基于响应面法的废石-铜渣掺和比充填强度影响试验

充填料浆配比与强度在矿山准确充填过程中起决定性作用,运用两种骨料堆积密实度模型分析废石-铜渣混合比例以得出混合骨料最佳掺和比,采用BBD响应面法,对废石-铜渣进行膏体配比设计,建立了各龄期的充填体强度回归模型,研究了料浆质量浓度、水泥添加量、废石-铜渣掺和比单因素及其交互作用对不同龄期充填体强度的影响。结果表明：料浆质量浓度和废石-铜渣掺和比的交互作用对充填体强度初期形成起支撑作用,水泥添加量和废石-铜渣掺和比交互作用对中期充填体强度影响显著,料浆质量浓度和水泥添加量交互作用对后期充填体强度增长起决定性作用。建立充填物料多目标函数模型对废石-铜渣膏体配比进行优化,满足矿山生产要求。在一定程度上为矿山多元骨料的应用提供了理论指导,同时有助于矿冶固废铜渣的综合利用。     

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。     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

会宝岭铁矿全尾砂胶结充填最优配比试验研究

会宝岭铁矿拟采用全尾砂骨料和水泥胶凝剂进行嗣后充填,对料浆流动性及充填体强度开展全尾砂胶结充填料配比试验。采用回归正交组合设计方法对全尾砂料浆的坍落度、充填体养护28天和90天的强度性能进行了研究。结果表明:料浆浓度在70%~75%时可泵性较好;充填体养护28天和90天的抗压强度、弹性模量、内聚力随着料浆重量浓度、水泥用量的增加有增大的趋势;强度性能回归分析得出充填浓度75%、水泥用量10.5%的情况下,全尾砂胶结充填体达到满足该矿生产需要的最佳强度性能。     

细颗粒尾砂含量对充填体强度影响的试验研究

为探究细颗粒尾砂含量对充填体强度特性的影响,利用液压伺服试验系统进行充填体单轴抗压强度试验,分析细颗粒尾砂含量、水泥含量和料浆浓度对充填体强度的影响规律。结果表明:细颗粒尾砂含量对充填体强度存在一定影响,充填体强度影响因素敏感性顺序为水泥含量、料浆浓度和细颗粒尾砂含量;各因素之间存在交互作用,水泥含量和料浆浓度一定时,细颗粒尾砂含量在35%～50%范围时,充填体强度最大;当水泥含量高于15%,料浆浓度高于72%后,充填体强度急剧上升。推荐矿山在充填过程中使细颗粒尾砂含量处于50%左右,同时提高浓度,降低水泥用量,可降低充填成本,增加企业经济效益。     

基于正交实验的赤泥-粉煤灰膏体充填材料配比优化

为了解决赤泥、粉煤灰等工业固废的堆放对环境产生的危害,同时降低矿山充填材料的高成本问题,试验采用拜耳法赤泥、粉煤灰制备矿山充填材料。采用正交试验方法以及MATLAB进行线性回归预测和3D可视化模型建立,得出影响赤泥基膏体充填强度及塌落度、泌水率的因素及回归方程。实验结果表明:料浆质量分数是影响塌落度的主要因素,其中58%料浆浓度的塌落度效果最好;赤泥粉煤灰比是影响充填料浆泌水率的主要因素,赤泥粉煤灰比为3∶2可以满足工艺要求;水泥掺量对试块的早期强度影响最大,料浆质量分数次之,赤泥粉煤灰比最小。因此,选择料浆浓度58%、赤泥粉煤灰比3∶2,水泥掺量10%为赤泥粉煤灰膏体充填的最优配比。     

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。     

多因素影响下的充填体强度预测与分析

为分析和预测多因素影响下的充填体强度，开展了充填配合比试验，并以支持向量机回归(SVR)模型为基础，结合灰狼优化算法(GWO)建立了一种新型充填体强度预测模型。结果表明，充填体强度随水泥掺量、料浆质量浓度的增大而增大，随粗细骨料比的增大先增大后减小。采用GWO对SVR中的惩罚因子与核函数参数进行迭代寻优，成功建立了以料浆质量浓度、水泥掺量、人工砂尾砂比和养护时间作为输入变量，以充填体的单轴抗压强度作为输出变量的强度预测模型。模型测试集的均方根误差为0.187,决定系数为0.993。与原始SVR和PSO-SVR相比，GWO-SVR模型的预测精度和可靠性有较大提高，成功实现了多因素影响下充填体强度的高精度预测。     

