胶结充填体强度敏感性分析及灰砂比优化

以李楼铁矿尾砂为原材料,采用水泥作为胶结材料,制作尾砂胶结充填体,进行尾砂基本物理化学参数和单轴抗压强度的测定。研究了尾砂胶结充填体强度与料浆浓度、灰砂比及养护龄期之间的关系,并对敏感性进行了分析。胶结充填体强度随着料浆浓度的增加呈线性增长,随灰砂比和养护龄期的增长呈指数增长。胶结充填体对灰砂比的敏感性最高,养护龄期次之,料浆浓度最低。在工程应用中,对6个大型充填采场的胶结充填体取芯强度进行分析,采场取芯强度比实验室试块强度高1.59 MPa,在满足采场不同段高强度的基础上,20～50 m部位充填配比由1∶6降为1∶8,进而降低充填成本。     

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。     

超细粒级浸出渣与棒磨砂混合胶结充填强度试验研究

为解决凡口铅锌矿超细粒级浸出渣废弃的问题,探究灰砂比、浸出渣与棒磨砂的配比、料浆浓度对充填体强度的影响。设计正交试验并进行浸出渣与棒磨砂混合胶结充填试验,得出各因素对充填体强度影响的重要性顺序,确定出最佳充填配比参数。结果表明,各因素影响充填体强度的重要性顺序为料浆浓度灰砂比浸出渣与棒磨砂的配比;最佳充填配比参数为灰砂比1∶4、浸出渣与棒磨砂的配比1∶6、料浆浓度77%。对不同条件下充填体强度增长规律进行分析,得出充填体强度增长规律:增大灰砂比、料浆浓度可提高充填体强度;在一定范围内,充填体强度随浸出渣用量的增加而提高;细颗粒尾砂越多,充填体水化反应时间越长;充填体强度的增长过程分为增长早期、快速增长期和增长平稳期。     

不同灰砂比条件下机制砂率对充填体强度影响试验研究

为确定机制砂率达到 40% 左右时高浓度全尾砂胶结充填料浆的合理配合比,确定不同灰砂比条件下 机制砂率对充填体强度的影响趋势,开展了以灰砂比、机制砂率为主要影响因素的充填体强度试验。试验表明,当 机制砂率在 30%~50% 范围内时,灰砂比的变化对充填体强度发展速度的影响较小。当料浆浓度控制在 80% 或以 上时,灰砂比 1∶10,标准养护 28 d 后的充填体强度可达到 4.5 MPa;灰砂比 1∶6,养护 14 d 后的强度可以达到 5.5 MPa 以上。满足上述条件的充填料浆配比可用于云南某铅锌矿第一步骤矿房的充填。     

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。     

山东某金矿细粒尾矿胶结性能试验

为了解决山东某金矿细粒级尾矿难处理、难利用的问题,采用单因素试验对新型胶固粉的配比、尾矿浓度和灰砂比进行了研究。通过对胶结充填体的强度分析,得出了自制新型胶固粉最佳配比为60∶30∶10(矿渣∶熟料∶脱硫石膏)。使用自制新型胶固粉,在尾矿浓度为72%、灰砂比为1∶10时,28 d胶结充填体抗压强度为5.30 MPa,满足下向进路充填采矿法假顶28 d强度(≥4 MPa)的要求;在灰砂比为1∶20的条件下,28 d胶结充填体抗压强度为1.82 MPa,可以满足上向充填采矿法和下向进路充填采矿法假顶以外的充填体28 d强度(≥1 MPa)的要求。相同浓度、相同灰砂比条件下,采用自制新型胶固粉的胶结充填体抗压强度高于42.5普通硅酸盐水泥184%,成本较42.5普通硅酸盐水泥降低28.8%,效果效益显著。     

