基于无废企业工业废料充填体强度与材料配比优化研究

为了构建无废企业,某煤电一体化企业采用连采连充式充填来循环再利用其生产的工业废弃物。结合充填工艺特点,以矸石和炉渣为骨料,粉煤灰、石膏、水泥和电厂废水配成的浆液为胶结材料,用DPS数据处理系统建立回归模型,通过方差分析与响应曲面分析法分析双因素交互作用下对充填体强度影响。研究结果表明,石膏水泥比与矸石浆液比交互作用影响最大,其次是粉煤灰水泥比与矸石浆液比的交互作用,石膏水泥比与粉煤灰水泥比交互作用影响最小。根据优化结果得到最终配比为石膏水泥比0.1,粉煤灰水泥比0.35,矸石浆液比2.9,以此参数得到充填体试验最终强度为5.21 MPa,其相对误差小于5%。研究结果可为无废企业的废弃物的循环再利用提供借鉴。

金属矿山充填体强度需求发展现状与展望

矿产资源开采对国家安全和经济至关重要,随着浅部矿产资源逐渐减少,深部开采已上升为国家战略。充填采矿法因其安全性高和对地表环境影响较小等优势,已逐渐成为地下开采的首选方法。确定充填体的合理强度是解决充填采矿安全和经济平衡问题的关键,是充填采矿技术成功应用和健康发展的核心问题。论文梳理了胶凝剂、灰砂配比、充填骨料、养护环境、接触面特性等因素对充填体强度的影响规律,归纳了经验类比法、力学模型法、数值分析法、人工智能法等充填体强度设计方法,综述了充填体强度需求研究现状,提出了深部充填体强度需求计算新思路。旨在完善深部充填体强度需求计算理论,优化矿山充填体强度设计,推动深部金属矿山充填开采的研究与应用。

三鑫金铜矿保安矿柱回收合理充填体强度研究

为安全回收三鑫金铜矿的保安矿柱并保证充填采场的稳定性,对采场的合理充填体强度进行理论计算,并对不同充填体强度(灰砂比)下采场稳定性进行了数值模拟,确定了合理充填体强度。结果表明:采场充填体所需合理强度主要与采场长度和充填体高度有关,对于长度20~60 m、高度40 m的保安矿柱采场,充填体强度需达到3.5 MPa以上,其周边区域岩移量不超过2 mm,在设计规范允许的范围内,能够保障安全。

龙桥铁矿盘区采场充填体强度优化研究

充填体强度关乎充填采场安全和矿山生产成本控制,确定合理的充填体强度意义重大。以龙桥铁矿为工程背景,分别利用数值模型法、经验公式法、解析法以及数值模拟法对盘区一步骤采场充填体强度进行计算。结果表明:数值模型和经验公式法计算结果波动较大,难以准确取值;解析法和数值模拟法计算结果比较吻合。综合4种计算方法,将一步骤采场充填体强度从下至上划分为3个梯度,即2.0MPa、1.8MPa和1.5MPa,二步骤采场充填体强度维持现状不变。设计方案在现场工业试验中效果良好。

郭家湾煤矿充填体强度交互影响规律分析

利用固体废弃物制备充填材料充填采空区可有效控制煤层垮落及地表沉降,减少地表堆存及带来的环境问题。以郭家湾煤矿为背景,通过单因素分析方法研究了料浆质量浓度、水泥添加量及破碎方式对充填体强度的影响,同时通过响应面法与回归分析方法,研究了各因素的交互作用对强度的影响及其敏感性排序。结果表明,质量浓度与水泥添加量的提高均会导致充填体强度的提高,煤矸石选用80 mm双级破碎方式所得颗粒相较于全粒径单级破碎更细,在充填配比条件下有着更高的强度;交互作用的敏感性排序为:质量浓度×破碎方式>质量浓度×水泥添加量>水泥添加量×破碎方式。通过建立拟合回归方程,得出了因素交互作用下的回归方程,R2为0.9499,研究结果为充填体的设计和配比的优化提供了参考。

基于沙溪铜矿现场原位充填体强度的充填参数优化研究

沙溪铜矿采用一步骤采场胶结充填,二步骤采场微胶结充填,矿山在投产之初为保障充填体质量,选择了较高的充填配比进行充填,充填成本较高。为了降低充填成本,基于现场大量的原位充填体数据,并结合实验室强度试验,对不同类型采场的充填配比进行了优化。结果表明,以2021年全年充填总量为基础,采用推荐的充填灰砂比测算,2021年胶凝材料用量可调整为13.7万t、单耗为124.4kg/m^(3),而2021年实际胶凝材料用量15.1万t、单耗137.4kg/m^(3),优化后单耗下降9.45%,优化可以有效地降低了矿山的充填成本。

