不同粗骨料对膏体强度性能的影响及配比优化

云南某铅锌矿水淬渣产量逐渐降低,难以满足充填需求,亟需寻求新型粗骨料。以该矿全尾砂、机制砂、水淬渣为试验材料,采用正交设计法,研究料浆质量浓度、灰砂比、粗骨料含量以及粗骨料种类对膏体抗压强度的影响。基于最大密度曲线理论和贝雷法,从密实度和骨架结构两方面对混合物料级配进行评价,并对全尾—机制砂进行物料配比优化。研究表明:料浆质量浓度和灰砂比是抗压强度的主要影响因素,粗骨料含量的影响作用较小;相同条件下,全尾—水淬渣膏体抗压强度最大,全尾砂膏体次之,全尾—机制砂膏体抗压强度最小;全尾—机制砂膏体级配不良,密实度小于全尾—水淬渣和全尾砂膏体,且没有形成稳定骨架,再加上机制砂含泥量较高,导致全尾—机制砂膏体抗压强度最小。物料配比优化后,机制砂添加量为42.78%,全尾砂添加量为57.22%,达到较大密实度的同时又形成了稳定的骨架结构,有利于提高膏体抗压强度。     

混合骨料充填体强度发展规律与配比优化

混合骨料充填体强度受混合骨料配比、充填料浆质量 分数和水泥掺量等多因素影响.为探究不同因素对充填体 强度 的 影 响 规 律,并 确 定 最 佳 充 填 配 合 比,采 用 BoxＧ Behnken响应面法(RSMＧBBD)开展了混合骨料充填配合比 试验.以河砂占比、料浆浓度和水泥掺量作为影响因素,以 充填体７d、１４d和２８d强度值作为响应量,构建了不同养 护龄期的充填体强度试验回归模型.试验结果表明:混合骨 料堆积密实度随着河砂占比增大先增大后减小,充填体强度 亦表现出了相同的发展趋势.在多因素影响下,河砂占比越 大同时料浆质量分数越小时,充填体强度越低;河砂占比越 小同时水泥掺量越大时,充填体强度越高;充填体强度随着 水泥掺量和料浆质量分数的提高而增大.     

矿渣胶结材料充填体强度确定及配比优化

为了降低充填成本,从分析高阶段嗣后充填充填体的力学作用机理入手,采用经验公式,计算了充填体暴露高度与强度的关系,得出充填料浆配比设计依据。而后,以超细全尾砂和自行研发的矿渣胶结材料制备充填料浆,采用正交设计与极差分析,研究了料浆与各个影响因素的关系,确定了各个因素的权重,得出了最佳的充填配比。研究结果表明：高阶段嗣后充填充填体在暴露高度95 m时所需强度为2.9 MPa,100 m时所需强度为3.1 MPa;采用灰砂比1∶、浓度72%的料浆作为胶结面,采用灰砂比1∶10、浓度72%的料浆充填矿房,完全满足采场稳定性的要求。     

物料配比对胶结充填体强度的影响研究

为了研究固体物料配比对胶结充填体强度的影响,采用压力机对16种不同配比养护龄期28d的胶结充填体试件进行单轴压缩试验,使用引伸计测量了胶结充填体试件的应变,研究了胶结充填体试件单轴抗压强度与物料配比的关系以及试件在压缩过程中的应力应变关系。试验结果表明,灰砂比相同时,胶结剂中水泥含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结剂成分相同时,胶结剂含量越多的充填体单轴抗压强度越大;胶结充填体的应力应变曲线分为5个阶段,分别是孔隙裂隙压密阶段、线弹性阶段、屈服阶段、应变软化阶段以及残余强度阶段。     

胶结充填体强度与材料配比的优化研究

针对某矿山上部资源残留空区所引起的地压问题及下部资源回采采用机械化上向水平分层充填法所需充填体强度的要求,对影响充填体强度各个因素进行研究。以水灰比,质量浓度,养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同配比、浓度、不同养护龄期对充填强度的影响。结果表明,选取在水泥与尾砂的配比为1:4,浓度为72%,养护时间为28d情况下为最佳试验条件,满足该矿山的开采条件要求。     

