不同含量玻璃纤维尾砂充填体损伤规律与围岩匹配关系

为提高三门峡罗山金矿采空区充填后的稳定性，对玻璃纤维质量含量分别为0%,0.5%和0.7%的尾砂胶结充填体损伤规律进行研究。通过单轴压缩试验得到不同含量玻璃纤维尾砂胶结充填体应力–应变曲线，并根据建立的损伤本构方程，分析充填体的能量耗散规律，得出其与围岩的匹配关系。研究结果表明：(1)在一定范围内，玻璃纤维的掺入提高了充填体的强度，降低了初始弹性模量。(2)掺入玻璃纤维能够降低充填体达到峰值应力时的损伤值，但随着其含量的增加，充填体损伤值达到极值的过程越缓慢。(3)得到了不同含量玻璃纤维充填体的峰值比能计算模型，进而得出充填体的峰值比能随着玻璃纤维含量的增加而增大。(4)以该矿山充填开采为背景，得到采空区埋深与充填体强度的匹配设计模型，可为矿山节约充填成本提供科学依据。     

全尾砂充填料浆电渗脱水固结试验研究

为了探究充填料浆电渗脱水固结相关规律,采用自制的电渗脱水试验和自然脱水试验装置,进行全尾砂胶结充填料浆和非胶结充填料浆的脱水试验。通过监测试验过程中充填料浆的沉降高度、温度、脱水量、电流、阴阳极含水率、电能消耗和检测充填体试块强度,对比分析全尾砂充填料浆在不同条件下的脱水固结性状。研究结果表明:(1)未添加胶凝材料的全尾砂非胶结充填料浆,电渗脱水效果明显;(2)充填料浆电渗脱水效果主要与充填料浆自身的物理化学性质有关;(3)电渗过程中能耗系数逐渐增大,通电会造成充填体温度和电阻率升高,阳极腐蚀严重;(4)纵向布置电极时,上部溢流水的存在将导致充填料浆发生剧烈的电解现象。     

尾砂胶结充填体裂纹演化多尺度特征

为了研究尾砂胶结充填体在单轴压缩作用下的裂纹演化特征,利用电子万能试验机、声发射、扫描电镜和DIC技术开展单轴受载胶结充填体损伤试验,探究胶结充填体从微裂纹的萌生、扩展、贯通,直至宏观裂纹产生的多尺度演化过程。研究表明：(1)试样单轴压缩过程中破坏模式属于延性破坏,裂纹贯通形式为剪切贯通。(2)胶结充填体内部微裂隙、孔洞呈弥散、随机分布,内部形态多以块状、团状、片网状存在,内部结构较致密,整体性较好。(3)加载初期试样裂纹扩展为张拉裂纹,后期裂纹扩展为剪切裂纹,二者共同作用产生了宏观主裂纹与次裂纹,裂纹间的贯通最终导致试样破坏。(4)同一时刻不同监测点的应变变化与其所处的试样空间位置有关,越靠近试样下端面,应变越大,应变变化幅度也越大;试样存在临界破坏区域,使得弹性与塑性应变、应变增幅之间存在明显的差异性。     

聚丙烯纤维加筋固化尾砂强度及变形特性

针对胶结充填体脆性强、易开裂等问题,以聚丙烯纤维为加筋材料,通过设置水泥与尾砂质量比为1∶10和1∶20,纤维掺量为0、0.05%、0.15%和0.25%的充填体进行无侧限抗压强度试验,探究纤维掺量对胶结充填体强度及变形特性的影响,借助扫描电镜(SEM),从微观角度探讨纤维对充填体力学性质的作用机制.研究结果表明:充填料浆的屈服应力随纤维掺量增加呈线性增大,其流态模型符合Bingham流体;随着纤维掺量的增加,充填体的无侧限抗压强度呈先增大后减小趋势,纤维最优掺量为0.15%;掺入纤维有效地减缓了裂纹的扩展,约束了充填体的变形,充填体的峰后应变软化延长,残余强度增大,破坏特征由脆性向延性转变;纤维的加固效果主要受纤维与尾砂-水泥基体界面之间的黏结与摩擦作用控制.     

