胶结充填体波速-密度双参数强度预测模型研究

抗压强度是表征胶结充填体力学性质的重要指标，是确定采场充填方案的基本依据，快速、准确地确定胶结充填体抗压强度值，对于保障采场安全意义重大。分析了胶结充填体强度的影响因素，为克服单一预测指标的不准确性和预测指标过多的复杂性，选取了较易获取的胶结充填体初始超声波波速和密度两个参数，构建了波速-密度双参数预测指标T，运用预测指标构建了胶结充填体强度预测模型，并进行了验证。研究表明：①胶结充填体单轴抗压强度的影响因素有组成成分、结构尺寸以及养护环境，主要影响因素为组成成分；②将试验数据应用所构建的强度预测模型、典型强度预测模型分别进行了曲线拟合，对比分析得出所构建的强度预测模型拟合结果良好，相关系数均达到0.98以上，可以较好地预测胶结充填体强度。利用波速-密度双参数进行胶结充填体强度预测具有可行性，为准确预测胶结充填体强度提供了新的思路。     

胶结充填体波速-密度双参数强度预测模型研究

抗压强度是表征胶结充填体力学性质的重要指标，是确定采场充填方案的基本依据，快速、准确地确定胶结充填体抗压强度值，对于保障采场安全意义重大。分析了胶结充填体强度的影响因素，为克服单一预测指标的不准确性和预测指标过多的复杂性，选取了较易获取的胶结充填体初始超声波波速和密度两个参数，构建了波速-密度双参数预测指标T，运用预测指标构建了胶结充填体强度预测模型，并进行了验证。研究表明：①胶结充填体单轴抗压强度的影响因素有组成成分、结构尺寸以及养护环境，主要影响因素为组成成分；②将试验数据应用所构建的强度预测模型、典型强度预测模型分别进行了曲线拟合，对比分析得出所构建的强度预测模型拟合结果良好，相关系数均达到0.98以上，可以较好地预测胶结充填体强度。利用波速-密度双参数进行胶结充填体强度预测具有可行性，为准确预测胶结充填体强度提供了新的思路。     

基于P波模量的原位胶结充填体强度预测模型研究

原位胶结充填体质量评价通常采用单轴抗压强度作为表征指标,由于在现场工程中无法快速、准确获取充填体的强度值,因此需要建立一种参数易于获取且准确的原位胶结充填体强度预测模型。基于胶结充填体物理力学参数的内在联系,从量纲平衡的角度探索了胶结充填体单轴抗压强度与P波模量的关系。根据C矿和I矿两种原位胶结充填体的密度、P波速度及取芯强度的测试数据,采用线性拟合的方法获得了基于P波模量的原位胶结充填体强度预测模型。通过对C矿和I矿的强度预测模型拟合效果分析可知,P波模量与取芯强度呈正相关性,且拟合效果较好,证明原位胶结充填体强度预测模型精度高,具有很强的实用性。     

冲击荷载下碱化水稻秸秆基尾砂胶结充填体的力学性能及能耗特征

为了解中等应变速率下碱化水稻秸秆基尾砂胶结充填体的动载强度、应力 应变、能量演化及破坏形态特征,采用分离式霍 普 金 森 压 杆 系 统 对 不 同 掺 量 碱 化 水 稻 秸 秆 (经NaOH 溶液碱化处理)的尾砂胶结充填体进行了单轴单次冲击荷载试验.试验结果表明:充填体的动态抗压强度与平均应变率呈正相关关系,碱化水稻秸秆的掺入可有效提高充填体的动态抗压强度,且随碱化水稻秸秆掺量的增加,充填体的动态抗压强度先增大后减小,最佳掺量为０．３％,动态抗压强度最大增幅为２６．８１％;单次冲击荷载下,掺碱化水稻秸秆的充填体相比于未掺碱化水稻秸秆的充填体应变更大,但破坏程度更小;同一应变率下,充填体的单位体积吸收能和单位质量破碎耗能均随平均应变率的增大呈现类似指数增长规律,掺碱化水稻秸秆的充填体具有更高的能量水平、吸能性能,且破碎时需要消耗更多的能量;单次冲击荷载下,充填体的破坏形态主要为宏观上的轴向主裂纹拉伸破坏及压碎破坏,当平均应变率超过临界应变率时,充填体破坏形态多为压碎破坏;碱化水稻秸秆在充填体基体内部起到桥连作用,从而减缓充填体裂纹的扩展与能量的释放,使掺碱化水稻秸秆的充填体具有更高的临界应变率,显著提高充填体的稳定性与完整性,有利于改善井下作业环境的安全性.     

