岩爆相似材料的最优配比试验研究

为了对云南某矿山深部白云岩进行相似材料优选,以细砂、水泥、石膏、硼砂和减水剂为原料,采用正交试验原理确定了以石膏水泥比、掺砂率、掺水率、硼砂含量为影响因素的4因素4水平正交设计方案。对试件模型进行单轴抗压和巴西劈裂试验,得到相似材料抗压及抗拉强度、抗压抗拉比、弹性模量,通过方差和极差分析研究了各影响因素对研究指标影响的显著性。研究结果表明:掺砂率对单轴抗压强度和抗拉强度的影响较显著,单轴抗压强度随石膏水泥比和掺砂率的增大逐渐降低,抗拉强度随掺砂率的增大逐渐降低;抗压抗拉比随着掺水率的增加逐渐增加;弹性模量随着石膏水泥比的增加逐渐下降。通过多元线性回归分析得出白云岩相似材料配比的经验方程,经计算得出该矿山深部白云岩相似材料的最优配比为:石膏水泥比3. 1∶1,掺砂率59%,掺水率20%,硼砂含量0. 4%,减水剂含量0. 3%。     

矿山开采相似材料配比及力学试验研究

为使相似材料更贴近现场岩性特点,提高相似材料模拟试验研究精度,采用"砂石+石膏+水泥"三种原料进行配比试验,制作不同配比的试件进行力学性能测试。通过抗压、拉强度及相应的应力-应变曲线分析相似材料的力学性能及破坏特征,并对相似材料试验各阶段中的误差来源进行分析。结果表明:1)试件的平均抗压强度随砂石比例增大而减小,加入适量的水泥会增大试件的抗压强度,改变"砂石+石膏+水泥"的配比可以获得较为灵活多样的相似岩层特性;2)试件的抗压、拉强度随砂石骨料粒径增大而增大;3)利用棍棒捣实和敲打振动可以满足砂浆的压实要求,采用称砣式静力压实后反而使试件的抗压强度降低;4)针对相似材料制作过程的每个阶段,可提出减少误差的相应方法与措施。     

铅锌尾砂胶结充填材料优化配比正交试验

为优化铅锌尾砂胶结充填工艺参数,提高充填体的强度指标,采用正交试验方法分析料浆质量分数、灰砂比、粉煤灰掺量对充填体坍落度、泌水率和单轴抗压强度的影响,并确定充填材料的最优配合比。试验结果显示:料浆质量分数是影响充填体坍落度和泌水率的主要因素,料浆质量分数为74%时,坍落度为18.2~21.0 cm,料浆质量分数为74%时泌水率最低(≈1%);充填体7天和28天单轴抗压强度与料浆质量分数及灰砂比呈正相关关系,与粉煤灰掺量呈负相关关系。综合考虑坍落度、泌水率和单轴抗压强度后得出试验结果,铅锌尾砂胶结充填最优配合比为料浆质量分数74%、灰砂比1:6、粉煤灰掺量15%。     

型煤力学性质的影响因素实验研究

为了确定型煤最佳配比参数,为煤相似模拟材料实验提供一定的理论指导与借鉴,论文通过单轴压缩实验,探究不同煤粉粒径比例、腐植酸钠胶结剂掺入量、成型压力和保压时间4种因素相互作用下对型煤力学参数作用规律。依据抗压强度、弹性模量和泊松比3个力学参数变化情况,确定了各因素对型煤力学参数的影响规律。实验结果表明:在各因素相互作用下,一定范围内,型煤的抗压强度受成型压力与粒径比例的影响较大,弹性模量受腐成型压力的影响较为明显,泊松比受粒径比例、腐植酸钠掺入量和成型压力的共同影响。     

粉煤灰-煤矸石基胶结充填材料制备与性能研究

为了解决我国煤矿采空区地表沉陷以及"三下"压煤资源浪费的问题,提出以粉煤灰-水泥熟料-脱硫石膏复合胶凝材料为胶结材,原状粉煤灰为细骨料,破碎后的煤矸石为粗骨料制备新型煤矿开采胶结充填材料。依据正交试验结果和各因素影响规律趋势图,确定充填材料的优化配合比。研究结果表明,适当增大水泥熟料掺量可缩短材料初凝时间,减小水胶比能使材料强度显著提高,而材料坍落度可通过选取适宜的浆体中的固体质量分数和灰矸比来有效调节,当胶凝材料中水泥含量为15%,脱硫石膏含量为8%,水胶比为2,灰矸比为2∶3,浆体中的固体质量分数为70%时,充填材料性能可达到最佳。通过试验优选材料各项参数,工业废弃物可以用来制备高质量的胶结充填材料。     

