不同浓度的尾砂胶结充填体破坏过程声发射特性试验研究

制备了3种不同质量浓度的充填体试件,进行了单轴压缩声发射试验,分析了不同浓度的充填体力学特性,重点研究了试件破坏过程中的声发射振铃计数、声发射累计撞击数与声发射累计能量的比值(r值)、主频及其相对高频信号激增响应系数特征.研究表明:随着浓度的增加,充填体的峰值强度与弹性模量呈增大趋势,充填体中出现的声发射累计振铃计数越多;r值先升高再持续减小到一个较低值,随着外载荷的增加,进入缓慢升高阶段,峰值前均保持在该阶段.充填体破裂前兆信息在声发射信号主频分布中呈现主频段增多现象,表现为由加载初期的1~2个主频段,在临界主破裂时增多到3~5个主频段;且随着浓度的增加,声发射信号主频频段分布越宽,声发射相对高频信号(160~180 kHz)的激增响应系数呈递减趋势.以上特征可为不同浓度的尾砂胶结充填体稳定性监测、预测提供依据.

单轴压缩下不同尺寸充填体能量损伤演化特征试验研究

对4种不同尺寸(40,70.7,100,150 mm)的充填体试件进行了室内单轴压缩试验,研究了尺寸变化对充填体能量演化规律和损伤破坏机制的影响,并得到了基于弹性能耗比的充填体破坏前兆判据。研究结果表明:单轴压缩下不同尺寸充填体的能量演化规律相似,体现为峰前以弹性应变能积蓄为主,峰后耗散能占比不断上升并迅速超越弹性应变能;随着试件尺寸的增加,充填体在峰值应力处总输入应变能、弹性应变能和耗散能均呈非线性下降趋势;根据耗散能曲线,可将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤加速、损伤稳定发展和损伤破坏4个阶段;试件尺寸越大,弹性能耗比K值变化幅度越大;弹性能耗比K值曲线整体先上升后下降,持续到一个较低值,在临近峰值应力处再转为上升。弹性能耗比K值曲线的这一变化规律可作为充填体临界破坏前兆特征。

采空区隐患影响下的残矿协同开采技术研究

采空区时空分布复杂、地压显现严重是制约赣南钨矿残矿资源回收的关键性技术难题。为解决赣南地区钨矿残矿资源回收的难题,基于“协同开采”理念,兼顾资源开采与隐患处理,提出了针对赣南地区钨矿的采空区探测—微震实时监测—残矿协同回采(探—监—采)的协同开采关键技术方案,并结合赣南某典型钨矿开展了工程案例分析。研究表明:针对31132矿块空区复杂的时空分布特征,以三维精细探测技术为基础精细化构建了整体地质模型和采空区模型,精确得到残矿形态与残矿量,矿量估算误差小于10%,并以此为基础分别对顶柱、底柱和间柱因地制宜制定了回采方案;残矿回采过程中建立了IMS微震监测系统,对31132矿块采场的采空区稳定性进行了实时监测和预警,并协同应用空区封闭、胶结充填等方法处理空区,实现了空区隐患处理与残矿资源回收的有机统一,完成了31132采场顶柱残矿全部回收,并为间柱回采创造了条件。研究结果可为赣南地区钨矿残矿资源安全、高效、协同开采提供技术参考。

三轴压缩条件下尾砂力学行为与破碎机理

为探究尾矿材料在高应力状态下的力学行为与破碎机理,对其进行不同条件的三轴压缩试验,分析围压、含水率、干密度对尾矿颗粒破碎程度的影响。引入修正颗粒破碎率B*r的概念来表示颗粒破碎程度,计算尾矿材料试验前后的颗粒破碎分形维数及分形维数差值,并探究尾矿材料修正颗粒破碎率B*r与分形维数之间的关系。试验结果表明:颗粒破碎与围压、含水率具有良好的相关性,干密度对颗粒破碎影响微弱;高应力状态下颗粒破碎过程中存在1500 kPa与4000 kPa两个分界值,该分界值将颗粒破碎程度划分为3个不同的阶段;尾矿颗粒破碎具有良好的分形特征,分形维数差值与颗粒破碎率之间存在良好的线性关系,颗粒分形维数差值可以很好地表征颗粒破碎程度。该试验研究成果可为大型高尾矿库的稳定与安全评估提供理论指导和依据。

下向分层充填进路稳定性数值模拟中网格划分的探讨

为探究网格尺寸对下向分层充填进路稳定性数值模拟结果的影响,建立了3种不同尺寸的进路采场模型,基于室内不同尺寸充填体力学试验结果,模拟分析了进路开挖后采场的稳定性。数值模拟结果表明,网格尺寸越小,模型进路顶板位移变化量越小;随着上覆充填体与顶板表面间距离增加,上覆充填体由受拉向受压状态转变;网格尺寸越小,模型对应顶板表面最大主应力越大;在进路两帮,3种尺寸对应模型均受压应力作用,且三者区分度不大;3种不同尺寸模型的塑性区均位于进路顶板两端,呈长条形,且深度随模型网格尺寸增加而增加。网格尺寸划分的不同使下向分层充填进路稳定性发生了改变,故在矿山进行优化方案设计时,不同的优化方案数值模型的网格尺寸应保持一致。