考虑龄期的全尾砂胶结充填体强度预测模型建立及试验验证

为了探究养护龄期对充填体强度的影响规律,制作了标准的全尾砂胶结充填体圆柱试件,在标准养护条件下养护了不同的时间,再对其进行单轴压缩试验,记录不同龄期试件的破坏形式和应力应变曲线,分析破坏形式,最后寻找合适的函数模型对充填体的强度进行拟合验证。结果表明,不同养护龄期下的胶结充填体的抗拉性能均较弱,破坏形式均为拉伸破坏;混凝土的2个经典强度预测模型对全尾砂胶结充填体较为合适,尤其是ACI 209模型可以简明准确地预测不同龄期下胶结充填体的强度。     

多次冲击下掺膨润土胶结充填体力学特性试验研究

采用SHPB杆对4组12个胶结充填体试样进行多次冲击试验,分析了同一冲击速度下掺膨润土胶结充填体多次冲击的应力应变曲线、动载强度、吸收能及变形破坏特征。结果表明,多次冲击后,未掺入膨润土充填体应力应变曲线出现显著下跌,掺入膨润土后充填体应力应变曲线逐级下降;膨润土掺量5%和10%的胶结充填体多次冲击比首次冲击先达到峰值应变,且出现动态强度软化;膨润土掺量15%时充填体首次冲击峰值应变出现在0.002附近,多次冲击峰值应变约0.003;充填体抗冲击次数随膨润土掺量增加呈先降后增趋势,动态抗压强度增强因子、动态抗压强度、吸收能、单位体积应变能与冲击次数呈负相关,其中掺膨润土充填体动态抗压强度增强因子均大于未掺膨润土充填体;试样最终破坏类型表现为轴向张拉破坏,掺入膨润土提高了充填体破碎整体性。     

均匀设计法在新型胶凝材料配合比研制上的应用

采用均匀设计的试验方法,分析4种不同配比的新型胶凝材料对司家营铁矿全尾砂胶结充填体强度的影响。采用二次多项式逐步回归法分析处理试验数据,建立全尾砂胶结充填体28 d强度与新型胶凝材料不同配比之间的回归模型。使用MATLAB软件进行配比参数优化,确定新型胶凝材料的最佳配比组合。最佳配比验证试验的充填体28 d抗压强度为3.44 MPa,与预测的3.66 MPa相差不大,说明均匀设计法在胶凝材料配方研制上有较高的实用价值。试验结果为司家营铁矿全尾砂胶结充填开采提供了理论参考。     

石灰石粉对胶结膏体充填材料性能的影响

为满足矿山对质优价廉、不同粒度分级尾砂胶结充填材料的需求,以粗、细两种分级尾砂胶结充填材料为对象,研究了外掺粗、细、超细石灰石粉对胶结充填材料性能的影响。结果表明：固体质量浓度为65%的细粒尾砂胶结充填料和固体质量浓度为75%的粗粒尾砂胶结充填料外掺15%的超细石灰石粉,均可制成胶结膏体充填材料,其充填料的坍落度均超过200 mm、脱水率均低于2%、28 d硬化体的抗压强度在0.3～1.2 MPa、28 d硬化体沉缩率均低于2%;继续增加超细石灰石粉的掺量,充填料的坍落度和脱水率下降,28 d硬化体的抗压强度略有提升、沉缩率进一步下降。如何提高28 d硬化体的抗压强度是今后研究的重点。     

安庆铜矿分级尾砂胶凝材料配比试验及应用研究

根据安庆铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了分级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。结果表明:在灰砂比为1∶10、质量浓度为70%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的1.9倍。通过数值模拟方法,计算典型一步骤采场充填体的实际强度需求为1.525 MPa,并在此基础上推荐充填浓度不低于70%,新型胶凝材料与分级尾砂比为1∶10进行工业充填试验。采场充填体现场取样测试结果表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.01 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求,胶凝材料用量降低了21.8%,从而节约了充填成本。     

