荆门石膏矿岩遇水软化力学特性试验研究

针对荆门市荆花石膏矿中留作矿柱的新鲜石膏岩进行天然和饱水两种状态下的单轴和三轴压缩试验,结合微观扫描电镜试验,研究石膏岩的强度和变形软化特性及机制。结果表明:石膏岩遇水会发生显著的强度和变形软化。随溶液中SO_4^(2-)、Ca^(2+)浓度不同,强度软化系数在0.6~0.72之间,弹性模量软化系数在0.66~0.75之间,凝聚力c显著下降而内摩擦角φ基本保持不变。石膏岩具有良好的延性,天然状态下峰后应变软化转为理想塑性变形的临界围压在2.5~5.0 MPa之间,经饱水软化后临界转换围压低于2.5 MPa。石膏岩遇水软化机制与其主要矿物成分二水硫酸钙的微溶性质密切相关。在蒸馏水中,石膏岩主要因溶解造成矿物流失,弱化内部结构而软化;在硫酸钙饱和溶液中,石膏矿物溶解-重结晶的动态平衡改变了岩石内部结构,使其疏松化,造成其力学性质发生软化。试验结果加深了对石膏岩遇水软化力学特性的认识,对石膏矿采空区稳定性分析具有重要意义。

磨矿浓度对磨矿产品粒度组成特性的影响

磨矿浓度是影响磨矿产品粒度组成特性的关键因素.根据柿竹园矿石性质,在实验室和工业试验中分别考察不同浓度下一段磨和二段磨的产品粒度组成特性.结果表明,实验室条件下一段磨矿浓度在75%、二段磨矿浓度在65%时能获得均匀性好、合格产品粒度粗和有用磨矿耗能低的磨矿产品质量.工业试验条件下一段磨矿和二段磨矿产品中合格粒级产率分别增加2.23%和3.96%、平均粒度分别加粗1.13μm和3.8μm,过粉碎分别减轻0.88%、1.35%,磨矿过程技术效率分别增加2.79%、4.86%,能耗利用率分别增加4.39%、6.12%.同时,分级溢流产品中合格粒级产率增加0.72%,平均粒度加粗1.4μm,过粉碎减轻6.76%,分级溢流产品质量得到全面优化.对选矿厂而言,稳定磨矿浓度非常有必要.

石膏矿岩水致老化效应试验

为研究石膏岩的水致老化效应,在室内模拟石膏矿采空区的水环境条件,包括不同空气湿度环境和饱和地下水环境。将石膏岩岩样置于其中,定期取出测定其力学性质指标,得到石膏岩老化的宏观力学表现,并结合核磁共振技术测定试验过程中石膏岩岩样内部的孔隙结构变化,分析石膏岩的水致老化机制。研究结果表明,水对石膏岩的老化效应具有显著的影响。老化程度随时间递增,石膏岩的单轴抗压强度、巴西抗拉强度和弹性模量与置于水环境中的时间基本呈负指数关系,泊松比则无明显变化规律;石膏岩老化程度和老化速率与水的状态密切相关。相对湿度越高,石膏岩的老化越显著,老化速率也更快,尤其是被液态水浸泡时,石膏岩的老化最显著,老化速率最快。水对石膏岩的老化过程是水的物理作用与化学作用的耦合,而化学作用是水致石膏岩老化的根本原因。石膏岩与水接触时,石膏的溶解、重结晶作用的不断进行改变着石膏岩的矿物组成结构,使其结构由紧密变得松散,孔隙率增大,力学性质不断弱化。该试验研究结果可为石膏矿开采的设计及采后空区的长期稳定性评估提供参考。

基于岩体波速的Hoek-Brown准则预测岩体力学参数方法及工程应用

根据建立的由岩体波速估算地质强度指标GSI和岩体扰动参数D的计算公式,引入Hoek-Brown准则,给出岩体波速预测岩体力学参数方法(简称岩体波速法)。以中缅油气管道(国内段)澜沧江跨域工程边坡岩体力学参数研究为例,并以室内岩石物理力学参数和场区声波测试数据为基础,采用岩体波速法和E.Hoek建议法预测场区的岩体力学参数。结果表明:岩体波速法和E.Hoek建议法所得的结果平均相对误差均较小,两者基本等效,数值模拟结果更进一步验证了工程应用效果的合理性。该方法在试验资料不足的情况下,能为岩体力学参数的快速评价提供一条新途径。