胶结充填体与矿石的能量匹配关系及固化时间的确定

通过对不同灰砂比和料浆浓度的胶结充填体的单轴抗压强度与养护时间的分析,分别建立了胶结充填体固化强度与养护龄期之间的正相关数学表达式。在空场采矿嗣后充填法中,引入能量匹配系数K表征胶结充填体的变形比能与矿石回采释放比能的关系,获得了K值与矿石的弹性模量、垂直应力与充填体固结强度的关系,以及K值与胶结充填体固化时间的关系。据此,定量分析二步骤矿石回采的开挖时间。针对李楼铁矿实例,确定了料浆浓度为75%,灰砂配比为1∶8的充填体,固化时间42 d,比原设计提前18 d。     

某金矿全尾砂充填体早期强度性能分析

针对某金矿以水泥为主要胶凝材料造成的充填成本高、早期强度低的问题,以该金矿全尾砂为骨料,选用生石灰、石膏、水淬矿渣、水泥为辅料,在分析全尾砂物化性质的基础上,采用全面法试验设计,制备料浆质量浓度为70%、72%、74%、76%和灰砂比1∶4,1∶6,1∶10和1∶20的充填料浆,测定养护龄期为1,3,7,14d时抗压强度。结合Design-Expert软件筛选并评估影响全尾砂充填体早期强度的显著性因素。试验结果表明:料浆质量浓度和养护龄期一定时,充填体早期强度与灰砂比表现为正比关系;控制养护龄期和灰砂比不变,随着料浆质量浓度的增大,充填体强度增长越明显;在灰砂比和料浆质量浓度相同的条件,充填体强度与养护龄期呈正相关,对充填体早期强度影响敏感性顺序为灰砂比养护龄期料浆质量浓度。通过试验可知,在灰砂比1∶4,料浆质量浓度76%时,充填体1d强度可达0.76MPa,3d强度可达1.19 MPa,7d强度可达2.09 MPa,14d强度可达2.21 MPa。将试验结果应用于工程实践,可为矿山充填提供理论依据和数据参考。     

废石尾砂胶结充填材料流动与强度性能的研究

为了解决极细全尾砂作为充填骨料制备充填料浆脱水困难、充填体强度偏低的问题,通过开展废石尾砂胶结充填试验,改善充填骨料粒级组成,研究废石掺量对充填料浆流动性能及充填体强度的影响规律。结果表明:相比较全尾砂胶结充填,掺入废石可以显著改善充填料浆的流动性能,提高充填料浆的输送浓度;在相同灰砂比和浓度情况下,废石尾砂胶结充填体强度高于全尾砂胶结充填体。因此,废石尾砂胶结充填体可以降低灰砂比,减少水泥用量,消纳地表废石。在云南金厂河矿山开展工业试验,确定了充填参数为浓度80%、灰砂比1∶8、废石掺量60%,原位取芯平均抗压强度为3.36MPa,满足采场充填体强度设计要求。     

山东某金矿细粒尾矿胶结性能试验#br#

为了解决山东某金矿细粒级尾矿难处理、难利用的问题,采用单因素试验对新型胶固粉的配比、尾矿浓度和灰砂比进行了研究。通过对胶结充填体的强度分析,得出了自制新型胶固粉最佳配比为60∶30∶10（矿渣∶熟料∶脱硫石膏）。使用自制新型胶固粉,在尾矿浓度为72%、灰砂比为1∶10时,28 d胶结充填体抗压强度为5.30 MPa,满足下向进路充填采矿法假顶28 d强度（≥4 MPa）的要求;在灰砂比为1∶20的条件下,28 d胶结充填体抗压强度为1.82 MPa,可以满足上向充填采矿法和下向进路充填采矿法假顶以外的充填体28 d强度（≥1 MPa）的要求。相同浓度、相同灰砂比条件下,采用自制新型胶固粉的胶结充填体抗压强度高于42.5普通硅酸盐水泥184%,成本较42.5普通硅酸盐水泥降低28.8%,效果效益显著。     

