脉冲泵压环境膏体水分迁移转化与流变行为数值推演

通过微细观结构分析、低场核磁共振量化研究,科学、准确地描述膏体跨尺度颗粒群存在形态与水分赋存状态,并基于有限元和离散元耦合数值分析方法分析了泵压扰动下膏体颗粒流态演化规律.研究发现,膏体料浆中的吸附水、间隙水和弱自由水存在动态连通与转化行为,并主要以吸附水形式存在,低场核磁共振技术(Low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)弛豫强度与吸附水峰面积非线性增强,与料浆的流动表现出显著的正相关性.液网结构与絮网结构反映了导水通道的活跃性与力链结构的强度,共同组成了膏体稳定性与流动性的双支撑骨架结构.通过Fluent-EDEM软件耦合模拟,分析了脉冲泵压环境颗粒运动行为,在速度差的影响下高、低流速颗粒冲击扰动加剧,力链接触作用增强,流态均匀性和整体颗粒运动稳定性可有效提高.

基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测

膏体流变性能是膏体充填技术重要指标,是金属矿膏体充填工艺流程的重要工程参数.本文提出一种基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法,通过制定图像采集标准并研发图像采集装置采集图像数据集.经Sobel算子实现膏体边缘检测、全图缩小等预处理,得到膏体图像数据集.采用十折交叉验证方法划分数据集,避免因单次随机划分造成的偶然误差.以膏体图像–屈服应力数据集为基础,利用3D卷积神经网络模型提取膏体纹理特征和时序信息等,又通过引入直方图均衡化算法的图像增强策略减少环境因素干扰,提高模型稳健性.利用预处理后的数据集在3D卷积神经网络模型上做训练和测试,得到模型损失值曲线图和混淆矩阵.将屈服应力模型预测结果进行分析,又引入卷积注意力机制嵌入到卷积神经网络实现模型优化,并对模型参数进行调整,模型预测平均准确率从93.26%提升至98.19%,论证了基于3D卷积神经网络的膏体屈服应力预测方法可行性.经图像增强处理的数据集应用到各模型中,模型预测平均准确率均提升3%以上.相比传统膏体流变测量方式,解决了传统膏体屈服应力测量操作复杂、外部因素扰动大、工程现场难以开展等问题.

某煤矿深部软岩巷道围岩破坏特征及控制技术研究

深部矿产资源开发面临地应力大、巷道支护困难等问题。山西某煤矿−590 m水平运输平巷支护结构失效,巷道变形量大,对井下安全生产造成了较大的影响。针对原支护方案存在的问题,提出“锚网索一体化”支护思路,综合采用现场测试、数值模拟、工业实验等手段研究了巷道围岩破坏特征及控制技术。研究表明:(1)巷道围岩水平主应力较高,达到了39.08 MPa,是影响围岩稳定性的主要原因;(2)对不同支护方案巷道周边围岩应力场与塑性区分析表明,优化后支护方案垂直应力较原方案降低了14%,塑性区范围缩小了20%,“一体化”方案支护效果较好;(3)工业应用和锚杆(索)应力测试表明,当锚杆、锚索应力分别达到53.9 kN、389.12 kN时,较原方案提高了14.6%和15.4%,受力效果较好,巷道变形在30 d内控制在200 mm内,较原方案下降了约57%,实现了良好的支护效果。“一体化”支护形式可有效控制围岩变形,为类似地质条件的巷道支护提供参考。

含硫尾砂充填体长期强度性能及其影响因素

针对含硫尾砂胶结充填体经常出现的后期强度劣化现象,进行含硫和无硫尾砂充填体强度对比试验,研究灰砂比和料浆对含硫尾砂充填体长期强度性能的影响,并采用XRD和SEM对含硫尾砂充填体中水化产物进行分析。研究结果表明:尾砂含硫量(质量分数)为6.1%,主要硫化物为黄铁矿时,充填体120 d强度下降达到47.4%。灰砂比为1:8时,充填体各龄期强度显著增加,后期强度劣化得到改善。灰砂比为1:16时,充填体长期强度稳定在0.85 MPa左右。充填料浆质量分数对充填体强度影响也较为显著,质量分数为74%~76%时,充填体后期强度下降幅度最小。当充填体内部结构较疏松时,次生石膏可以填充水化产物之间的空隙,在一定程度上改善充填体长期强度性能。充填体结构较为致密时,次生石膏会破坏其微观结构,降低充填体后期强度。

