基于RSM-BBD的废石-全尾砂胶结充填体强度试验研究

为探究废石-全尾砂混合骨料下胶结充填体的强度特性,探明废石掺量、浓度、灰砂比等因素对胶结充填体强度的影响规律,基于RSM-BBD,采用正交试验对问题进行了研究。研究发现灰砂比对混合骨料充填体早期强度的影响明显,料浆浓度对晚期强度影响明显;研究结果证实,混合骨料充填体强度不仅受到灰砂比、料浆浓度以及废石掺量单个因素的影响,而且受到三因素交互作用的影响,料浆浓度和灰砂比的交互作用对充填体早期强度影响明显,废石掺量和灰砂比的交互作用对充填体晚期强度影响明显。     

不同骨料类型对充填体强度性能的影响及配比优化

为研究骨料类型对胶结充填体强度的影响规律,在室内开展了以全尾 砂、尾砂—河沙及尾砂—废石为 骨料的胶结充填体力学性能试验,分析了不同骨料类型下的充填体强度演化 特征,并结合矿山对充填体强度指标的 设计要求推荐了相应的骨料类型和配比参数。 研究结果表明:采用全尾砂 作为充填骨料时,砂灰比的增大会降低充 填体强度,而料浆浓度的增大能够提高充填体的抗压强度,并且浓度的增加 更有利于改善充填体的早期抗压强度;采 用尾砂+河沙作为充填骨料时,三因素对充填体抗压强度的影响程度为砂灰 比料浆浓度河沙含量,并且砂灰比的增大 同样会降低充填体强度,浓度及河沙含量的增大有利于提高其强度;采用尾 砂+废石作为充填骨料时,三因素对充填 体 3、7、28 d 抗压强度的影响程度为砂灰比料浆浓度废石含量,砂灰比的 增大会降低尾砂废石胶结充填体强度,浓度 的增大有利于提高充填体强度。 综合充填体强度及坍落度的测试结果,建 议采用尾砂+废石作为矿山的充填骨料,配 比参数可设计为灰砂比 1 ∶6、料浆浓度 76%、废石含量 10% ~ 15%。     

废石-棒磨砂混合骨料胶结充填体强度试验

针对金川矿山采用棒磨砂充填法采矿存在充填骨料成本高且供应不足等问题,提出在棒磨砂中掺入破碎废石的充填采矿方案。通过混合骨料的胶结充填体强度试验,研究废石掺量、胶砂比及料浆浓度对充填体强度的影响规律。试验结果表明:胶砂比和料浆质量浓度是影响胶结充填体强度的主要因素;废石掺量对胶结充填体强度也产生影响,随着废石掺量的增加,充填体强度呈下降趋势。在金川矿山充填采矿技术条件下,当料浆质量浓度为82%,胶砂比为1∶4时,30%的废石掺量胶结充填体3d和7d强度分别达到3.6MPa和6.81 MPa,满足金川矿山安全采矿要求。     

基于正交试验充填体力学性能及配比优化研究

针对矿山充填开采成本较高、尾砂和废石等固废处置困难等问题,以废石、尾砂为实验材料,通过正交试验法确定质量浓度、灰砂比及废石掺量对粗骨料胶结充填体流动性及力学性能的影响规律,并确定出合理的配比参数。结果表明：质量浓度、废石掺量及灰砂比均为充填料浆坍落度的显著性影响因素,其中质量浓度的影响最为关键;方差分析结果表明,质量浓度、灰砂比能够对充填体3d及28d抗压强度有显著性影响,而当废石掺量为5%~20%时,废石掺量对粗骨料充填体抗压强度无显著性影响;多元线性回归模型能够准确的反映出粗骨料胶结充填体抗压强度及坍落的变化规律,且构建三维可视化模型能够直观反映出质量浓度、灰砂比及废石掺量的复合作用对充填体性能的影响;基于建立的充填体配比参数寻优模型可得出一组合理的配比参数为：灰砂比为1:9.5,质量浓度为80%,废石掺量为20%。     

基于不同养护龄期的充填体强度多元线性回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂作为原料,制备料浆浓度为65%、67%和69%,灰砂比为1∶4,1∶10和1∶20的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。养护龄期对充填体强度影响最大,灰砂比次之,料浆浓度最小。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

全尾砂和废石联合胶结充填体最佳配比及应用

针对红岭铅锌矿分级充填骨料来源不足、地表废石堆积污染环境的情况,提出将该矿选厂产生的全尾砂和地表废石作为充填骨料的联合胶结充填方案。分别测试了全尾砂和地表废石的物理化学性质,验证了碎石和全尾砂作为联合充填骨料的可行性。通过充填配比试验,分析了不同配比全尾砂废石充填体强度特性,得出了最佳充填配比。结果表明,充填试块的强度随灰砂比减小而减小,随养护龄期增加呈增大趋势,随充填料浆质量浓度增大而增大,最佳配比为: 胶结充填灰砂比1∶8、普通充填灰砂比1∶12,全尾砂∶废石配比4∶6,质量浓度78%。根据研究结果,在红岭铅锌矿进行了全尾砂废石充填技术工业应用,证实该技术可行。     