全尾砂充填料浆管道阻力损失探究及优化

充填采矿技术因其自身的特点，在矿山领域得到了大力推广，确定合理的充填料浆配比方案和充填系统管道输送技术参数，是确保整个充填系统能够安全、高效和稳定运行的重要前提。以唐山某铁矿为例，选择灰砂比1∶8的充填料浆为试验对象，以140 mm、160 mm、180 mm、200 mm、220 mm、240 mm、260 mm为试验管道直径，分别配比浓度为68%、70%、72%、74%的充填料浆，对充填料浆管道阻力损失影响因素进行分析，并对其进行优化。研究结果表明：管道阻力损失与管径呈反比例函数关系，料浆浓度越高，管道阻力损失越大；管径增大到240 mm和260 mm时，管道底部料浆流速过快，会加速底部管道磨损；为实现矿山生产中的采充平衡，建议该矿山输送管径为200 mm或220 mm，料浆输送浓度为70%。     

高硫尾砂充填体强度变化规律实验研究

国内某铜矿尾砂含硫偏高,为论证该矿山能否采用尾砂胶结充填,通过尾砂充填配比实验研究高硫尾砂充填体强度变化规律。结果表明：高硫尾砂充填体在不密闭条件下养护,随龄期的增长逐渐开裂,强度先增加后逐渐减小;在密闭环境下养护,充填体未出现开裂现象,强度随龄期的增长逐渐增加至相对稳定。在不密闭条件下养护,充填体前期强度随料浆质量浓度和灰砂比的变化呈规律性增加或减小,后期强度随灰砂比或质量浓度的变化无明显规律;扫描电镜分析显示高硫尾砂充填体开裂主要是因充填体内含有大量的钙矾石和石膏等膨胀性物质。     

早强剂对固结粉胶凝材料混合骨料充填体强度的影响

为实现废石和固结粉胶凝材料在金川矿区充填采矿中的应用,首先开展了不同配比废石—棒磨砂混合骨料粒径级配分析,获得废石与棒磨砂配比为4∶6混合骨料的堆积密实度为0.635和泰波幂指数n为 0.591;然后,针对废石含量为10%~50%的混合骨料,分别开展了添加和不添加早强剂的固结粉胶结充填体强度试验。结果表明：充填体强度随着废石含量增加呈现先提高后降低趋势。当废石含量为40%,料浆浓度为 79%~81%时,不添加早强剂的固结粉胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.23、3.79、5.98 MPa,其早期强度低于矿山设计强度;添加早强剂时,胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.55、3.34、6.46 MPa, 满足金川矿区下向分层进路胶结充填采矿作业对胶结充填体强度的要求。由此确定,胶砂比1∶5、废石∶棒磨砂4∶6、浓度79%~81%、添加1%早强剂的固结粉胶凝材料混合骨料可在金川矿区推广应用。     

铜矿全尾砂新型胶凝材料试验

针对铜矿全尾砂含泥量高、颗粒细的特点,试验制备出一种通过复合激活剂激活工业废料的新型胶凝材料。充填体强度测试结果表明,充填料浆总浓度为65%时,新型胶凝材料胶砂比1∶6充填体28 d强度是水泥胶砂比1∶3充填体的1.44倍,高达3.9 MPa,新型胶凝材料胶砂比1∶8 充填体28 d强度为2.5 MPa,接近水泥胶砂比1∶3充填体强度2.7 MPa,满足矿山要求;充填料浆的沉降试验和坍落度试验结果表明,新型胶凝材料充填料浆保水性能好,流动性能满足矿山充填输送要求。新型胶凝材料具有较好的市场推广价值。     