坡顶荷载作用下岩质边坡倾倒破坏分析

坡顶荷载是公路边坡、铁路边坡以及矿山边坡等稳定性分析中不可忽略的因素,倾倒破坏是陡倾层状岩体边坡一类主要的变形破坏形式,研究坡顶荷载作用下岩质边坡块体倾倒破坏具有重要的工程指导意义。在Goodman和Bray块体倾倒破坏极限平衡逐步分析方法的基础上,基于传递系数法,通过建立坡顶荷载作用下岩质边坡倾倒破坏地质力学模型,提出了考虑坡顶荷载作用的边坡倾倒破坏的解析分析方法,推导出了坡顶荷载作用下反倾边坡坡脚剩余下滑力和维持边坡稳定所需要的支护力的计算公式,为该类边坡的设计和支护提供了理论依据。通过算例分析,探讨了不同岩块厚度和切坡角度下坡顶荷载对剩余下滑力和滑动比例系数的影响。结果表明:对于一个给定的边坡,岩块厚度存在一个临界值,当岩块厚度小于该临界值时,坡顶荷载对剩余下滑力的影响程度要明显大于岩块厚度大于该临界值的情况;切坡角度越大,坡顶荷载对边坡稳定性的影响越显著;随着坡顶荷载的增加,滑动比例系数逐渐增大。对比分析理论解与UDEC计算的数值解,表明两种方法计算结果是一致的,相互得到了验证。

缓倾软硬岩互层边坡变形破坏机制模型试验研究

以宜巴高速公路沿途彭家湾软硬岩互层边坡为工程依托,依据地质分析及相似理论建立缓倾软硬岩互层边坡室内模型,采用开挖试验及和注水软化试验来模拟实际中的工程开挖(或河谷下切)和雨水浸润软化过程,研究缓倾软硬岩互层边坡的变形破坏机制。结果表明:在开挖及雨水软化两种工况下,该类软硬岩互层边坡的变形模式都是前期的滑移拉裂变形和后期的整体蠕滑变形,破坏模式是以深部软层为滑动面的整体滑移;硬岩层与软岩层的变形情况略有不同,硬岩层以整体蠕滑变形为主,而软岩层以滑移拉裂变形为主;深部软岩层的状态变化对边坡的整体稳定性影响非常关键;工程开挖(河谷下切)及雨水入渗都会对该类缓倾软硬岩互层边坡的稳定性有重要影响,开挖导致的临空面及微裂隙是滑坡发生的基础,水是滑坡发生的条件和诱因。

考虑水力作用的顺层岩质边坡稳定性图解分析

通过分析顺层岩质边坡中的水力作用,建立了出流缝未被堵塞和出流缝被堵塞两种情况下顺层岩质边坡的水力学模型;推导出了用无量纲参数(Q、P、S)形式表达的边坡稳定性安全系数Fs的表达式;绘制了边坡后缘张裂隙充满水后几何要素岩层倾角?、张裂缝高度Z/边坡高度H与无量纲参数(Q、P、S)的关系曲线,能为分析不同的边坡几何要素、水深、不同抗剪强度对边坡稳定性的影响提供方便。选取宜巴高速公路典型顺层岩质边坡进行研究,结果表明:对于出流缝未被堵塞的情况,水力作用使边坡稳定性安全系数降低程度为33.33%,是触发顺层岩质边坡滑移破坏的主要因素;出流缝被堵塞情况下边坡稳定性安全系数要比出流缝未被堵塞情况下约降低0.458。其研究成果对顺层岩质边坡工程设计和施工优化具有重要指导意义。