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。     

砂蜡物理性质及其破坏形式研究北大核心

通过研究不同配比情况下砂蜡混合物标准样的单轴压缩实验,测定分析了其力学特性,并对试样压缩破坏的破裂情况进行了分析研究。结果表明,在含蜡量较小时,砂蜡的单轴抗压强度与蜡含量基本呈线性关系。而循环加载情况下,抗压强度变化不大;含蜡量高的砂蜡强度较大而变形较小,随着蜡含量的升高,砂蜡的割线模量E_(50)和弹性模量Et都增大,砂蜡试样的泊松比也呈现出上升趋势;砂蜡试样与煤岩试样相同,单轴压缩变形破坏形式也表现为复杂多变,蜡含量多(8%~14%)的砂蜡试样中多发生A类脆性剪切破坏型、B类楔劈式破坏型,而蜡含量低(4%~6%)的砂蜡试样破坏形式以C类挤压粉破柔性破坏型为主。     

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。     

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.     

基于实现高强度充填体要求的全尾砂膏体配比试验研究

为了解决分级尾砂作为充填骨料存在的尾砂产率低、采场滤水严重、充填成本高等问题,以某典型矿山为背景,结合膏体充填的特性,分析了该矿充填存在的主要问题,总结并提出了改用全尾砂膏体充填的必要性,开展了全尾砂充填性能评价基础试验以及室内全尾砂膏体正交配比试验研究。研究结果表明:该矿全尾砂粒度适中偏粗,适合选用全尾砂膏体充填,全尾砂膏体充填体强度与分级尾砂充填体强度相当,选用该矿原有灰砂配比1∶4和1∶8即可达到下向充填法开采所需高强度充填体要求,对采用分级尾砂充填拟改为全尾砂膏体充填的矿山具有一定参考价值。     

高海拔高寒地区金属矿山采选固废安全处置现状及研究进展*

针对高海拔寒区金属矿山采选固废处置成本高、有效处置率偏低、安全隐患多等问题,采用室内试验、理论分析、数值模拟及现场实践相结合的方法,开展高海拔寒区排土场散体物料物理力学性质、排土场稳定性、充填料浆输送、充填体固结性能、充填体改性增强等方面的研究,构建冻融循环条件下散体物料内部微观结构信息与宏观力学参数定量关系模型,揭示冻融循环下排土场致灾机理和低温低气压环境下胶结充填料浆固结演化特性,提出冻融循环下排土场堆置工艺和低温低气压环境下胶结充填料浆固结增强技术。相关成果对于提高我国高海拔高寒地区金属矿山采选固废的有效处置率,降低固废处置成本,保障矿山可持续发展具有重要的理论价值和实践指导意义。     

弱胶结软岩巷道高分子改性树脂注浆加固技术研究*

为解决弱胶结软岩胶结性差、力学强度低、遇水易软化带来的巷道围岩变形量大的问题,以王洼二矿为例,结合试验巷道围岩条件和注浆加固支护技术特点,提出高分子改性树脂注浆加固方案;并采用室内注浆加固体力学性能试验验证方案的可行性。结果表明:现场围岩单轴抗压强度平均值22.74 MPa、抗拉强度平均值0.674 MPa,高分子改性树脂注浆材料对围岩加固体单轴抗压强度影响不大,但加固体抗拉强度平均值3.07 MPa,相比原岩抗拉强度提高355.5%;现场试验顶板、两帮围岩变形量由之前的大变形逐渐控制在100 mm以内,注浆后30 d基本趋于稳定。研究结果对软岩巷道支护设计和施工具有一定的实际指导意义。     

太原地区煤矸石作为建筑回填材料的试验研究

为了利用煤矸石作为建筑回填材料,控制其压实质量,以室内土工试验的方法,对太原地区某矿煤矸石进行了物理、力学等指标的试验研究。结果证明,所用煤矸石性能良好,性质较稳定,适合作为回填材料。并回归出该煤矸石的应力-应变关系式,得出了物理力学参数。     

