释放能量与充填体蓄积应变能相近的原则,来判定岩体与充填体的匹配;然后运用GTS/MI-DAS有限元软件模拟开采-充填过程,根据应力变化与充填体极限强度的大小关系判定两者的匹配。2种方法所得到的结论一致。分析结果表明,该矿山宜采用充填配比不小于1∶10的尾砂胶结充填体。     

湿排粉煤灰似膏体充填采空区试验研究

为了确定湿排粉煤灰似膏体充填的关键技术参数,通过湿排粉煤灰物理化学试验、膏体充填配比试验及现场工业试验,研究了湿排粉煤灰的物理化学特性、膏体充填配比参数和工业试验运行参数。结果表明,湿排粉煤灰松散干密度为0.85 g/cm3,管道输送性能良好,渗透系数为8.52×10-4,脱滤水较困难,单位沉降量与压力关系曲线比较平缓,凝固后沉缩率较低,含有一定量的活性SiO2和Al2O3成分,具有一定的胶凝特性。当m(水泥)∶m(粉煤灰)=1∶8~1∶10、质量分数为62%~65%时,初凝时间180 min,28 d强度大于1 MPa,现场工业试验历时45 min,充填质量分数稳定在60%~64.5%,充填系统运行平稳,初期强度达到工业要求。湿灰作为似膏体充填骨料在华泰矿业首次得到成功应用,充填材料成本为50~57元/t。     

热电厂炉渣作为煤矿膏体充填材料的配比试验研究

为了寻求既满足充填工艺要求又能够降低成本的新型充填材料，通过一系列试验，研究了热电厂粉煤灰/炉渣比例、膏体质量浓度和水泥含量等因素对膏体充填材料性能的影响规律，据此确定了材料最优配比。结果表明:随着粉煤灰/炉渣比例的增加，坍落度、扩展度和充填体强度均呈现先较大幅度增加然后又缓慢减小的变化趋势，料浆泌水率呈近似负指数规律降低；随着质量浓度的增加，坍落度、扩展度及泌水率均随之显著变小，充填体强度近线性增大；随着水泥含量的增加充填体强度随之显著增大，坍落度、扩展度和泌水率均呈现缓慢减小的变化趋势；材料的最优配比为粉煤灰、炉渣和水泥的质量比为 20∶48∶6，质量浓度为 74%，此时料浆流动性和充填体强度完全符合充填开采基本要求。     

基于磁化水的全尾砂胶结充填体强度研究

针对某矿山全尾砂充填体抗压强度低,水泥用量大的现状,将磁化水引入全尾砂胶结充填料浆的配浆试验,通过均匀布点理论优选出最佳磁化条件,探究了磁化水-全尾砂充填体的7天、14天、28天抗压强度的变化规律以及磁化水对水泥活性的影响。研究结果表明:在磁感应强度B=1000-2000Gs,水循环流速V=1.4-2.0m/s,磁化时间T=10-20min时,磁化水-全尾砂充填模块的7天抗压强度提高19%-28%,14天抗压强度提高17%-25%,28天抗压强度提高13-15%。     

矿岩-充填体组合试件能量传递规律研究

为探讨矿岩-充填体组合试件的动态力学特征，使用取自云南玉溪大红山铜矿的含铜矿岩和分级尾砂制作矿岩和配比分别为1∶4、1∶10的充填体组合试件，利用分离式霍普金森冲击杆分别在0.20 MPa、0.22 MPa、0.24 MPa、0.26 MPa、0.28 MPa和0.30 MPa的冲击气压下对矿岩-充填体组合试件进行动态冲击试验，研究组合试件的能量传递规律和破坏模式。结果表明：当试件开始发生破坏时，宏观裂隙首先出现在试件边缘，并随着冲击气压增加而扩展，直到裂隙使充填体试件完全贯通，最终试件会完全破碎；组合试件的破坏模式主要表现为剪切破坏、张拉破坏及共轭剪切破坏3种；充填体试件的波阻抗变化反映了试件在冲击过程中的损伤演化规律；试件的吸收能密度随入射能量增加线性增加；在冲击气压为0.20 MPa时，矿岩和配比为1∶10的充填体组合试件较早发生剪切破坏；当冲击气压为0.24～0.30 MPa时，矿岩和配比为1∶4的充填体组合试件虽然发生破坏，但仍具有一定吸能特性，并且相较于完整状态下变化不大，而在此冲击气压下，配比为1∶10的充填体粉末占比达到约80%,这表明灰砂比较高的充填体部分具有更稳固的...     