骨料堆积密实度对充填体强度影响的规律研究

骨料堆积密实度是孔隙率、骨料粒径、级配关系的综合反映。为研究骨料堆积密实度对充填体强度影响的规律,以废石集料和风砂为骨料,开展了堆积密实度试验;以水泥掺量、水灰比、质量浓度为变量,以单轴抗压强度为考察指标,开展了骨料密实度对充填体强度影响的试验研究。结果表明:混合料堆积密实度对充填强度有较大影响。在实验范围内,随着废石集料的增加,混合料堆积密实度呈"拱形"先增大后减小,当砂石比为5∶5时,密实度达到最大值为0.724,此时可充分发挥混合料的强度效应,此后废石占比每提高10%,充填体7d和28d强度分别降低12.5%和11%。充填体强度与水泥掺量和质量浓度成正相关,而与水灰比成负相关;满足7d和28d强度分别为2.5MPa和5MPa的前提下,最佳水泥掺量为240kg/m3,最佳水灰比为1.6,最佳砂石比为5∶5,最佳质量浓度为79%。     

谦比希铜矿充填体强度计算及物料配比优化

谦比希铜矿西矿体采用上向进路膏体充填采矿法进行回采。为了避免充填强度设计过剩,降低水泥单耗及充填成本,根据西矿体的开采结构参数,采用经验类比及理论分析相结合的方法,确定了西矿体较为适宜的充填强度。在此条件下通过开展膏体流动性能、强度性能及凝固性能的试验研究,确定了充填浓度及物料配比,为矿山降本增效提供参考。     

基于正交试验的充填体强度演化规律及配比优化研究

根据矿山实际情况,采用正交试验方法研究了充填浓度、灰砂比、粗骨料含量和养护龄期等因素对胶结充填体单轴抗压强度的影响规律。结果表明,随充填浓度、养护龄期和灰砂比的增大,充填体强度呈增长趋势。由于尾砂细颗粒无法有效填充粗骨料之间的空隙,粗骨料含量在70%～85%时,随粗骨料含量的增加,充填体强度呈下降趋势。现有条件下粗骨料含量70%为最佳值,但粗骨料的种类和级配还有进一步优化的空间。极差分析结果表明,灰砂比对充填体强度的促进效果最显著,其次是充填浓度和养护龄期。实践中应尽量提高充填浓度和养护龄期,对采空区的不同位置采用不同的灰砂比,以实现提高充填体强度、降低水泥成本的目的。研究结果可为矿山充填实践提供指导。     

基于能量匹配的充填体强度设计及料浆配比优化

由于各矿山地质条件不同、开采方法及结构参数不同,且影响充填体强度因素多而复杂,给安全经济合理的充填体强度确定带来困难。本研究根据前期胶砂强度试验、管输特性试验的结果,基于充填体与围岩相互作用关系,采用能量耗散理论,分别确定一步采和二步采充填体合理强度;在此基础上,结合料浆管输特性,采用多目标模糊综合评判理论对充填料浆配比进行优化,在满足充填体强度和料浆流动性基础上进一步降低充填成本。研究表明:一步采和二步采充填合理强度分别为2.50 MPa和1.0 MPa,固化时间均为28 d;充填料浆优化配比均为胶砂比1∶5和料浆浓度64%。试验验证表明所得优化配比具有较高可靠性,可为工业充填提供依据。     

掺粉煤灰的混合充填骨料配比优化实验

针对某矿山采用混合粗骨料存在充填料浆分层离析的问题,通过添加粉煤灰细骨料来优化骨料级配.首先对充填材料进行物化分析,并在此基础上开展不同粉煤灰掺量的混合骨料粒径级配分析,然后进行掺粉煤灰混合骨料充填体强度实验,实验结果表明:充填体强度随着料浆浓度与粉煤灰掺量的增加而提高,强度改善明显;掺入适量粉煤灰细骨料,能有效改善粒径级配,提高充填体强度.最后以单位充填成本为优化目标,以各龄期强度为约束条件建立优化模型对混合骨料充填配比进行优化,得出满足充填强度要求的最低成本方案,即粉煤灰掺量26％、胶凝材料添加量为286 kg/m3,料浆浓度为81.36％时充填材料成本最低,并以此进行验证实验,得到3d强度为1.56 MPa,7 d强度为2.86 MPa,28 d强度为6.9 MPa,塌落度25.6 cm,分层度3.1 cm,泌水率为5.7％,均满足矿山要求,此时充填成本为124元/m3,较原来的145元/m3降低了 14％.     