双介质矿岩轴向加载损伤破坏试验分析研究

为研究夹石对矿体力学变形特性的影响,选用全精炼的工业石蜡作为夹石模拟材料,并与水泥和矿粉进行配比制样。通过表壁裂纹扩展、微观成像、表壁应变值变化、整体加载压缩变形、磁感应强度变化、红外温度测量共同表征夹石试样在加载过程中的力学变形特征,厘清夹石矿岩的破坏特点。同时提出了一种数值模拟夹石的方法,进行不同夹石含量矿岩的安全系数、最大主应力及不同监测点处应变值的变化监测。试验结果表明:存在夹石的试样在加载过程中表壁出现较多裂纹条数,且以短裂纹为主,分布区域较广;表壁纵向应变变化较平稳,而横向应变存在阶梯型变化;红外温度测量并无恒定的变化幅度,存在升降的起伏变化;磁感应强度值变化存在上升下降型、下降平稳型、下降上升型的变化特点。数值模拟结果表明:夹石的存在弱化了矿岩的整体强度,这与相似模拟结果具有一致性。同时不同的夹石强度对矿岩的整体稳定性影响不一样。当试样的整体稳定性与夹石的物理性质有关,夹石强度是矿石强度50%左右时,彼此接触严丝合缝,夹石存在及含量的多少产生的影响不大;如果夹石强度只是矿石强度的2%时,相应的测点起伏变化较大;如果试样完整性不好,存在较多微观空区,空区附近的相应测点的应变值变化起伏较大。     

冻融影响下不同岩性岩石物理力学特性试验研究*

为探究冻融循环影响下不同岩性岩石的物理力学性质的差异化响应,对青砂岩、灰砂岩2种砂岩,白色大理岩、麻粒岩2种变质岩开展冻融循环试验和相关力学试验。研究结果表明:在冻融循环过程中,2种砂岩的质量变化幅度明显高于2种变质岩。相较于青砂岩与麻粒岩,大理岩的单轴压缩强度及弹性模量劣化速率最快。冻融前后青砂岩、大理岩的单轴压缩破坏模式发生明显变化。灰砂岩抗拉强度劣化速率显著低于青砂岩。基于单轴抗压强度、抗拉强度的脆性指数表明冻融作用提高青砂岩的脆性。研究结果可为冻融影响下工程岩体的稳定性与安全性评价提供参考。     

构造煤分层对煤单轴压缩力学特性影响的颗粒流模拟

为了研究构造煤分层对煤的力学特性影响程度,采用颗粒流数值模拟方法研究不同赋存参数的构造煤分层对煤的单轴压缩力学特性的影响规律,从受荷后的裂纹分布和试样破坏形式2个方面分析试样压缩过程中细观力学响应机制。研究结果表明:构造煤分层厚度和倾角是影响煤的单轴压缩力学特性的重要参数,其中倾角主要影响内部裂纹的类型和分布,构造煤厚度主要影响煤的单轴抗压强度;单轴压缩下煤的破坏类型主要包括沿交界面的层裂破坏、拉伸破坏和复合破坏3种类型,构造煤分层倾角较小时,更容易由于构造煤挤出效应导致的失去承载能力,随倾角增大,挤出效应减弱,单轴抗压强度有增大趋势。     

瓦斯抽采PC-CAS基封孔材料优化及其膨胀作用分析*

为了研制以硅酸盐/铝酸盐水泥、生石灰、生石膏为主的PC-CAS基封孔材料,采用正交试验优化材料配比、开展膨胀力研究,并用扫描电镜观测料-煤胶结形貌。研究结果表明:材料的最优配比为A2B2C4,其具备优良的流动性、强度及致密性,造浆量达2 100 mL/kg;PC-CAS基材料具有显著的膨胀性,其膨胀力随时间先增大而后趋于稳定,并且该膨胀力随着径向约束的提高而增大;相比于FP材料,PC-CAS基材料产生的膨胀力能够显著降低材料-煤岩界面的空隙并在一定程度上压密煤体内部的裂隙;该材料产生的膨胀力可压密封孔段围岩、提高封孔质量,并为后期“二次注浆”提供保压条件。工业试验结果表明,采用PC-CAS基材料进行封孔可显著改善抽采效果,将原有平均浓度10.11%提升至20.08%。     

自然及强制饱和煤样的力学特征试验研究

为探讨不同饱水状态下煤的力学变化特征,利用RMT-150B岩石力学系统并自行设计及研制煤样饱和试验装置,对自然饱和与强制饱和的煤样进行单轴、三轴压缩静载试验。结果表明:煤样强制饱和前后波速变化明显,强制吸水后波速增加51.75%;强制饱和煤样单轴抗压强度比自然饱和煤样平均降低了7.61MPa,降幅54.83%;三轴压缩时不同围压下强制饱和煤样峰值强度平均降低了19.5MPa,降幅31.18%;强制饱和煤样吸水量较自然饱和煤样大,K值降低。基于Mohr-Coulomb准则及有效应力原理,推导出孔隙水压与黏聚力、抗压强度呈负相关,表明强制饱和煤样的黏聚力与抗压强度均低于自然饱和煤样,并与试验结果对比验证。