尾砂溢流水对膏体充填体强度影响研究

为了研究尾砂溢流水对废石-全尾砂膏体充填体的影响,通过扫描电镜、X射线衍射(XRD)等试验方法,分析尾砂溢流水、尾砂的粒级分布、化学成分,探讨尾砂溢流水对水泥质量、膏体充填体强度的影响,并论证尾砂溢流水导致后期强度降低的机理。结果表明:尾砂溢流水的化学成分满足井下膏体充填用水要求,添加尾砂溢流水较新水充填体前期强度提高16%~34%;但后期充填体强度由于酸性环境和含硫尾砂的影响,充填体强度降低约14%。

混合粗骨料配比对充填体强度及浆体流动性能的影响规律

矿山棒磨砂产量稀缺和充填成本大的问题是影响企业效益的重要原因之一,该文将棒磨砂和废石固结粉用作充填材料,通过研究矿山棒磨砂、混合粗骨料和固结粉充填特性,探究混合骨料配比对充填性能产生的影响,提高充填体稳定性,并制定合理化的配比参数,降低充填成本。按照灰砂比为1∶4进行试验,主要阐述混合粗骨料配比对充填体强度和浆体流动性能的影响规律。

基于可靠度理论的下向进路充填体强度确定方法

充填体强度确定是制约胶结充填采矿技术发展的三大充填体力学问题之一.阐述了采用传统方法确定充填体强度的不足,结合下向进路力学分析结果,提出了基于可靠度理论的下向进路充填体强度确定方法和随机参数敏感性分析方法.并结合某矿山现场实际,探讨了下向进路承载层稳定性可靠概率的合理取值,认为承载层稳定性可靠概率为90%时可以满足现场生产的需要.分别采用蒙特卡洛法、改进的JC法和JC法计算了该矿山废石料充填进路承载层所需的强度值,分析了各随机参数对承载层稳定性可靠概率影响的敏感性,探讨了承载层稳定性可靠指标与安全系数之间的关系.所提出的方法对阶段充填采矿法充填体强度确定也具有良好的适用性.

金属矿山充填体强度分布规律实验研究

西藏甲玛铜多金属矿二期工程首采地段采用充填采矿法进行开采。由于在充填过程中充填料浆的离析分层等原因致使形成的原位充填体具有不均匀性,其强度与实验室充填体标准试块的强度也有很大差异。通过建立大比例尺三维立体仿真物理模拟实验系统,研究采场内充填体强度的分布规律。结果表明:在水平方向上充填体强度随料浆流动方向上呈先增大后减小的趋势,高灰砂比的充填体强度波动程度较小,且在下料口位置附近充填体强度与标准充填体试块强度相当;在竖直方向上充填体强度随深度的增大而增大,且高灰砂比的充填体强度增幅较大。通过对充填体样本进行电子扫描显微镜实验观察其微观结构,从本质上解释不同位置充填体强度差异的原因。

磷石膏充填体强度GA-BP神经网络预测模型

在测试磷石膏充填材料物理化学性能的基础上,测定了不同配比充填体的强度,用分形理论揭示了磷石膏充填体强度特征。研究表明,磷石膏充填体强度与水泥含量、料浆浓度、粒径分形维数、孔隙分形维数及分维数相关率相关。根据充填体强度影响因素,建立了磷石膏加粉煤灰作为充填料的充填体强度预测的BP神经网络模型。同时利用遗传算法优化BP神经网络的学习过程,验算结果显示,GA-BP神经网络模型预测误差在4%以内,具有较高的预测精度。

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。

金川镍矿混合充填集料胶结充填体强度试验研究

针对金川矿山棒磨砂充填集料存在的成本高和供不应求的矛盾,开展了棒磨砂、戈壁砂和尾砂3种充填集料不同配比的混合集料胶结充填体强度试验研究。通过9组混合充填集料的胶结充填体强度试验和数据分析,揭示了影响胶结充填体强度的因素与规律。研究结果表明:合理添加尾砂的棒磨砂和戈壁砂混合充填料,不仅可以提高充填体强度,而且还能够减小充填料浆的分层和离析,有利于提高充填体整体质量。通过建立神经网络模型,进行不同配比的混合集料胶结充填体强度预测和回归分析,获得了满足金川矿山充填法采矿安全高效生产的充填材料配比:灰砂比为1∶4、料浆浓度大于80.8%、混合集料平均粒径不大于1.692 mm和非均匀系数不小于38.4,由此对应的3 d充填体试块密度不小于2.24 g/cm3。该研究成果为混合集料在金川镍矿充填采矿奠定了基础。