废弃混凝土粗骨料对充填膏体性能的影响

为解决废弃混凝土长期堆放占用土地资源,破坏周围生态环境的问题,利用废弃混凝土粗骨料替代煤矸石制备充填膏体,分别测定了其初始坍落度与扩展度、流变性能,以及静置2 h后的坍落度与扩展度、泌水率及单轴立方体抗压强度。结果表明：废弃混凝土粗骨料对初始流动性能的影响显著,随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,初始坍落度由25 cm逐渐减小到22 cm,而对充填膏体的静置流动性能影响较小;随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,屈服应力及塑性黏度均呈上升趋势;废弃混凝土粗骨料对充填膏体的泌水有很好的抑制作用,随废弃混凝土粗骨料替代率的增加,泌水率由5.56% 逐渐减小到4.61%;随着废弃混凝土粗骨料替代膏体矸石量的增加,废弃混凝土充填膏体试件的抗压强度先增大后减小,综合分析选取了废弃混凝土粗骨料替代矸石量的合理范围。     

磷石膏膏体充填材料强度优化配比试验研究

为研究贵州开磷矿业总公司采用磷石膏和黄磷渣胶结充填采空区的可行性, 在实验室测试了磷石膏及黄磷渣的主要物理化学性质, 制备了不同浓度不同配比的充填料浆, 并测试其坍落度、泌水率和不同龄期的单轴抗压强度。采用正交试验设计优化磷石膏膏体配比, 并采用Mathematica对强度数据进行拟合, 得出本次试验的最优结果为;磷石膏膏体充填料的最优质量比为黄磷渣∶磷石膏=1∶4, 添加CaO质量为5%, 磷石膏膏体质量浓度为67%~68%。在该配比条件下, 磷石膏膏体充填体28 d单轴抗压强度为2.15~3.42 MPa, 可满足矿山安全生产需求, 并显著降低料浆泌水率。     

不同尾砂充填体强度及沉降性能对比分析

为了给充填系统总体规划及充填系统运行参数提供依据,在实验室进行全尾砂与分级尾砂充填体强度及沉降性能的对比分析研究。根据试验结果:在起始浓度(40%)下,分级尾砂的沉降性能要优于全尾砂充填体。增大灰砂比对于提升充填体强度的效果:全尾砂要优于分级尾砂,在养护初期时,分级尾砂优于全尾砂,而在养护后期,全尾砂充填体要明显强于分级尾砂。同时,3种因素对于提高充填体力学强度效果而言,养护龄期灰砂比浓度。     

混合骨料胶结充填体的力学性能及其配比优化设计

针对质量浓度、水泥掺量、粗骨料含量及减水剂掺量４种因素对废石与尾砂混合骨料胶结充填体力学性能的影响,进行正交试验设计.通过对充填体抗压强度、坍落度进行极差分析和方差分析,得到了４种因素的影响程度和显著性影响因素.研究结果表明:质量浓度、粗骨料含量及减水剂掺量为充填料浆坍落度的显著性影响因素,而水泥掺量对充填料浆坍落度无显著影响;粗骨料含量及质量浓度为充填体早 期强度的显著性影响因素,而质量浓度及水泥掺量为充填体中后期强度的显著性影响因素;充填体后期抗压强度随粗骨料含量的增加呈先增加后减小的趋势,最佳粗骨料含量为６０％;最后就４种因素对混合骨料胶结充填体力学性能的影响进行了机理分析,建立了混合骨料充填体坍落度及抗压强度的回归模型,该模型能够准确预测混合骨料充填体的坍落度和抗压强度的变化规律.由试验结果得出该金属矿山充填料浆配比参数的最佳组合.     