某铜矿全尾砂/废石复合充填料浆流变特性研究

全尾砂充填料浆流变性能对管道输送及充填体强度有重要影响。对某铜矿充填料浆采用不同配比实验,通过实验数据选取合适的流变模型,用Origin模拟出回归方程,研究了屈服应力、表观黏度与质量浓度、废石掺量、灰砂比的关系。结果表明,屈服应力随质量浓度升高而增大,当全尾砂质量浓度超过70%,屈服应力显著增大;质量浓度为72%时,适量掺入废石能提高充填料浆的初始表观黏度,废石量超过10%,初始表观黏度则会逐渐降低;浓度低于66%,对初始表观黏度几乎没有影响;废石掺量为0时,灰砂比越大,屈服应力越大;废石掺量为10%、20%时,灰砂比大小对屈服应力几乎无影响;废石掺量为30%、40%时,灰砂比越大,屈服应力越小;质量浓度对屈服应力影响最为显著。     

基于不同养护龄期的充填体强度回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂制备料浆浓度为65%、68%、70%、72%和75%,灰砂比为1∶4,1∶5,1∶6,1∶8和1∶10的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。     

某矿细粒尾砂胶结充填技术研究

通过对陕西某金矿细粒尾砂进行试验研究,得到了尾砂粒径分布、充填料浆流动性能等基础参数,探究了骨料组成、灰砂比、料浆质量浓度、胶凝材料及养护期龄等因素对充填体单轴抗压强度的影响。试验结果表明:该矿尾砂属细粒尾砂,-74μm颗粒所占比例约为86.16%～88.69%;尾砂搭配碎石组成的充填骨料可使充填体强度提升2.24倍,可削弱因灰砂比降低而引起的充填体强度衰减效果;长矿院专研G料可使充填体强度成倍提高并具有早强性,强度增强效果随胶结剂添加量的增加而有所减弱。研究结果可为国内外类似细粒尾砂矿山胶结充填采矿法的应用提供理论参考与工艺借鉴。     

尾砂粒度对充填体早期强度影响的试验研究

为提高铁矿全尾砂的回填利用率,实现全尾砂胶结充填在矿山的有效应用,选择冀东地区全尾砂为试验材料,在分析物化性质的基础上,设计了灰砂比为1∶6、1∶12、1∶20和质量浓度为65%、70%、75% 的强度试验,结合XRD能谱和SEM扫描电镜分析,研究了尾砂粒度对充填体早期强度的影响规律,以及对水化产物和孔隙结构的影响。研究表明：尾砂粒径对早期强度影响显著,当尾砂颗粒达到一定细度时,与水泥水 化胶结的契合度能够有效提高,随着粒径的降低,充填体的早期强度越大,并且对灰砂比和料浆浓度的变化越敏感,基于尾砂的特征指标,建立了关于尾砂粒度、灰砂比和料浆浓度的早期强度预测模型,相关系数R＞ 0.95,误差＜2%,相关性好,预测结果可靠, 确定冀东地区采用全尾砂胶结充填的灰砂比在1∶6~1∶8范围内,质量浓度根据充填系统工况取值越高越好。在配比相同的条件下,尾砂粒度减少,充填体养护早期水化 生成的C—S—H凝胶增加,以及充填体内孔隙尺寸和数量减少,宏观表现为强度增强。在冀东地区某矿山进行了强度试验,进一步验证强度预测模型的可靠性,平均误差为3.49%,表明所构建的模型可以准确预测充填 体早期强度,为矿山充填设计提供依据。     

铀矿堆浸尾渣胶结充填体强度特性试验及其应用

采用清水、氨水以及CaO等三种中和剂对铀矿堆浸尾渣进行中和试验,以确定合适的中和剂。将确定的中和剂以及渣浆浓度、灰渣比按一定比例配制成胶结充填体标准试样,采用RMT-150B岩石力学试验机,测试其不同龄期的抗压强度。根据测试结果,选用渣浆浓度为80%、灰渣比为18的胶结充填体对某铀矿工业性试验采场进行了充填,同时还对其进行了应力测试。研究结果表明,CaO是比较理想的中和剂,其耗量为尾渣干重的0.2%;渣浆浓度、灰渣比是影响堆浸尾渣胶结充填体强度的关键因素,其强度与渣浆浓度成正比,与灰渣比成反比;渣浆浓度为80%、灰渣比为18的堆浸尾渣胶结充填体,龄期为7d时,其抗压强度大于2 MPa,塌落度为13mm;选用该配比的堆浸尾渣胶结充填体的试验采场应力测试结果远低于其抗压强度,有效地控制了该矿试验采场深部开采的地压。     

分层尾砂胶结充填体单轴抗压强度的测试研究

采用高阶段空场嗣后胶结充填法的矿山,充填设计常采用不同配比的尾砂胶结充填体进行分层充填。通过室内试验,对灰砂比为16、18的尾砂胶结充填体进行分次充填并测试其单轴强度;对配比一定、浓度不变时的充填体的单轴强度实测值进行拟合,得出了充填体分层数与其单轴抗压强度的非线性回归方程,并剖析了分层充填体破坏时产生端部效应的机理。采用RFPA软件模拟了某铁矿分层充填体的破坏过程,数值模拟结果与试验结果相符,验证了分层充填体端部效应破坏理论的正确性。     