矿山新型充填胶凝材料概述与发展趋势

为了降低胶结充填成本,提高胶结剂对矿山充填特点的适应性,需要研究低成本、高性能的矿山专用充填胶凝材料。介绍了碱激发胶凝材料、高水材料、胶固粉和CH半水磷石膏胶凝材料。举例分析4种新型胶凝材料的特点可知,碱激发胶凝材料极大地降低了胶结剂成本,提高了固废利用率,高水材料和胶固粉明显提高了胶结剂的充填适应性,而CH半水磷石膏胶凝材料则兼顾了前后两者优点,是一种前景广阔的新型充填胶结剂。综合对比不同充填胶凝材料发展现状得出,更加重视充填体早期强度、探索更多固废资源化的可能、充分考虑矿山充填特点和胶凝材料与充填技术协同发展将是矿山胶凝材料今后发展的主要趋势。

高硫尾砂充填体性能及化学外加剂对其影响

金属矿尾矿中通常含有较高的硫,充填尾砂中硫含量过高,会降低后期充填体的强度。采用硫精矿与高硫尾砂共同调节全尾砂中的含硫量,研究含硫尾砂对充填体凝结时间和强度的影响,并根据研究结果提出添加硅酸钠和柠檬酸两种调控措施。试验结果表明,随着尾砂含硫量增加,充填料浆凝结时间延长,充填体强度降低。含硫量低于18%的尾砂充填体28 d强度大于1.2 MPa,可以直接用作充填骨料。硅酸钠添加量低于4%时,促凝效果明显,但由于次生膨胀相的生成,充填体28 d强度出现下降。柠檬酸添加量为0.3%时,充填料浆凝结时间增加不明显,此时充填体28 d强度达到1.0 MPa,且随养护时间增加未出现降低,满足充填要求。由于充填体早期强度增长受到抑制,导致其结构疏松,不断生成的次生膨胀相产物可以填充水化产物之间空隙,使充填体内部更加密实。

新型胶凝充填材料制备及固化机理分析

为考察新型胶凝材料半水磷石膏应用于矿山充填的可能性。对不同磷石膏、碱性激发剂添加量及料浆浓度进行配比,确定半水磷石膏基充填材料最优配比,并利用SEM和石膏水化理论对半水磷石膏基充填体进行分析。研究结果表明:在磷石膏添加量为50%,碱性激发剂添加量为1.5%,充填料浆浓度为69%时,半水磷石膏基充填料的3、7、28 d强度分别为3.0、3.8、3.8 MPa,满足当地矿山充填采矿的要求。半水磷石膏水化生成二水石膏,随着水化反应的继续,试样的内部孔隙逐渐被水化产物填充,生成的二水石膏晶体形成胶凝材料结构骨架,使充填材料具有一定的强度。

缓倾斜薄矿体机械化上向水平高分层分区充填采矿法

华东某金矿属于贵重金属缓倾斜类难采薄矿体。针对原采矿方法中存在的矿石损失贫化率高,采场生产能力低的问题,提出了充填开采新方案。新方案基于矿体和围岩均稳固的矿岩性质,增加采场的长度、阶段高度至100、50 m,提高开采分层高度至5 m,结合机械化开采生产效率高、作业安全的特点提出机械化上向水平高分层充填采矿法。为增大采场生产能力,降低矿石的损失率和贫化率,减少矿石开采成本,采用两步凿岩、分次出矿、一次分区充填的不留矿柱连续回采工艺,充填物料选用复合早强胶结材料和尾砂。生产实践表明:新方案回采效率明显增加,采场生产能力提高40%左右,矿石损失率和贫化率分别下降6%、5%,采矿直接成本与原采矿方法相当,矿山开采可以获得较高的经济效益和生态效益。

碱激发水泥-磷渣固化性能及与含硫尾砂的相容性

基于磷渣材料水化特性和矿山充填应用条件,研究碱激发水泥-磷渣共同作为胶凝材料(CPCM)胶结含硫尾砂的可行性.选取生石灰、NaOH、Na2SiO3作为激发剂,开展CPCM固化性能试验,并评价CPCM与含硫尾砂相容性.研究结果表明:磷渣掺量为水泥的100%、生石灰为3%时,CPCM终凝时间300 min,28 d抗压强度40.6 MPa,基本可等量替代P.O 42.5水泥应用于矿山嗣后充填.Na2SiO3掺量4%时,CPCM终凝时间比水泥缩短39.3%,7 d强度提高31.1%.与水泥相比,CPCM使充填体凝结时间缩短8 h左右,且固化28 d后强度未出现劣化,表明CPCM与含硫尾砂相容性好.X射线衍射、扫描电镜和电子能谱分析表明,CPCM水化产物主要为Ca(OH)2和C-S-H.磷渣不断水化,导致Ca(OH)2含量下降,逐渐形成致密的低Ca/Si摩尔比C-S-H,这不仅保证了CPCM后期强度增加,而且避免了充填体强度劣化.

