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。     

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。     

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%。     

高窄型充填采场内的拱效应及应力分布状态研究

以地下矿山充填采场为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对高 窄型垂直和倾斜充填采场内的拱效应及应力分布状态进行了研究。研究结果表明:实例 中高窄型采场内充填体的自重应力为1.06 MPa,经拱效应转移后,底板处的垂直应力仅 为0.35 MPa ;改进的马斯顿理论计算倾角小于80°的充填采场应力分布情况时结果偏 大;采场倾角越大,高窄型充填体内拱效应越明显,靠近围岩两帮处的应力值也越大, 而采场中线处的水平应力几乎不受影响。对高窄型采场内充填体的目标强度进行设计时 ,应考虑拱效应对其自重应力的转移作用,以降低相关经济技术指标。     

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.     

优化爆破参数,减小对充填体的振动

采用机械化下向胶结充填采矿生产工艺,充填体假顶是采场生产安全的保证。为正确应用充填技术,做到安全生产,着重阐述了通过优化爆破参数,减小了爆破振动对充填体产生的危害,从而提高了井下职工在充填体下工作的安全性,并为减少矿山伤亡事故提供了经验。     

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。     

剥落型矿柱与早强胶结充填体相互作用损伤演化分

为了研究矿柱底部严重剥落形成的上宽下窄型矿柱与早强胶结充填体的相互作用,进行了现场地质调查,选用石蜡模拟早强胶结充填体进行室内试验,同时进行数值模型的构建和试验模拟研究。试验结果表明:在加载过程中,破坏主要发生在矿岩中,石蜡充填体由于具有较强的变形能力,没有明显的破坏裂纹;矿岩中的裂纹主要沿矿岩和充填体接触面进行延展,直至延伸至临空面破坏;试样表壁的石蜡薄层表征显示在加载过程中,在试样表壁大的裂纹带附近伴随小裂纹产生。通过相关研究,厘清剥落型矿柱与早强充填体的相互作用机理及破坏规律,以便开展针对性的矿柱补强,确保充填采场安全稳定。     

废石尾砂交替充填采场复合支撑体应力协调研究

为解决废石尾砂交替充填采场中复合支撑体的不均匀承载问题,以典型废石尾砂交替充填采场为例,采用有限元数值模拟方法,分析复合支撑体内部的不均匀承载特征,进一步探讨协调废石尾砂交替充填采场应力的可行方法及其适用性,提出基于柔性接顶的应力协调方案,并通过弹性力学分析和数值模拟验证应力协调方案的有效性。结果表明:废石尾砂交替充填采场的支撑荷载大部分集中在相对刚性的废石充填体上,而尾砂充填体未充分发挥其承载作用,不利于复合支撑体的安全稳定;采用基于柔性接顶的应力协调方案,可通过较小厚度的柔性接顶有效改善复合支撑体的不均匀承载状态,提高充填体的支撑效率。     

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FLAC3D分析的某铁矿充填效果研究

为解决辽宁某铁矿开采后地表沉陷问题,验证自研的复合激发尾砂胶结充填体充填效果,运用FLAC3D模拟软件对铁矿二步骤充填开采和地表沉陷进行数值模拟计算研究.研究结果表明:采用3种胶结充填体分别进行二步骤充填后,盐基、碱基、水泥基胶结充填体内部的应力平均值分别为0.92,0.79,0.93 MPa,最大位移值分别为38,2...     

非平行壁面采场充填体三维应力分布规律研究*

为研究上下盘非平行壁面倾斜采场充填体应力分布规律,选取倾斜采场中三维水平充填层作为微分计算单元,基于极限平衡法考虑其竖直方向的受力平衡,提出非平行壁面的倾斜采场充填体的三维应力解析解,并分析不同参数对应力分布规律的影响。研究结果表明:三维条件下非平行壁面倾斜采场充填体竖向应力分布形式同平面应变条件下类似,在计算深度较小时竖向应力为近线性分布,随着计算深度的增加竖向应力增加率逐渐减小,但应力数值相对平面应变条件下较低。上盘倾角一定时,下盘倾角越大则拱效应越不明显;采场高度一定时,高宽比越大,拱效应越显著。充填体—围岩界面内摩擦角对充填体内拱效应影响较大,界面黏聚力和充填体抗剪强度参数对充填体应力分布影响相对较小。研究结果可为充填体强度设计提供参考。     

分层充填开采煤层瓦斯运移方式及涌出规律研究*

为了探究使用分层充填法采煤过程中煤层瓦斯的运移方式及涌出规律,以高河煤矿E1302工作面为研究对象,采用实验室试验、理论分析、数值模拟相结合的方法建立数学模型,利用数值模拟软件对煤层瓦斯的运移方式及涌出规律进行求解。研究结果表明:使用分层充填法采煤时,充填体渗透率远大于煤体,下分层煤体中的瓦斯会以充填体为媒介向工作面涌入;开采过程中,工作面瓦斯压力随开采时间逐渐降低,开采30 d后,煤层最大瓦斯压力下降18.75％,最大瓦斯渗流速度始终位于充填体、工作面、下分层煤体交界处;工作面绝对瓦斯涌出量随着开采时间的推移呈波动式下降。     

固化剂对矿用充填泡沫固化行为的影响

为提高泡沫的充填堵漏风效果,选取有机强酸A,有机磺酸B,无机强酸C等3种固化剂,通过测定泡沫的发泡时间、发泡温度、承压强度和氧指数等参数,分析不同组合固化剂对矿用充填泡沫固化行为的影响。结果表明:乳化时间、起泡时间和表干时间随固化剂用量的增加而明显缩短;泡沫的发泡倍数和发泡温度随固化剂用量的增加而增加;单独使用有机强酸A或有机磺酸B时,泡沫都存在不同程度的收缩,当添加较高量的无机强酸C时,泡沫的尺寸稳定性变好。当复合固化剂有机强酸A用量∶有机磺酸B用量∶无机强酸C用量=1.2∶1∶1时,泡沫的固化效果最优。     

矿用无机固化泡沫充填材料研究及应用

针对井下堵漏风和密闭墙构建时存在的劳动强度大,密封效果差等缺点,研制了一种无机固化泡沫充填材料,通过大量的实验研究了泡沫掺量、水灰比和胶凝剂对材料性能的影响,并对其进行了现场应用。研究结果表明:泡沫掺量的增加和水灰比的增大均能使初凝时间增加,硫铝酸盐水泥充填材料的初凝时间是普通水泥充填材料的31%～44%;抗压强度随泡沫掺量增加而明显降低,硫铝酸盐水泥为胶凝剂时的充填材料抗压强度较大;泡沫掺量为1,2,3倍时的材料密度是未添加泡沫时的40%～46%,23%～33%和18%～24%,可以显著降低劳动强度;硫铝酸盐充填材料在内部孔结构方面优于普通水泥充填材料。研究成果可用于确定最佳的无机固化泡沫充填材料配方,现场应用表明材料密封效果和抗压强度好,具有广阔的应用空间。