基于SSA-BP的露天矿山边坡位移变形预测

针对传统的BP神经网络在预测露天矿山边坡位移变形时存在的局限性,构造了一种基于麻雀搜索算法（SSA）和BP神经网络相结合的边坡位移变形预测模型,先利用麻雀搜索算法对传统的BP神经网络进行权值与阈值的优化,再将麻雀搜索算法优化后的BP神经网络算法（SSA-BP）运用于露天矿山边坡位移的预测。为了验证算法的可行性,将SSA-BP预测模型与WOA-BP、BP以及Elman预测模型针对露天矿山边坡位移变形量的预测结果进行比较。实验结果表明：SSA-BP预测模型针对露天矿山边坡位移变形量的预测相比其他三种模型,其迭代速度块,寻优能力强;通过预测精度评价指标来看,SSA-BP算法的R^2、RMSE、MAPE、MAE、MSE明显优于另外三组算法。为露天矿山边坡位移变形预测提供了一种新的思路和方法。     

胶结充填体动力试验及其爆破响应模拟研究

空场嗣后充填采矿方法被越来越多地应用到地下金属矿床开采中,胶结充填体不仅要承受上部静荷载,还要面临二步骤采矿爆破冲击,因此研究胶结充填体动力学特性及其爆破响应对于保证采矿安全具有重要意义。通过单轴抗压强度（UCS）以及霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bars, SHPB）对胶结充填体进行动静载试验,在此基础上,应用ANSYS/LS-DYNA 软件对二步回采过程中的胶结充填体爆破响应特征进行了模拟研究。结果表明：①胶结充填体动抗压强度随着应变速率增加而增加,近似为线性关系,高应变条件下,其动抗压强度约为静抗压强度的2倍;②二步骤采矿爆破时充填体保护层厚度对振动响应速度和有效应力有明显影响,因而有必要为充填体预留设足够厚度的保护层,否则会导致充填体振动响应速度和有效应力过大;③起爆方式对胶结充填体爆破响应也有明显影响,孔口起爆时,保护层厚度要大于1.5 m才能满足充填体安全要求,而孔底起爆时,保护层厚度需达到1.8 m。上述分析对于充填采矿中胶结充填体强度以及二步回采中保护层厚度、起爆方式设计具有一定的参考意义。     

基于均匀试验与智能算法的全固废充填胶凝材料制备

为了制备满足矿山要求的超细尾砂全固废充填胶凝材料, 基于均匀设计方案, 开展了全固废充填胶凝材料激发剂配比的胶结体强度试验, 结果表明, 矿渣粉配比量为全尾砂胶结充填体7 d及28 d抗压强度的主要影响因素, 脱硫石膏配比量对充填体7 d抗压强度影响较大, 而钢渣配比量影响28 d抗压强度。建立了胶凝材料配比优化模型, 利用智能算法的全局寻优, 获得低成本全固废充填胶凝材料最优配比为: 脱硫石膏20%、钢渣微粉33%、粉煤灰25%、矿渣微粉22%, 材料成本为34.92元/m³;根据该配比进行了室内制备试验, 结果显示, 充填体7 d和28 d抗压强度分别达到1.38 MPa和3.56 MPa, 并且随着反应龄期增加, 该材料体系中C-S-H凝胶和钙矾石的质量损失从3.64%增加到8.7%, 充填体强度呈增加趋势。采用该方法制备的胶凝材料能满足矿山要求。     

基于双指标响应值法对充填材料理想配比值域研究

针对现场尾砂充填材料配比实验决策目标多、实验条件差等问题,采用全面法实验方案,以料浆质量浓度、砂灰比为实验因素,以料浆流动性、胶结体单轴抗压强度为响应值进行配比实验,建立双指标理想配比值域,以提高现场的实践指导性。借助等高线图研究了配料的流动性;采用方差法分析了影响因素对强度的主次效应;通过一维应力波理论计算了充填体抗爆强度;借助非线性回归分析得出满足抗爆振动强度要求的配比数学模型。结果表明:砂灰比越小,浓度越小,流动性越好;充填料浆浓度对强度影响效应更显著;抗爆破振动强度为0.75 MPa。并基于塌落度、单轴抗压强度双指标,提出理想配比值域,为现场充填材料配比提供动态方案。     