尾砂分形级配与胶结强度的知识库研究

采用分形理论研究了尾砂材料的级配。分析了国内外大量矿山的尾砂材料分形级配与强度试验数据,用神经网络建立了尾砂胶结强度与水泥含量、浓度、孔隙分形维数及分形维数相关率的知识库模型。考虑神经网络在训练大规模样品时易陷入局部极小,用梯度下降法与混沌优化方法相结合,使神经网络实现快速训练的同时,避免陷入局部极小。研究结果表明:尾砂孔隙分形维数减小,尾砂胶结强度增高;分维形数相关率越好,尾砂胶结强度越高。孔隙分形维数和分形维数相关率反映了尾砂粒度分布的整体信息,可用来判断尾砂级配的合理性。应用知识库模型可以根据尾砂的级配特性,预测不同水泥含量、不同浓度下的尾砂胶结充填体强度,指导矿山充填设计。     

不同温度养护后胶结充填体三轴卸围压力学特性试验研究EI北大核心CSCD

为研究胶结充填体在煤矿深部的高地温环境下发生卸荷的力学特性,采用RTX–4000型岩石动态三轴仪,对不同温度(20℃,35℃和50℃)养护后的胶结充填体进行不同初始卸荷围压下的常规三轴卸围压试验,得到胶结充填体三轴卸荷全过程的偏应力–应变曲线,分析其变形、破坏特征及强度准则。研究结果表明:50℃养护后的胶结充填体内部产生的有害热应力易使胶结充填体卸荷的应力–应变曲线在峰后阶段出现微破裂现象,进而使得变形模量在随围压卸载的过程中也出现突降和逆向增长。胶结充填体卸荷破坏形式主要为局部张拉裂纹、剪切裂纹以及由热损伤和力学损伤共同造成的错位裂纹。Mogi-Coulomb强度准则能更好地表征胶结充填体在增轴压卸围压条件下的卸荷破坏强度特征;随养护温度的升高,胶结充填体的黏聚力先减小后增大,内摩擦角先增大后减小,黏聚力的变化同卸荷峰值强度的变化规律一致,黏聚力越大,卸荷峰值强度越高,表明黏聚力为影响胶结充填体卸荷峰值强度的主要因素。     

胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制研究

为探究胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制，将龄期3,7,14,21 d的充填体施加4种不同程度的静载损伤，养护28 d后开展单轴压缩试验、超声波测试、电镜微观结构扫描，从宏–细–微三个尺度探讨充填体早期损伤对后期力学性能影响机制。结果表明：损伤对龄期3和7 d充填体后期抗压强度影响较小，在一定压损条件下充填体后期抗压强度上升，对龄期14和21 d充填体后期抗压强度均产生弱化作用，对各个龄期充填体后期弹性变形能力起到强化作用；基于波速变化建立损伤程度与充填体力学特性之间的定量关系，发现损伤龄期3和7 d充填体存在损伤阈值和修复阈值；随着损伤程度的增大，充填体内部结构由数量较多的细小裂隙逐渐扩大为单一裂隙，裂隙断面处的连接物质主要为水化产物C-S-H网状凝胶；龄期3和7 d充填体内部存在大量未完全水化的水泥颗粒，养护后期产生的凝胶产物足以填充大部分损伤裂隙，故损伤对其后期抗压强度影响较小，而龄期14和21 d充填体未完全水化的水泥颗粒减少，后期产生的凝胶产物不足以填充损伤裂隙，内部结构颗粒之间联系较差，故损伤对其后期抗压强度弱化作用显著。研究结果可为矿山充填体工作提供指导意义。     

胶结充填体损伤演化尺寸效应研究

尺寸效应是影响胶结充填体抗压强度、变形破坏及损伤演化的一个重要因素。基于此,采用WAW–300微机电液伺服万能试验机、声发射和超声波监测系统,选取尺寸为50,70和100 mm的方形试样进行单轴压缩试验,通过分析声发射参数与超声波波速变化规律,探讨不同尺寸胶结充填体损伤演化规律。研究结果表明:(1)随着尺寸的增加,胶结充填体抗压强度表现出先增后减趋势,破坏形式由劈裂破坏为主向剪切破坏为主转化;(2)声发射参数与超声波波速变化规律表现出明显的阶段性与波动性特征:随尺寸的增加,声发射振铃累计计数曲线在平静期内趋于平缓,但在活跃期内上升幅度更高,超声波波速在平静期与活跃期内下降幅度均增加;(3)胶结充填体损伤演化过程中的耗散能量是影响其抗压强度的内在因素,峰后破坏过程中的损伤程度是影响其破坏形式的主要原因。研究成果可为不同尺寸胶结充填体破裂预测提供指导。     

铅锌矿全尾砂胶结膏体充填的研究与应用探讨

矿山产业的发展带动了国民经济,也带来了环保和安全隐患。在安全绿色资源开发理念下,尾砂胶结膏体充填工艺综合利用废弃物尾砂用于填充矿上地下采空区,给矿山带来社会效益、安全环保效益、经济效益。研究膏体的性能可以更好实现矿山膏体充填骨料的最优化组合以形成充分满足矿山需要的个性化充填系统,建立绿色环保矿山。     