铜炉渣活性激发实验研究及水化机理分析

为了实现铜炉渣的回收利用,通过机械活化和碱激发的方式制备铜炉渣胶凝材料,并利用X线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和矿渣玻璃体分相结构模型对铜炉渣水化机理进行分析。研究结果表明:当比表面积为520 m^2/kg时,铜炉渣净浆试样的7 d和28 d强度分别达到2.4 MPa和3.3 MPa;当灰砂比为1:1时,铜炉渣全尾砂充填料的7 d和28 d强度分别达到0.7 MPa和1.0 MPa,满足当地矿山充填的要求。水化初期,炉渣玻璃体中的富钙相和高钙石灰共同水化生成了Ca(OH)2,其进一步与富硅相反应生成C-S-H凝胶等水化产物。随着水化反应的继续进行,试样内部的孔隙逐渐被水化产物填充并缩小至孔状,浆体结构更加致密。

磷石膏充填材料与技术发展现状及展望

磷石膏堆存量大、利用率低,矿井充填材料消耗量大,原料适应性强。磷石膏利用和矿井充填相结合,不仅可以解决磷石膏堆存问题,而且可以为矿山提供充足的充填材料。结合目前国内磷石膏充填材料和技术发展现状,分析存在的问题和改进方向,得出磷石膏胶结充填技术便于推广,充填材料成本低、性能优异、制备工艺简单,经济和社会效益显著,充填材料适应性需要进一步提高。半水磷石膏膏体充填技术在充填成本和磷石膏利用率方面更具优势,成为磷石膏充填技术发展新方向。随着磷石膏充填技术的不断发展成熟,"矿化一体"新型循环经济产业模式将成为磷化工行业和矿山行业的重要发展方向之一。

滇中引水软岩隧洞围岩位移时序预测

围岩位移监测值具有复杂性和非线性动态变化特征,且以往优化算法结合单一回归模型的静态一次学习无法表现真实场景下的实际应用,而自相关性使围岩位移预测作为时序问题更具现实意义,但单一模型的泛化性能易受历史监测数据的干扰,导致测试应用预测不准确。该文提出一种结合监测时序数据预处理的围岩位移时序动态预测方法,首先,将截取后的稳定监测数据利用3次样条插值等距化,并通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)信号处理,将监测数据分解为趋势项与随机项位移分量;其次,Adaboost集成多个长短期记忆神经网络(long short-term memory network,LSTM)构建时序预测集成优化模型,并在一次训练学习后单步动态预测;再次,分别对滇中引水工程段围岩位移分量进行预测,并与传统时序预测模型进行对比;最后,通过FLAC 3D数值模拟工程段得到围岩位移时序完整数据,验证集成优化模型的应用表现。结果表明:集成优化模型在各分量与累计位移均有良好表现,且与传统模型相比,受变形速率波动影响较小。

复合激发剂对铜炉渣活性影响及充填材料制备

为了实现铜炉渣的废物利用,以碱激发方式为主研究铜炉渣制备矿用胶凝材料的可能性.选取生石灰、NaOH和早强剂组成的混合物作为复合激发剂,开展铜炉渣活性激发和充填材料制备试验,并采用X射线衍射和扫描电子显微镜对铜炉渣水化产物进行分析.试验结果表明,各激发剂对铜炉渣活性的影响顺序依次为生石灰>早强剂>NaOH,在复合激发剂的作用下炉渣净浆试样的7和28 d强度分别可以达到1.5和3.0 MPa以上.铜炉渣尾砂充填料28 d强度为1.0 MPa,流动性良好,满足充填材料要求.铜炉渣早期水化产物主要有片状的Ca(OH)_2和C-S-H凝胶,随着养护时间的增加,C-S-H凝胶Ca/Si比不断减小,水化产物结构更加致密.养护时间至28 d时,铜炉渣中活性成分基本反应完全.

生石灰对半水磷石膏充填胶凝材料性能影响

由于可溶性P2O5、F–等杂质的影响,半水磷石膏(HPG)胶凝活性较差,凝结速率慢。与水泥熟料相比,生石灰改性后的HPG强度性能显著提高,可以作为半水磷石膏充填胶凝材料(HCM)应用于采空区充填。室内试验表明,随着生石灰添加量的增加,HCM凝结时间和泌水率呈先快速下降后缓慢上升规律,抗压强度变化则相反,同时浸出液中总磷和氟化物浓度逐渐降至Ⅰ类固体废弃物标准允许值以下。综合考虑充填性能和环保性,HCM最佳生石灰添加量为2.0%(质量分数)。生石灰使可溶性P2O5、F–转化为Ca3(PO4)2和Ca F2等难溶性沉淀,加速HPG水化,增加二水石膏晶体接触点数目,提高HCM充填性能。HCM浸出液p H实验值均低于理论值,说明HPG水化过程中共晶P2O5会溶为可溶性P2O5,降低充填体碱度。