胶结充填料优化配比研究及强度预测

由于料浆的质量浓度、粉煤灰与水泥耗量之比，灰砂比与胶结充填体的强度存在着非确定性的相关关系，这种相依关系受随机误差的干扰。因此在大量试验的基础上，利用Matlab软件建立了多元线形回归模型，通过实验数据找出随机变量与控制变量之间的相关关系，为充填料的优化配比提供了理论依据，并实现了充填体强度的预测。     

废石尾砂胶结充填体强度性能及物料配比参数试验研究

某矿地处高原,当地水泥成本高,若采用全尾砂进行充填,充填体强度偏低,充填成本较高。废石尾砂胶结充填可以降低水泥单耗,为矿山充填方案选择提供了技术思路。本文通过充填配比试验研究了废石尾砂胶结充填体强度性能,确定了废石尾砂胶结充填物料配比参数,为充填方案论证提供了依据。通过试验可知,相同水泥单耗情况下,废石尾砂胶结充填体强度显著高于全尾砂胶结充填体,60%~65%的尾砂浆浓度、50%的废石添加量可使废石胶结充填具有较优的强度性能及流变性能。     

尾砂级配对充填体强度的影响及优化

尾砂级配是影响充填体力学性质的重要参数,研究级配对充填体强度的影响具有重大现实意义。以A、B和C三种全尾砂为试验材料,通过激光粒度分析仪测得三种全尾砂粒径级配组成,结合全尾砂充填体强度,得到级配与充填体强度之间的关系:C全尾砂级配优于B,A全尾砂级配较差;级配越好,充填体强度越高。借助XRD能谱分析和SEM电镜分析可得,A试块和C试块由于级配不同,导致水化反应初期(3d)A试块钙矾石(针状)明显少于后者,28d报告时C试块团絮状胶凝物黏结更紧密,从而影响了试块的充填体强度,使得级配较优的C试块充填体强度明显高于A试块。通过优化级配的方法对级配较差的全尾砂A进行优化分级,提高了充填体强度。     

粗骨料与细骨料胶结充填体强度对比分析

为了改善极细颗粒尾砂单独作为充填集料的胶结充填体固结硬化速度慢、强度偏低等问题,通过添加碎石的方法改变充填骨料的级配组成,由实验室对比试验可知,添加一定量碎石的胶结充填体强度可显著提高,这一点也由形式为指数函数拟合曲线的增长规律得以验证,从而确定了添加碎石可为井下开采作业提供可靠的安全保障,从减少胶凝材料用量的角度来看,节省的成本足以抵消加工碎石而增加的费用.因此,采用改性后的碎石-全尾砂充填材料在技术经济方面是合理的.     

矸石膏体充填材料配比优化

为了合理确定岱庄矿矸石膏体充填材料的合理配比,采用均匀设计方法开展了28组实验,研究粉煤灰、水泥、矸石的不同配比对膏体坍落度、分层度、泌水率、充填体早期强度和长期强度的影响规律。基于关键层理论提出了充填体长期强度的计算公式,并采用Matlab软件拟合出了矸石膏体充填最优配比,即粉煤灰∶水泥为3.2、矸石∶水泥为4.5、料浆质量浓度为75.3%。该条件下对应的充填性能参数分别为:坍落度184.44 mm、分层度13.87 mm、泌水率1.48%、充填体早期强度0.16 MPa、充填体长期强度3.89 MPa,与实验结果基本吻合。     

废弃混凝土细骨料对矿山充填膏体性能的影响

为解决矿山充填开采原材料不足的问题,以废弃混凝土细骨料替代细矸石制备充填膏体,分别测定了其坍落度与扩展度、流变性能、泌水率及立方体抗压强度。试验表明:随着废弃混凝土细骨料替代率的增加,充填膏体的坍落度变化不大,扩展度、屈服应力及塑性粘度大体上呈上升趋势,而其泌水率逐渐减小,当细骨料替代率为50%时,充填膏体的抗压强度达到该龄期的最大值。