不同接触方式磨矿介质的钨矿磨矿动力学分析

以钢球、钢锻和六棱柱分别代表点、线、面接触方式下的磨矿介质,在不同磨矿时间条件下对钨矿进行磨矿。研究点、线、面不同接触方式下磨矿介质对硬而脆钨矿磨矿产品的影响,分析磨矿产品的筛分粒度分布特性,考察磨矿产品的均匀程度,求解磨矿动力学及比破碎速率,评估整体磨矿行为效果。结果表明,钢球的磨矿产品最不均匀,比破碎速率呈不规则变化,磨矿产品泥化严重;六棱柱的磨矿产品最均匀,破碎速率呈抛物线型,所得磨矿产品的均匀性最好,易选级别含量最多,面接触磨矿对钨矿这类脆性矿物磨矿的泥化程度减轻最为有利,可以作为新型磨矿介质在钨矿山推广应用。

软硬岩互层边坡稳定性的敏感性因素分析

针对沪蓉国道主干线湖北宜昌至巴东高速公路上的顺层软硬岩互层边坡破坏特征,建立了顺层软硬岩互层边坡稳定性的分析模型.分析了层面强度、岩层厚度、岩层倾角、水力作用等各项因素对边坡稳定性的影响,探索软硬岩互层边坡稳定性的一些规律.结果表明:敏感度由大到小为:层面倾角>层面内摩擦角>层面厚度>边坡中水力作用>层面粘聚力,即层面倾角和软弱岩层面的强度参数(内摩擦角)对边坡稳定性起主要控制作用,岩层厚度对边坡的稳定性也有明显的影响,物理模型试验更加进一步验证了文中所得的各因素对软硬岩互层边坡稳定性影响的规律.

基于Hoek建议的非线性关系求取岩体抗剪强度的算法及工程应用

阐述了Hoek建议的非线性关系原理,以此提出了求取岩体抗剪强度的算法:考虑了岩体抗剪破坏时总体或平均水平,通过计算出不同正应力?下对应的剪应力?,线性回归确定一定应力范围内线性化后的c、?值,解决了Hoek-Brown准则拟合算法不能求解一定正应力?条件下岩土的抗剪强度的问题。在对中缅油气管道(国内段)澜沧江跨域工程边坡岩体应用以及进一步对比研究,结果表明:采用文中算法给出的第1种确定正应力?的方法所得的c、?值与Hoek-Brown准则拟合算法所得的结果相差不大,究其原因是两种算法考虑的因素不太一样,导致围压3?或正应力?大小有所差别;在实际工程正应力?较低的情况下,应采用文中算法给出的第2种确定正应力?的方法来获取的c、?值,这样所得的结果才与实际情况比较接近,克服了Hoek-Brown准则拟合算法对围压3?依赖的问题。

天然与饱水状态下石膏岩蠕变试验研究

石膏岩的饱水软化蠕变特性是影响石膏矿采空区安全评价的重要因素。以荆门石膏矿岩为研究对象,开展天然与饱水状态下的单试样逐级增量加载试验,分析了饱水软化作用下石膏岩的蠕变特性,选取西原模型描述石膏岩的本构关系。分析结果可得,饱水试样总蠕变量大于天然试样;饱水试样蠕变破坏强度(11 MPa)是天然试样蠕变破坏强度(21.5 MPa)的0.54倍,长期强度(10 MPa)是天然试样长期强度(19.5 MPa)的0.49倍。利用西原模型对蠕变曲线进行拟合并分析拟合参数可知,饱水试样参数E_1是天然试样的0.1~0.5倍,η_1是天然试样的0.2~0.7倍,E_2是天然试样的2~10倍。以上结论均表明饱水试样的蠕变特性更加明显。分析讨论饱水软化作用对石膏岩蠕变特性影响机制可知,荆门石膏岩软化作用主要由物理软化作用及化学软化作用耦合而成,物理软化作用主要为静水作用下的孔压效应,化学软化作用主要为石膏岩的重结晶作用。试验分析结果可为石膏矿采空区安全评价提供依据,具有重要的工程实际意义。