尾砂胶结充填材料配比强度变化特性研究

矿山地下矿产资源的开采活动形成大量空区使地表工业及民用场所存在塌陷的风险,为减小矿山资源开采对此周边环境造成的影响,充填采矿法近年被广泛应用于开采实践中去,其中尾砂作为充填材料应用也越来越广泛,而如何调节尾砂胶结材料的配比提高充填强度便显得极为重要。本文以广西省某矿山连选试验全尾砂和水泥为材料,设计灰砂比为1︰3、1︰4、1︰6、1︰8、1︰12五组,料浆浓度为78%、76%、74%、72%四种组合,总计20组配比材料,并对样本试样进行四个龄期（3、7、28、60 d）的强度测试,测试结果显示随着龄期增加充填体试样强度逐渐变大,且料浆浓度的提高对充填体试块的强度增大也是有益的。根据试验测试结果从经济和可行性方面方面综合考量,确定浓度为74%,灰砂比为1︰4时为较优的配比组合,其60 d龄期抗压强度达到2.864 MPa,满足该矿山充填体强度要求。     

似膏体充填系统管网参数及泵送压力选择

湖南闪星锑业有限责任公司对浅部残矿进行回采,并采用高浓度的似膏体充填系统进行充填。通过从锡矿山选场选取尾砂充填体,在实验室测试其物理力学性质,同时测定不同浓度下不同配比的充填体的抗压强度及泌水率,得出适合矿山的充填材料配比为 1∶2∶8(水泥∶粉煤灰∶分级尾砂),质量浓度为70%~76%。通过充填管道输送参数计算,选用外径为0.114 m,壁厚为0.007 m的钢管,得出似膏体料浆的临界流速为0.97 m/s,充填料浆水力坡度为885.92 Pa/m,充填管道最大输送阻力为1.53 MPa,工业泵的启动压力2 MPa,得出泵的最小压力值为3.53 MPa,从而设计出适合锡矿山的似膏体充填系统,为矿区充填可靠性提供了保障。     

充填配比方案优化的正交试验研究

为解决国内某铜矿充填分级尾砂供应量不足,充填料浆离析严重,充填体强度低的问题,应用正交试验展开了充填配比方案优化研究,试验以充填料浆质量浓度、灰砂比和细砂含量作为影响因素,以试块28 d单轴抗压强度、充填料浆泌水率和充填料浆扩散度作为试验指标,运用极差和方差分析法分析影响因素对试验指标影响的敏感性和显著性。试验结果表明：影响试块强度敏感性最强的因素是灰砂比,影响料浆泌水率和料浆扩散度敏感性最强的因素都是浓度;灰砂比对试块强度影响显著,浓度和细砂含量都对料浆泌水率影响显著（其中浓度影响最显著）,浓度对料浆扩散度影响显著。最终推荐充填配比方案为充填料浆浓度70%~72%,灰砂比1∶6~1∶8,细砂含量15%~20%;最优充填配比方案为充填料浆浓度72%,灰砂比1∶6,细砂含量15%。     

某矿膏体充填物料配比优化研究

某矿采用上向分层充填采矿法,对充填体强度要求较高,基于一维应力波理论及充填体抗动载特性,充填体的抗压强度不得低于1.2 MPa。充填物料配比是影响该工艺技术经济指标的关键参数。根据现场的实际情况,运用四因素三水平的均匀设计方法研究充填料浆浓度、尾库比（全尾砂与库存尾砂用量比）、灰砂比和添加剂硫化钠添加量对充填体强度及凝结性能的影响,寻求最优的充填配比。结果表明：在满足充填强度的前提下,当硫化钠添加量为0.4%时,灰砂比宜为1∶8,尾库比为8∶1,充填料浆浓度控制在77%;当硫化钠添加量为0.6%时,灰砂比宜为1∶9,尾库比为8∶1,充填料浆浓度控制在76%。     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂,以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料,开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示,新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为2.79 MPa,约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反,28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为5.04 MPa,约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出,新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明,砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态,适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa,满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求,与室内试验结果的误差为2.6%,说明室内试验得到的测试数据可靠度较高,并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳,为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂,以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料,开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示,新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为2.79 MPa,约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反,28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为5.04 MPa,约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出,新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C—S—H凝胶,胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明,砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态,适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa,满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求,与室内试验结果的误差为2.6%,说明室内试验得到的测试数据可靠度较高,并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳,为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。