基于正交试验的煤矿安全开采充填材料配比优化研究

针对目前我国"三下"压煤的现状,以及煤矿固体废弃物以煤矸石、粉煤灰为主的情况,结合岱庄煤矿膏体充填工程实践,以水泥为胶结料,煤矸石和粉煤灰为粗细骨料,运用正交试验的方法定量确定了水泥、粉煤灰和煤矸石不同配比和膏体浓度对煤矸石膏体充填各性能指标的敏感程度,以及各指标随各因素的变化趋势。结果表明:提高水泥掺量可以缩短膏体的凝结时间并提高膏体的强度;膏体的塌落度即流动性主要通过调节其浓度来实现;加入适量的粉煤灰可以提高膏体的流动性,但随着粉煤灰的增多,分层度和泌水率都有所增加。当水泥∶粉煤灰∶煤矸石为1∶2.22∶4.44,浓度为75%时,充填膏体的可泵性和强度都达到最佳,充填效果显著,有助于煤矿安全开采。     

超细粒级浸出渣充填配比试验研究

为了探究超细粒级浸出渣与分级尾砂混合作为充填骨料的充填体强度能否达到凡口铅锌矿井下充填的要求,开展了浸出渣与分级尾砂的充填配比试验。通过充填配比试验,分析不同配比和质量分数的充填料浆的流动性和充填体强度特性。结果表明:质量分数对充填体强度的影响较大;灰砂比、质量分数越大,充填体的强度越高;在一定范围内,增加浸出渣的用量可提高充填体的强度;扩散度可以很好地反映充填料浆的流动性,充填料浆的流动性随质量分数增加而减小,当质量分数较高时增加水泥用量可提高充填料浆的流动性,增加浸出渣含量会导致充填料浆的流动性降低。根据凡口铅锌矿充填技术要求及室内充填配比试验结果,得出不同部位的最佳充填配比:矿房采场的最佳灰砂比、浸出渣与分级尾砂之比、质量分数分别为1∶6、1∶5、71%,间柱采场为1∶6、1∶6、69%,首层和浇面为1∶3、1∶6、71%。     

基于Phase2的不同配比充填体厚度的数值模拟研究

在充填体作用机理,稳定性分析与监测,爆破地震效应,静动态特性及损伤理论等方面的研究基础上,依托安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿法第一步骤采场的充填现状,采用Phase2软件建立了多种数值分析模型对不同灰砂比充填体厚度的充填效果进行数值模拟研究,并进行了多方案技术经济对比分析。研究结果表明:灰砂比为1∶4,1∶8,1∶10对应充填体厚度分别为10,24,22 m时,为最优方案。该充填体厚度可为矿山采场充填配比设计、充填管理及充填质量提供技术参考。     

硫酸盐腐蚀作用下膏体充填材料蠕变特性研究

为研究硫酸盐腐蚀后膏体充填材料的蠕变特性,采用饱和的Na2SO4溶液对充填体进行腐蚀试验,并对各个腐蚀时间不同的充填体采用TAW2000型岩石三轴试验机进行三轴蠕变试验。根据试验数据建立膏体充填材料的蠕变本构模型,将一个应变触发的非线性粘壶串联到Burgers模型上,建立满足充填体蠕变特性的改进Burgers模型,并推导其一维和三维蠕变本构方程。研究结果表明:在硫酸盐腐蚀作用下,充填体的蠕变变形在腐蚀6d时出现了一定的减少,但随着腐蚀时间的推移蠕变变形明显加大,在应力较大时出现了加速蠕变并导致试件破坏,硫酸盐腐蚀作用严重影响了充填效果;建立的改进的Burgers模型与试验数据基本吻合,能够反映腐蚀后充填体蠕变规律。     