硫化物对充填体强度的影响

尾砂中的硫化物对充填体强度影响较大.室内实验表明,磁黄铁矿具有较强的自我胶结能力,可用来部分替代水泥,以降低充填成本.替代水泥的最优磁黄铁矿含量为充填骨料的12%,最优含水率为15%.虽然磁黄铁矿能够提高充填体的早期强度,但对最终强度却有一定的负面影响.

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。

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。

高海拔地区矿山尾砂胶结充填体强度特性分析

西藏甲玛铜多金属矿位于生态环境脆弱的高海拔地区,二期工程首采地段采用充填采矿法开采。为充分掌握高海拔条件下尾砂胶结充填体的强度特征,从宏观和微观两个方面分别对充填体试块强度及其微观结构进行分析,通过对比分析不同养护条件下不同配比的充填体强度的增长规律,并应用电子扫描显微镜对充填体试块微观结构进行对比分析,从本质上揭示不同养护条件下充填体强度差异的原因。结果表明,在井下采场养护的试块的强度比标准条件下养护的试块的强度偏低20%左右,且井下采场养护的试块强度早期增幅普遍较小;较低的温湿度不利于水泥水化反应的进行,致使充填体微观结构致密性较差,充填体强度偏低。

上向进路充填采矿法充填体强度设计

矿山常采用经验类比的方法确定上向进路充填采矿法充填体所需强度,该方法主观随意性较大,忽略因素较多。为了更科学合理地确定上向进路充填采矿法充填体所需强度,文章以充填体所起到的力学作用及爆破应力波的影响为分析依据确定小官庄铁矿充填体所需强度。考虑到上向进路充填采矿法中充填体应该起到自立性人工支柱和支撑顶板岩层松动压力的力学作用,同时考虑到爆破应力波的影响,通过自立强度模型方法、扩大压力拱理论和ANSYS/LS-DYNA显式动力分析软件模拟分别得到相对应的强度,综合确定出该矿的充填体所需强度。文章确定上向进路充填采矿法充填体所需强度的过程和方法,为相似矿山充填体强度确定提供了较为科学合理的参考。

早强剂对固结粉胶凝材料混合骨料充填体强度的影响

为实现废石和固结粉胶凝材料在金川矿区充填采矿中的应用,首先开展了不同配比废石—棒磨砂混合骨料粒径级配分析,获得废石与棒磨砂配比为4∶6混合骨料的堆积密实度为0.635和泰波幂指数n为0.591;然后,针对废石含量为10%~50%的混合骨料,分别开展了添加和不添加早强剂的固结粉胶结充填体强度试验。结果表明:充填体强度随着废石含量增加呈现先提高后降低趋势。当废石含量为40%,料浆浓度为79%~81%时,不添加早强剂的固结粉胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.23、3.79、5.98 MPa,其早期强度低于矿山设计强度;添加早强剂时,胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.55、3.34、6.46 MPa,满足金川矿区下向分层进路胶结充填采矿作业对胶结充填体强度的要求。由此确定,胶砂比1∶5、废石∶棒磨砂4∶6、浓度79%~81%、添加1%早强剂的固结粉胶凝材料混合骨料可在金川矿区推广应用。

高浓度全尾砂胶结充填体强度规律分析

以某矿山铅锌全尾砂作为研究对象,进行高浓度全尾砂胶结充填体强度规律分析,分别对质量浓度为72%、74%、76%、78%、80%和灰砂比为1∶4、1∶8、1∶12、1∶16料浆试块的7 d,28 d,56 d单轴抗压强度进行非线性回归分析。综合对比实验分析结果:灰砂比同充填体强度遵循二次函数关系,质量浓度、龄期同充填体强度均遵循指数函数关系;灰砂比越大,龄期的增加对充填体强度增加影响越大;灰砂比越小,充填体强度随质量浓度的增加越缓慢;所得回归模型能较好的反应充填体强度同各因素间的规律。