全尾砂新型充填胶凝材料在月山铜矿的应用研究

根据月山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。通过研究全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:该铜矿全尾砂的中值粒径为d50=0.0426mm,大于0.074mm的尾砂占36.8%,全尾砂颗粒细;灰砂比1∶6、浓度70%、28d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.32MPa,而相同条件下新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的3.53倍即4.66 MPa。因此,提出了适合矿山的胶结充填参数:推荐充填料浆浓度68%~70%,新型胶凝材料与全尾砂之比为1∶6~1∶8进行工业充填试验。工业试验结果表明,1#和2#钻孔充填体试样强度均能够满足月山铜矿对充填技术和充填质量的要求,且强度仍有富余,建议矿山进一步优化充填料配比,减少胶凝材料用量,从而节约充填成本。     

絮凝剂和减水剂对尾砂浓密性能与充填体强度的影响

为提高溢流尾砂胶结充填效果,对溢流尾砂开展了添加和未添加减水剂沉降试验、湿堆密度测试、胶结料浆流变参数与抗压强度测试、胶结充填体总空隙率和微观结构测试,探究了絮凝剂与减水剂对溢流尾砂浓密性能和充填体强度的作用机理。研究表明：絮凝剂与减水剂具有“协同效应”,可提高尾砂浓密底流浓度,但效果与减水剂添加顺序和添加量相关。添加絮凝剂与减水剂使溢流尾砂湿堆密度增大,由0.559提高至0.591。絮凝剂添加使胶结充填体总空隙率与结构缺陷增加,造成充填体抗压强度降低;而含絮凝剂与减水剂的胶结充填体总空隙率降低,结构更致密,充填体抗压强度得到提高。尾砂浓密阶段添加减水剂可降低后续胶凝材料用量。相关研究成果可为优化尾砂高浓度胶结充填工艺提供借鉴。     

废石尾砂胶结充填工艺模型试验研究*

为深入解决制约废石尾砂胶结充填工艺发展的关键技术问题,探究废石尾砂胶结充填料浆沉积及堆存规律,设计了废石尾砂胶结充填工艺模型试验装置,依据采矿工艺、充填工艺原则及工程布置要求,制定了废石尾砂胶结充填模型试验方案,运用形态测量及充填体横剖切割揭露等手段进行充填体模型质量评价,并确定了最佳充填工艺。 研究表明,无论是废石均匀铺设还是废石锥形堆放下料方式,废石料与尾砂胶结料浆同步下料时,充填体胶结效果最佳;选择最适宜的充填工艺技术不仅能有效提高废石尾砂胶结充填体强度,而且能减少水泥用量,节约充填成本,同时试验结果也为试验矿山井下充填工艺优化提供了科学依据。     

基于响应面法的废石-细尾砂充填性能优化试验

为获得满足矿山采矿强度要求的废石-细尾砂充填最佳配比,首先根据混合骨料的堆积密实度和料浆浓度初探试验,初步获得配比范围;在此基础上利用响应面法建立了以废石-细尾砂充填体的3、7、28 d抗压强度为响应值的回归模型,揭示了骨料配比、浓度和灰砂比三因素对充填体强度的影响规律,并通过回归模型优选出充填最佳配比,进行半工业试验验证。结果表明,当充填体养护至3、7 d时,浓度和灰砂比两因素的交互作用影响显著;当充填体养护至28 d时,骨料配比与浓度的交互作用影响显著。当骨料配比1∶3、浓度82%、灰砂比1∶4时,废石-细尾砂充填性能完全满足矿山的充填需求,为废石-细尾砂混合骨料膏体充填性能优化提供了理论基础。     

某矿全尾砂胶结充填物料性能研究

某矿现有分级尾砂充填系统效率低、尾砂供应不足、工艺复杂。对该矿全尾砂作为充填骨料的可行性进行研究,配制浓度为66%、68%、70%和72%,灰砂比为1∶4、1∶8、1∶12的全尾砂胶结充填物料,并检测物料的沉降、渗透、凝结、强度等性能。检测表明,全尾矿孔隙率为39.71%,自然安息角为40°,平均粒径为0.049 7 mm,尾砂较细。试验结果表明,料浆的沉降作用产生的泌水率为6.39%~23.76%,浓度提高幅度为1.81%~8.77%,渗透速度为0.25~0.36 cm/h;灰砂比1∶4时,充填料浆终凝时间为26.2~23.9 h;灰砂比1∶8时,终凝时间41.4~40 h,初终凝时间差不超过2 h;各组胶结料浆塌落度为24.9~26.8 cm,流动性较好。各组试样28 d强度在0.38~1.9 MPa,且浓度、水泥量与强度呈正相关的关系。结合矿山采矿方法对凝结时间、强度等的要求,推荐配比为灰砂比1∶8,浓度70%~72%。研究成果可为同类矿山全尾砂胶结充填物力学性能的确定提供参考。