高阶段尾砂胶结充填体力学研究与博弈树配比优化

在实验室试验了不同配比尾砂胶结试块强度,在充填采场取样测试了采场充填体强度.结果表明,如果以实验室试验的力学参数为充填配比设计依据,充填体最小设计安全系数为1.6～1.8比较合理.分析高阶段充填体受力,推导了分层充填力学计算公式及安全系数计算方法;根据充填工艺,确定最小充填高度,沿采场高度方向划分配比优化单元,建立了高阶段充填体配比优化设计模型;采用博弈树分析方法,解决了高阶段充填体配比优化问题,并对安庆铜矿5号矿房配比进行了优化.结果显示:与经验设计方法相比,采用本文方法优化充填配比,不仅使高阶段充填体内安全系数分布更趋合理,而且降低了水泥消耗.     

基于重构相空间充填体变形规律的灰色预测研究

尾砂胶结充填体是非线性力学介质,其变形是能量耗散的复杂过程,必须研究其内在变形规律,才能正确预测采矿过程中充填体的稳定性.对不同配比的尾砂胶结充填体进行力学试验,得出了其应力-应变规律,对安庆铜矿高阶段充填体变形进行了监测.采用自适应滤波原理,研究基于重构相空间的测量数据去噪处理方法.用灰色理论研究充填体变形在相空间中相点距离的演变规律,建立了重构相空间的灰色预测模型.为减小预测误差,对预测结果采用残差模型修正.应用建立的模型,对安庆铜矿高阶段充填体变形进行分析,确定了采场合理回采周期.结果表明,充填体变形具有非线性混沌特性,不同配比的充填体表现出不同的非线性动力学行为,重构相空间能充分展示充填体变形的内在规律.     

低强度胶结充填体相似材料配比试验研究

针对采用物理相似模拟试验模拟充填采矿法时,低强度胶结充填体相似材料配比参数选取问题,以石灰、高岭土、石膏、水和尾砂等作为相似材料,采用回归正交设计试验方法进行了充填体相似材料配比试验,开展了单轴压缩试验,获得了不同配比试样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学试验指标。在此基础上总结了单轴抗压强度、弹性模量和泊松比3个试验指标关于石灰、高岭土、石膏和水4因素的回归方程,并分析了各因素对各试验指标的影响特征。通过物理相似模拟试验的实际应用证明了采用该配比方案总结的回归方程的有效性及相似充填体的良好相似性,该成果对胶结充填体相似材料配比的选取具有一定的参考价值和指导意义。     

胶结充填体水化放热规律及其影响研究

为了研究充填采矿法中胶结充填体的水化放热作用，现场实测充填体温度，并对充填体散热的影响及治理进行了研究。研究结果表明:充填采矿法的采掘作业面均依靠局扇供风，因此通风效果直接影响作业面热环境，充填作业完成后3 d内放热量达到最大，此时充填体周围采场气温达28℃以上，应依据降温风速（0.5~1.0 m/s）的要求重新计算需风量；运用Ventsim预测采深为1 456 m时在3种风速下的采场热环境，当独头风量为3 m3/s时属于一级热害矿井，当风量增至6 m3/s和9 m3/s时热害降至一级标准以下，热环境明显改善，且入风为21.4℃、风量为6 m3/s时采场气温会降至27.2℃，因此加大采场有效风量和风速是改善深部热环境的有效措施；充填水化热与采场气温呈正相关，因此应合理安排作业计划，避免在放热量大的充填体周围作业，如需作业应加强通风，人员上岗应进行职业健康检查，合理安排岗位并及时发放降暑饮品，以免出现紧急情况或危险。     

基于GPR-TOPSIS方法的充填配比多目标多属性优化

为获得某金矿尾砂胶结充填材料最优配比,基于试验结果,以海水比例、灰砂比和料浆质量浓度为输入参数,以充填体强度、塌落度及泌水率为输出参数,建立了充填配比与其响应量的高斯过程回归模型,分析了不同因素对充填性能的影响程度;采用遗传算法对高斯过程回归模型进行多目标参数优化,获得了Pareto非劣解,在此基础上,引入多属性决策的TOPSIS法对Pareto非劣解进行方案优选,确定了充填最优配比。研究结果表明:高斯过程回归模型相对误差值均小于6%,可靠性高;灰砂比及料浆质量浓度对充填性能影响较为显著,采用海水作为充填水源将降低充填体的强度;经优化后的充填配比与试验结果相符。     