石膏矿岩三轴压缩蠕变特性试验研究

石膏矿开采多采用房柱法,其蠕变特性对采空区稳定性有重要影响。以荆花石膏矿为背景,利用RC-2000微机控制岩石三轴蠕变试验机,结合具体工程情况,对荆花石膏矿岩进行围压分别为0、2.5、5.0、7.5 MPa的蠕变试验。分析了所得的蠕变试验数据,选取合适的模型对试验曲线进行拟合,利用等时应力-应变曲线簇法求得在不同围压下的长期强度。分析可知,荆花石膏矿蠕变包含衰减蠕变和等速蠕变2个阶段,轴向应力较小时只出现衰减蠕变,轴向应变增大到一定程度时将出现衰减蠕变和等速蠕变2个阶段。选择西原模型对试验曲线进行拟合结果表明,西原模型能较好地描述石膏矿的蠕变力学特性,拟合相关系数R均大于0.9;在不同围压情况下长期强度与蠕变强度的比值为0.89~0.95,即围压对长期强度的影响不大。研究结论能为石膏矿采空区的稳定性分析提供依据。

石膏矿矿柱-护顶层支撑体系的流变力学模型分析

采用房柱法开采石膏矿体,将石膏矿柱简化为满足西原模型的黏弹塑性体流变模型,采空区上部留设的护顶层简化为弹性矩形薄板,建立了石膏矿矿柱-护顶层支撑体系的流变力学体模型。在此模型的基础上推导了矿柱支撑下采空区护顶层受流变作用的挠度微分方程,并根据其在不同阶段的边界条件采用伽辽金方法对该微分方程进行了求解。研究结果表明:当作用在矿柱上的应力σ大于极限摩阻力σ_s时,石膏矿柱的塑性流变大变形将随时间逐渐增大,极易导致石膏矿柱-护顶层支撑体系破裂直至坍塌;所建立的考虑矿柱流变特性的石膏矿采空区矿柱-护顶层支撑体系力学模型,可以对支撑体系的稳定时间进行预测。

相对湿度作用下的石膏矿护顶层突变破坏机制分析

依据室内试验所得的石膏岩的基本力学性质随着大气中相对湿度变化的规律,并结合石膏矿采空区的破坏特征,将护顶层简化为铅直方向受均布荷载q作用的三铰拱分析模型,建立了相对湿度作用下的石膏矿采空区护顶层的尖点突变模型,研究了相对湿度作用下护顶层突发破坏的失稳机制。试验结果表明:石膏岩的力学性质在采空区中环境湿度的作用下,其强度和变形参数会大大降低。分析和工程计算结果表明:随着采空区中环境湿度的增加,支撑体系越不稳定,越容易跨越分叉集而发生突发失稳破坏;相空间的控制参数a随着采空区中环境湿度的增加,其代数值是逐渐增大的(绝对值减小,由负值向0变化),而控制参数b逐渐增大,系统突发失稳控制参数(a,b)的变化路径为向东北方向变化,该路径是系统较为容易发生突发失稳的路径。

低金高硫铜矿石回收金选矿试验研究

铜硫矿中低品位伴生金由于难富集到计价品位而常被忽略回收。针对含铜1.84%、含硫11.09%、含金0.12×10-6的低金高硫铜矿石,采用P10作为选铜金捕收剂,H2SO4作为选硫活化剂,丁黄作为选硫捕收剂,在低碱条件下,闭路试验可获得含铜20.98%、铜回收率为86.23%,含金1.2×10-6、金回收率为74.80%的铜金精矿及硫品位为48.9%、硫回收率为74.47%的合格硫精矿,实现了铜、硫、金的高效综合回收。低碱度铜硫分离工艺使活化剂用量大为减少,有利于硫的综合回收,降低了选矿成本。