奥尔托喀讷什锰矿粗骨料胶结充填体试验研究及配比优化

充填体材料的强度及充填体料浆的浓度、流动性和阻力坡降等是矿山充填体系统设计的关键指标,事关矿山的充填质量及矿山生产安全。为了保证矿山安全生产和降低矿山充填成本,针对奥尔托喀讷什锰矿矿山现状,选取了风化较少的青黑色废石和风化较多的土黄色废石,分别开展了材料基本物化性质试验、充填料胶结强度配比优化试验研究、充填料浆流变参数及输送性能研究等一系列试验。研究了不同粗骨料、水灰比、养护时间及料浆浓度对粗骨料胶结充填体单轴抗压强度、塌落度及充填体料浆流动性的影响,并进一步对粗骨料胶结充填体物料配比进行了优化。实验结果表明:当粗料为全粒径≤10 mm混合废石、灰砂比为1∶4时,充填体试块强度最大,料浆不易堵管或大量堆积于管道中;料浆浓度保持在82%～80%时,充填料浆的和易性和流动性较好;充填体料浆流速随浓度的下降快速上升,静料柱高也显著下降。     

煤矸石充填材料配比试验研究

为科学合理确定陕西青岗坪煤矿煤矸石充填材料配比,分析充填材料组分对煤矸石充填体强度的影响,采用正交试验的方法分析粉煤灰与水泥质量比、矸石与粉煤灰质量比、质量分数3个因素对煤矸石充填体强度的影响,并进行单轴抗压力学性能试验。结果表明:选择粉煤灰与水泥质量比1:3、矸石与水泥质量比1:7、质量分数为75%进行配比时,矸石料浆坍落度及充填体强度均可以达到较好效果。     

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%。     

尾砂胶结充填体的强度特性及与开挖矿体的合理匹配

为合理确定在嗣后充填法中一步骤采空区充填体临界强度及固化时间的范围,以某铁矿尾砂为充填骨料,开展了不同配比参数下尾砂胶结充填体坍落度及抗压强度试验。建立了尾砂胶结充填体强度增长规律模型,并量化分析了采空区内充填体临界强度及固化时间的合理范围。结果表明：充填体固化强度随着养护龄期的增加呈指数函数递增趋势,且质量浓度越高的充填体强度增长越快;充填料浆坍落度随着质量浓度的增加基本遵循指数函数下降规律,而灰砂比对充填料浆坍落度的影响与质量浓度的范围有密切的联系;构建了能量匹配系数K值表征充填体与开挖矿体间的关系,获得了K值与充填体强度及固化时间的关系。据此定量分析出该矿山一步骤采空区充填体的临界强度为1.9 MPa,确定了灰砂比1:4、质量浓度66%的充填体,固化时间26 d后,方可进行二步骤矿体回采,比现场回采时间提前2 d。     

某磷矿碎石混凝土充填材料配比试验研究

针对某磷矿采用混凝土胶结充填替换掉不稳定矿柱处理空区的方案,开展了碎石混凝土充填材料配比试验研究。针对影响充填材料强度的因素,以碎石和棒磨砂作为充填骨料,试验采用正交试验的方法进行设计,并对试验结果采用DPS数据处理软件对充填体7d及28d试验结果进行非线性规划,采用二次多项式逐步回归方法,可得到单轴抗压强度与料浆浓度、砂灰比和砂石比的关系式。最终确定充填材料配比参数为砂浆浓度78%、砂灰比为2、砂石比为4:6。该配合比混凝土充填体28d单轴抗压强度可达到14MPa,7d单轴抗压强度可达到8MPa,满足采矿工艺对充填体的强度要求。     