基于SVM的充填体强度与采场稳定性需求智能匹配研究

为解决矿山充填体强度的设计问题,提高矿山充填体的强度动态调整能力,本文通过调查国内百座矿山现场充填体强度实际数据,采用SVM方法建立充填体强度智能预测模型,对70组训练样本数据进行训练,采用BP神经网络模型与SVM模型的预测结果进行比较。结果表明：SVM预测模型的最大误差为3.52%,平均误差为2.41%。BP预测模型的最大误差为10.98%,平均误差为7.01%。SVM模型比BP模型预测精度更高,误差更小。采用SVM模型对三山岛金矿充填体强度进行预测,一步骤回采矿房充填体强度1.02MPa,推荐灰砂比1:12,二步骤回采矿房充填体强度0.86MPa,推荐灰砂比1:16。现场采场充填效果良好,未发生充填体失稳现象。基于SVM的充填体强度智能匹配模型能够在满足采场稳定性的前提下,减少充填成本,提高矿山的经济效益。     

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。     

冲击加载下养护龄期对掺膨润土充填体力学破坏特征研究

深部开采中爆破、地震波等冲击对不同养护期的胶结充填体稳定性造成破坏,威胁采场安全。为此采用霍普金森杆试验系统对充填体试样进行单次冲击试验,分析爆破荷载下不同龄期掺膨润土全尾砂胶结充填体的动力学特性。试验结果表明：动态冲击曲线存在多个波峰,养护早期(3d、7d)表现为动态强度硬化(峰值应变0.005左右),后期(14d、28d)为动态强度软化(峰值应变0.002左右);充填体DIF与膨润土掺量正相关,与龄期负相关;养护龄期3~14d时,动态抗压强度、吸收能、单位体积吸收能随膨润土掺量的增大呈先降后升趋势(10%为临界点),28d时,两者正相关,养护龄期的延长可以提高充填体吸收能量的能力,增强抗冲击性能;养护早期韧性指数随膨润土掺量的增大而降低,养护后期两者关系表现为正相关且敏感性更高、增幅更显著。     

喀拉通克铜镍矿下向空场嗣后充填采场充填体配比研究

充填体强度是影响地下采场稳定性的重要参数。本文以喀拉通克铜镍矿为研究对象,通过理论计算分析确定了喀拉通克铜镍矿下向空场嗣后充填采场充填体胶结充填体强度要求,即3 d强度不小于0.7 MPa,同时通过对矿山胶结充填体进行抗压强度试验,得到了不同浓度、不同配比的28 d抗压强度,并对数据进行拟合,得到了不同浓度条件下砂灰比与充填体强度关系,最后,根据试验结果,获得了满足矿山需求的胶结充填配比方案。     

一维动静组合加载下多角度耦合充填体力学特性研究

为探讨爆破扰动作用下充填矿柱的失稳破坏模式及动力学特性,以尾砂胶结充填体为研究对象,选取3个轴压水平,开展不同传递路径、应变率下SHPB冲击试验。研究表明：①相同轴压下,充填体动态抗压强度随应变率增大而增大,相近应变率下,充填体动态抗压强度随所施轴压梯度的增大呈现出先增大后减小趋势,当轴压为静载强度40%时达到最大动态抗压强度;②动静组合加载下充填体应力—应变曲线主要分为弹性阶段、屈服阶段及破坏阶段,弹性模量随轴压的增大呈先增大后减小趋势;③轴压作用下,充填体破坏模式为剪切破坏,冲击波经不同传递路径或不同角度传递至充填体时,破坏模式仍为剪切破坏,无轴压作用时,充填体破坏模式为劈裂拉伸破坏。④利用ANSYS/LS-DYNA模拟动静组合加载下充填体冲击过程,得到冲击波直接或经花岗岩间接作用于充填体时,最大应力峰值出现时刻基本相同,应力大小差异较大,在充填体内应力波衰减量为20%,经花岗岩间接作用于充填体时应力波衰减量为29%。