陡倾结构金属矿山采空区围岩破坏机制研究

在地下金属矿山开采中会造成采空区围岩变形破坏,影响地下采矿安全。采用现场调查、位移监测、微震监测,并结合理论分析等方法对金山店东区地下采空区的围岩破坏机制进行研究。考虑水平构造应力和崩落岩体的影响,基于极限平衡理论和能量法分别得到上下盘采空区围岩破坏机制,即倾倒滑移破坏和溃曲滑移破坏。上盘和下盘围岩在陡倾结构面的切割作用下,分别形成反倾结构和顺倾结构。在水平构造应力作用下,上盘陡倾结构岩体向采空区侧发生倾倒破坏,岩体变形破坏进而导致F4断层活化。随着采矿的深入,破坏的岩体数量和范围不断增加,形成一个深部滑动面,并穿过F4断层。下盘采空区围岩在水平构造应力作用下诱发了矿体边界处F1断层滑移,同时引起顺倾结构岩柱发生溃曲-滑移破坏,沿着节理面形成滑动面。

青海某贫硫金矿石选厂磨矿分级系统优化试验研究

由于青海某贫硫金矿选厂磨矿钢球配比偏大,操作参数不合理,导致了磨矿分级系统磨矿效率低、处理量小、磨矿细度不够等问题。通过实验室前期试验并经球径半理论公式计算,确定现场补加球大小和比例。采用JKsimMet软件模拟工业试验流程,寻找磨矿分级回路最佳参数,进行工业试验。试验结果表明:JksimMet软件可以较好地模拟现场磨矿分级回路,为现场优化提供参考和方案;一段磨处理量提高了6.5 t/h,球耗降低了14.29%,排矿细度增加了27.9%,P80降低了60.91%;二段磨排矿细度增加了31.3%,P80降低了13.31%,实现了磨矿效率提高,处理量增加,节能降耗的目的,磨矿分级系统得到了优化。

分级浓度对磨矿分级回路产品粒度分布的数值模拟

分级机工况参数变化对磨矿分级回路的影响过程较为复杂,难以建立数学模型进行分析。本论文利用高斯模型,对分级机补加水量与磨矿分级回路最终产品粒度分布进行了数值模拟,建立了两者之间的罗逊-莱蒙勒尔粒度特性方程。对该方程,通过MATLAB编程能够解出表征最终产品的γ-100+10μm(浮选合格粒级)、γ-74μm(细度)、γ-10μm(过粉碎)和Dp(平均粒度)质量指标值,并作出该方程的粒度分析曲线图。因此选择合适的分级浓度即调节分级补加水量,可快速预测最终磨矿分级产品粒度组成情况。

贵州某泥晶灰岩型含锑金矿金锑混浮试验

贵州某泥晶灰岩型含锑金矿石为块状构造,金属矿物主要为黄铁矿、针铁矿,含量小于1%,非金属矿物以方解石为主,另有少量石英、有机质等;金含量为6.04 g/t,显微镜下未见自然金粒,74.34%的金赋存在硫化矿中,游离金仅占总金的7.14%;硅酸盐、碳酸盐包裹金分别占11.96%和6.56%;锑主要以辉锑矿的形式存在。为高效、低成本回收矿石中的金、锑,对混合浮选工艺进行了试验研究。结果表明,在一段磨矿细度为-0.074 mm占71%的情况下1粗2扫混浮、尾矿再磨细度为-0.074 mm占92.7%的情况下再1粗2扫混浮、两粗精矿合并后3次精选、中矿顺序返回流程处理,最终获得了金品位为47.60 g/t、锑品位为9.81%、金回收率为76.68%、锑回收率为85.22%的金锑混合精矿,金锑混浮效果较理想。尾矿中金的回收及金锑分离工艺研究将另文介绍。

四川某极低品位复杂铂铜镍矿浮选工艺

针对四川甘孜某极低品位复杂铂铜镍矿石开展工艺矿物学分析,在此基础上进行磨矿细度、p H值调整剂种类及用量试验等条件研究,结果表明采用分支(三支)浮选工艺流程处理该低品位铂镍矿石后,可获品位为3.17%、回收率为43.49%的镍精矿,这种浮选流程针对品位极低的原矿,其选别指标是较好的.其中镍精矿中Cu、Co、Pt、Pd等元素均有一定程度的富集,随Ni一起得到综合利用.