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。     

某新型矿用胶结剂对尾砂胶结充填体强度的影响研究

某铁矿采用空场嗣后胶结充填采矿法开采厚大矿体,为控制充填水泥用量以降低充填成本,选用了一种原料来源广、成本低的新型矿用胶凝材料。为对比分析该矿用胶凝材料与原用水泥对充填体强度影响,首先测试了充填尾砂、充填用水的基本物理化学性质,对比了该新型胶凝材料、原矿用水泥PC 32.5标准水泥的物理力学性质,并利用该新型胶凝材料和原矿用水泥与充填尾砂进行了配比试验,测试了不同砂灰比(4、6、8、10、12)、充填料浆浓度(66%、68%、70%、72%、75%)和养护龄期(7、28、60 d)条件下胶结充填体的单轴抗压强度,确定了该低成本的胶凝材料可完全替代原矿用水泥获得同等的充填体强度。此外,利用扫描电镜(SEM)分析了不同配比参数胶结充填体的微观结构,从水化产物的微观组成方面解释了该新型矿用胶凝材料的适用性。     

用粗磷尾矿制备胶结充填材料

为解决湖北三宁矿业挑水河磷矿选厂重介质作业尾矿直接堆存存在的污染环境和土地占用等问题,在对该尾矿进行性能测定的基础上,开展了将其作为胶结材料用于充填采矿的可行性试验。结果表明：磷尾矿颗粒表面粗糙,有害元素含量低,可以作为胶结材料;磷尾矿为骨料制备的充填体不同龄期抗压强度均随灰砂比和料浆浓度增加而增强,但料浆浓度对充填体抗压强度影响相对较大;充填料浆坍落度、坍落扩散度和稠度均随灰砂比和料浆浓度增大而增大。为进一步降低胶结材料成本,还进行了粉煤灰部分替代水泥作为胶结材料的可行性正交试验。结果表明：粉煤灰的添加有利于充填体强度的增高,尤其是后期强度的增长;充填料浆坍落度随灰砂比、料浆浓度和粉煤灰掺量增大均先增后减,且影响程度由强到弱依次为灰砂比>料浆浓度>粉煤灰掺量。由于粉煤灰颗粒粒度细,且部分颗粒呈球形,使其在料浆中可以发挥滚珠轴承效应,减小了磷尾矿颗粒之间的摩擦力,进而提高了料浆的和易性;粉煤灰内部空隙多,随着粉煤灰掺量的增加,需水量也随之增大,导致充填料浆的黏稠性增大,阻碍了料浆中骨料的移动,进而使得坍落度和稠度随粉煤灰掺量增加呈现先增后降的规律。试验确定的胶结材料最佳配比为灰砂比0.250、料浆浓度80%、粉煤灰掺量1.00。利用粉煤灰和粗磷尾矿进行胶结充填具有显著的经济、环境和社会效益。     

尾砂充填料浆泌水特性及其对充填体影响研究

通常认为充填配比固定时,尾砂充填料浆浓度决定充填体强度,但该观点未考虑料浆泌水对充填体的影响.利用测试模具,测试并分析了不同配比与粒级组成的尾砂料浆泌水特性及其对充填体的影响.研究发现:1)少量水泥添加即可显著抑制料浆泌水,采用微胶充填可实现充填采场泌水控制.2)料浆泌水会显著降低不同初始浓度料浆间的浓度差.但泌水后各...     

矿渣基胶凝材料充填试验及胶结体微观结构演化研究北大核心

采用矿粉-水泥复合胶凝材料作为胶结剂,细尾砂作为骨料,开展了不同浓度、砂灰比下充填流动度、泌水率、沉缩率及抗压强度试验。利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、压汞(MIP)对特定养护龄期下充填体中水化产物种类、分布及孔结构变化进行了表征。结果表明:充填浓度的提高,料浆流动度、泌水率及沉缩率明显降低,而砂灰比对其影响相对较小。充填浓度66%~72%时,料浆流动度为16.1~27.1cm,满足充填泵送及自流输送流动度要求;充填浓度74%时,料浆流动度仅为12.25~13.40cm,且泌水率及沉缩率均较小,不适宜于输送。充填体抗压强度随充填浓度的提高而增加,随砂灰比的提高而下降。养护早期(3d),充填体强度普遍较低,但后期强度发展较快,尤其是28~60d仍有一定幅度的增长。矿粉在水泥碱环境作用下持续发生火山灰反应并生成大量水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(AFt)等产物细化了充填体内部孔径,增加了体系密实程度是导致充填体强度稳定增长的重要原因。