基于能量匹配关系确定胶结充填体固化时间及合理强度

为了实现全尾砂胶结充填矿山安全、高效和低成本开采的目标,需要确定充填体合理强度。首先对试验材料进行分析,以确定胶砂强度试验配比;然后根据不同配比的胶砂强度试验结果,分析充填体强度与养护龄期的关系,并建立二者的关系表达式;接着通过引入匹配系数K来表征胶结充填体与矿岩能量匹配关系,并且据此确定充填体合理强度;最后针对马坑铁矿实例,分析其匹配特性,分别确定不同矿岩性质的充填体合理强度,然后进行一步骤采空区胶结充填体固化时间与二步骤矿柱回采合理时间匹配分析,在此基础上确定充填料浆配比和二步骤回采时间,并以工业充填进行验证。研究表明:在胶砂比和料浆浓度相同的条件下,充填体强度随着养护龄期呈指数增长;胶结充填体与矿岩能量匹配系数K与矿岩变形模量和容重、开采深度及充填体强度密切相关;采用胶结充填体与矿岩能量匹配特性,结合矿山实际,确定矿岩中等稳固时,一步骤采空区充填配比为胶砂比1∶4,浓度75%,矿岩局部破碎时,一步骤采空区充填配比采用胶砂比1∶4,浓度78%,分别固化12和17 d之后进行二步骤回采;经过工业充填验证,试样强度在2.35～3.28 MPa范围,均满足矿山强度要求。     

高寒地区废石破碎胶结充填体强度特性试验研究与工业应用

 胶结充填技术逐渐应用于低温高寒资源开发中,同时会产生充填体强度过低、塌方、冒落等一系列难题。以某金矿寒区开采为背景,通过试验对比,综合研究养护温度、水泥掺入量及料浆浓度对充填体性能的影响。在实现自流输送前提下,确定合理的废石破碎胶结充填配合比及养护温度。结果表明：与铁矿尾砂充填相比,采用废石破碎胶结充填具有明显优势,料浆浓度可以达到75%;低温阻碍了水泥水化反应的进行,养护温度越高,单轴抗压强度越大,提高养护温度有利于充填体强度的提升;养护温度对充填体早期强度影响较大,后期相对较小。提出废石破碎胶结充填拌合水预加热方案,并进行现场工业试验,为寒区矿山废石充填提供理论基础和技术参考。     

磷石膏废石胶结充填体强度特性正交试验研究

基于正交试验法设计了磷石膏废石胶结充填体强度测试方案,对9组不同配比、不同浓度、不同组合方式的废石胶结充填体进行了28 d龄期的单轴抗压试验。通过对试验结果的直观分析和方差分析,发现黄磷渣对磷石膏废石胶结充填体抗压强度起决定性作用,料浆浓度是影响抗压强度的显著因素,废石质量比例和废石与料浆的排列方式是影响抗压强度的非显著性因素,废石与料浆的排列方式会一定程度的影响充填体的破坏模式。废石胶结充填体强度试验结果进一步验证了矿山采用磷石膏废石胶结充填方案的合理性和可行性。     

纤维增强超细尾砂充填体微观破坏机制

纤维增强充填体(FRB)在采空区充填中具有明显的优势,为研究FRB微观破坏机制,以不同配比的玻璃纤维增强超细尾砂充填体为研究对象,利用电子万能试验机、扫描电镜、核磁共振仪和声发射监测仪开展系列试验,从微观层面系统分析FRB的裂隙扩展及损伤演化过程。研究表明：玻璃纤维的掺入能够显著优化充填体材料的初始结构,减少初始缺陷,其中以灰砂配比为1∶12试件的优化效果最为明显;FRB试件和无纤维充填体(CPB)试件的破坏模式存在显著的区别：CPB试件破坏以主裂隙贯穿试件为主,局部位置存在剥落现象,而FRB试件破坏则以较多的小尺度次生裂隙为主,这是由于纤维对充填体材料的阻裂作用所致。因纤维的阻裂作用也使得FRB和CPB的声发射(AE)特性呈现明显的差异：CPB试件在屈服点σ_cd(约在85%应力峰值)之后,振铃计数出现“AE下降区”,而FRB试件在屈服点σ_cd之后,振铃计数则表现出明显的“AE上升区”。研究结果不仅能够为推广玻璃纤维充填体的应用提供理论指导,且可为玻璃纤维增强充填体达到其峰值强度预测提供声发射判据。     

铅锌矿全尾砂胶结充填材料的强度研究

随着科学技术的发展,我国在采矿工艺上虽然在不断进步,但废弃的尾矿砂堆积和采空区塌陷依旧是矿山上的两大难题。为此,尾砂胶结充填技术已在各个采矿区普及。这种充填技术是将胶凝材料与废弃的尾矿砂均匀搅拌,配制成一定强度的充填材料固化体填充到采空区,从而减少尾砂库溃坝事故的发生,提升矿山的环境效益和经济效益。本文以铅锌矿全尾砂为骨料,偏高岭土和矿渣为一种价廉易得的掺合料取代部分水泥,提高尾砂利用率,节约水泥成本,来研究其长期的强度发展,结果表明,全尾砂-矿渣-水泥系胶结充填材料的长期强度发展较全尾砂-偏高岭土-水泥系胶结充填材料要好。     