露天矿山运输路面泡沫抑尘剂的配方优选及性能试验研究*

为有效解决露天矿山运输路面的大量扬尘,针对现有抑尘剂存在的降解性差、成本较高、保水率差、除尘效率过低等问题,在对某露天矿山的扬尘进行表征分析的基础上,采用绿色表面活性剂烷基糖苷0.1%APG作为主剂、0.6%K12作为起泡剂、0.4%PAM作为稳泡剂、0.3%LAS作为润湿剂,通过测定泡沫的表面张力、泡沫体积、粉尘接触角、粉尘浸润深度确定各试剂的最佳质量分数,初步确定6个泡沫抑尘剂配方,选择保水率、抗风蚀性、抑尘效率作为性能指标,结果表明:配方为m(0.6%K12)∶m(0.1%APG)∶m(0.4%PAM)∶m(0.3%LAS)=1.05∶1∶0.6∶0.1的保水性、抗压强度、抗风蚀性均优于其他配方,全尘与呼吸性粉尘的抑尘效率分别高达87.11%,75.26%,经pH测试,符合绿色环保的要求。     

分区协同开采下矿柱力学响应与稳定性分析*

为解决某钒铁矿经多年开采后,由于钒铁矿矿区赋存条件变化导致开采相互制约、资源利用率低、矿柱积压矿量大以及井下采空区隐患大等问题,制定“保钒采铁、分区协同”的开采方案。通过矿柱强度理论对矿柱的强度和承受载荷进行计算,进而通过矿柱安全系数来判断矿柱的稳定性。通过FLAC3D软件对东、西区铁矿体进行数值模拟研究,通过对开挖后的位移云图、应力云图以及塑性区分布图来分析矿柱的稳定性。研究结果表明:针对某钒铁矿东、西区提出的嗣后膏体微胶结充填法及中区提出的分段空场法转分段崩落采矿法可提高矿柱的稳定性。     

饱和层状尾砂动力特性研究*

为探究动力作用下尾砂液化破坏特性,基于某矿山尾矿库坝体分层尾砂,开展不同固结应力和层状结构条件下动三轴试验,分析层状尾砂动弹性模量、阻尼比及动剪应力比等动力参数与动孔压的变化规律。结果表明:固结应力对层状尾砂力学特性和动孔压变化趋势有较大影响,固结应力越大,动孔压增长越明显,初始增长斜率随固结应力增大而下降;尾粉土厚度一定时,固结应力越大,层状尾砂动剪应力比越小;固结应力为常数时,层状尾砂动剪应力比随尾粉土厚度增加先增大后减小,当尾粉土厚度为0,20,40,80 mm时,对应动剪应力比分别为0.33,0.35,0.38,0.28;尾粉土对孔隙水压力阻隔作用比尾细砂更明显,试样破坏所需振次随尾粉土厚度增加而增加。研究结果可为高烈度地震区尾矿坝地震液化研究提供理论参考。     

高应力条件下尾矿破碎特性及坝体稳定性研究*

高应力条件下尾矿破碎特性与坝体稳定性研究是高尾矿坝避免溃坝事故的重要参考。分析尾矿颗粒破碎过程中级配曲线的演化规律,提出采用BET测试颗粒比表面积以定量化表征颗粒破碎指标;在室内高应力三轴试验的基础上,阐述高应力条件下尾矿的力学行为,提出高应力条件下尾矿强度准则,并基于该准则对工程实例进行应用分析。结果表明:相比于常用破碎指标,从能量观点出发的BET法比表面积表征尾矿颗粒破碎更为合理;采用线性Mohr-Coulomb准则计算尾矿在低应力阶段的内摩擦角,采用幂函数Mohr强度准则计算尾矿在高应力阶段的内摩擦角;提出1套考虑高应力条件下尾矿强度折减的坝体稳定性分析方法,以供实际工程参考。