全尾砂新型胶凝材料的胶结作用

以水淬高炉矿渣为主要材料,石灰加脱硫石膏为复合激发剂,添加少量外加剂,制备了全尾砂新型胶凝材料.探讨了不同掺量复合激发剂对全尾砂新型胶凝材料充填体抗压强度的影响;通过X射线衍射分析和扫描电镜分析研究了全尾砂新型胶凝材料水化产物的组成和微观形貌.结果表明：当全尾砂新型胶凝材料中石灰、脱硫石膏、外加剂、水淬高炉矿渣的掺量（质量分数）分别为40%,17.5%,0.5%,78.0%,胶砂比（质量比）为1∶8,充填料浆浓度（质量分数）为68%时,全尾砂新型胶凝材料充填体28d抗压强度可达到3.09MPa,是充填料浆浓度、胶砂比和外加剂掺量相同条件下42.5R水泥充填体28d抗压强度的7.2倍.在全尾砂胶结充填中全尾砂新型胶凝材料能完全取代水泥作为胶凝材料.全尾砂新型胶凝材料的主导水化产物为AFt晶体和无定形C S H凝胶.     

胶结材料的种类

<正>20世纪60年代后,随着采矿业的发展,原有的充填材料(碎石、块石、粘土及尾砂等无胶结性能的充填材料)无法满足回采工艺和环境保护的要求,造成大量矿石的丢失,带来生态环境的破坏。因此,国内外研究者开始采用废石胶结充填材料、膏体充填材料、高水充填材料等对矿山采空区进行充填回采,从而胶结材料在这一时期也受到了国内外矿业研究者的重视,得到了空前的发展,研发利用的胶结材料主要有水泥、高水速凝材料、赤泥胶结材料、碱激发胶结材料等,其中水泥是矿山目前应用最广泛的胶结材料,但     

充填体与岩体三维能量耗损规律及合理匹配

 根据灰砂配比为1∶4,1∶8,1∶10和1∶12的4种胶结充填体力学试验结果,揭示不同配比充填体三维损伤耗能规律。针对矿床开采岩体应力转移并释放能量特征,探索矿床开采过程中岩体三维能量释放规律。研究结果表明,矿体埋藏越深,开挖岩体释放能量越高;岩体弹性模量越高或泊松比越低,岩体释放能量越小。根据充填体与岩体耦合作用的三维能量耗损特征,探讨充填体与岩体的合理匹配,并用该匹配模型验证安庆铜矿采用最低充填配比1∶12开采矿石是可行的。研究发现,充填体与岩体的匹配系数K和三维原岩应力、岩体及充填体力学参数相关,不同开采技术条件必须设计合适的充填体抗压强度才能实现与岩体匹配。     

减水剂对全尾砂新型胶凝材料强度的影响

以自主研发的全尾砂新型胶凝材料(不含水泥,由工业废渣组成)为基础,采用设计4因素3水平的正交试验L9(34),考察了萘系、糖钙两种减水剂不同复配合比例对充填体28 d单轴抗压强度的影响.结果表明:充填体强度随着减水剂不同复掺含量相差很大,当萘系(NX):糖钙(TG)两种外加剂的复掺含量为0.15％:0(占胶凝材料的质量分数),充填体强度达到最大值,是相同浓度和胶砂比条件下未掺减水剂充填体强度的1.3倍.     

浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理

针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限,且屈服应力增大,流动性降低等问题,研究了絮凝剂-浓密增效剂共同作用,进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度,降低料浆屈服应力,并从微观角度进行机理分析.结果表明:通过沉降与流变试验发现,最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂,固相质量分数可提高8.57%～10.13%,同时屈服应力降低6.68～12.85 Pa;多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本,还可以提高膏体充填材料的抗压强度;灰砂质量比1∶12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28 d抗压强度为2.5 MPa,与灰砂质量比1∶6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度相差小于20%;通过总有机碳(TOC)吸附试验与Zeta电位试验发现,浓密增效剂具有吸附与分散的作用,会打开絮凝结构,释放絮团间水,从而提高尾砂浓度,并改善尾砂颗粒的流动性.     

拉伸状态下充填体损伤演化及本构方程研究

1引言抗拉强度是充填体的重要力学性能之一。充填体中存在有微裂隙,如裂纹、气泡、孔穴和离析等,这些内部的微观缺陷或不连续现象对充填体宏观力学性能起决定性作用。对于矿山胶结充填体的内部微开裂和由微开裂引起的各类力学行为的研究很少。为计算和预测安庆铜矿大体积充填体