矿山尾砂胶结充填体抗拉强度测试方法研究进展

矿山尾砂胶结充填是实现金属矿绿色开采的重要技术载体,尾砂胶结充填体抗拉力学性能是影响矿山采场充填体整体稳定性以及确保相邻采场安全高效充填采矿的关键要素。科学、准确测量尾砂胶结充填体抗拉强度是确保矿山充填材料强度合理设计的重要环节。尾砂胶结充填材料属于低强度材料,我国尚无针对尾砂胶结充填材料抗拉性能的统一试验方法或测试标准。系统回顾了矿山充填材料抗拉强度测试方法的应用情况,并指出了当前借鉴混凝土、岩土工程等领域抗拉强度测试方法存在的问题。从抗拉强度直接拉伸测试方法、抗拉强度间接拉伸测试方法和适用于尾砂胶结充填材料的抗拉强度测试方法创新3个方面介绍了最新的测试方法研究应用进展。首先系统梳理总结了4种直接拉伸测试方法及其应用场景,然后研究分析了3种间接拉伸测试方法及其应用条件,并对比分析了两大类不同测试方法的优缺点。在研究分析上述测试方法的基础上,并考虑尾砂胶结充填材料的力学特性,创新发明了一种“工字型”尾砂胶结充填体抗拉强度测试法,研发了相应的压-拉转换装置,实现了用单轴压缩的方式开展胶结充填体试样直接拉伸测试。经中国和加拿大相关矿山和研究机构验证,该方法是适用于矿山尾砂胶结充填材料抗拉性能测试的科学方法,目前已被国际矿业咨询机构—Paterson&Cooke公司、加拿大2家矿业公司、中国3家矿业公司采用,可为国内外金属矿山充填采矿研究与设计提供参考与技术支撑。

矿山原位环境尾砂胶结充填体力学性能研究进展

尾砂胶结充填体养护过程受采场原位温度、压力、孔隙水压力等因素影响,导致实验室制备的尾砂胶结充填体试样与相同物料配比的采场原位充填体取芯试样的力学性能存在显著差异。精准预测尾砂胶结充填体在采场原位环境下的力学性能是确保矿山充填配比参数设计合理、经济的重要前提。目前,国内外学者针对单一环境因素对尾砂胶结充填体力学性能的影响取得了丰富的研究成果,但有关多环境因素耦合下尾砂胶结充填体力学性能的定量研究并不充分。系统介绍了采场原位环境下尾砂胶结充填体力学性能的研究现状,从养护压力、养护温度、孔隙水压力和充填体养护装置四个方面介绍了国内外研究进展。首先系统梳理了养护压力、养护温度和孔隙水压力三种采场原位环境因素对尾砂胶结充填体强度影响研究。然后分析了现有充填体养护装置的优缺点。矿冶科技集团在此基础上创新发明了一种“矿山充填原位环境物理孪生试验装置”,该装置能够在室内模拟采场原位环境的温度、压力和孔隙水压力的养护条件,实现采场原位环境因素对尾砂胶结充填体力学性能影响的定量化研究。

考虑压力和温度养护条件的胶结充填体早期强度特性研究

为在实验室模拟矿山原位充填环境的压力、温度等因素对胶结充填体的固结影响,本文设计了一种考虑压力与温度协同控制的胶结充填体养护方法及试验装置。采用该试验装置开展了养护压力与养护温度对胶结充填体早期固结强度的影响研究。结果表明:养护压力、养护温度对胶结充填体早期强度有明显影响;养护压力对充填体早期强度发展有利;随着养护温度升高,胶结充填体强度呈先升高后降低的趋势,养护温度为55℃时,胶结充填体强度呈下降趋势。在养护压力和养护温度的耦合影响下,高温有利于胶结充填体的早期强度发展。

有色冶炼渣基胶凝材料中的重金属固化研究进展

利用有色冶炼渣制备新型胶凝材料是实现大宗固废资源化利用的重要途径之一,有色冶炼渣基胶凝材料的胶凝原理和力学性能一直是研究的热点,有色冶炼渣中重金属离子在胶凝材料中的溶出和固化机理也日益受到关注。综述了有色冶炼渣的形态结构,系统总结了重金属离子在有色冶炼渣基胶凝材料中的存在形式和固化机理。可为冶炼渣基胶凝材料应用中重金属固化的研究提供参考。

基于矿冶废渣制备充填专用胶凝材料

首先测定了矿冶废渣及原材料的基本化学性质,并根据测试结果研发了复合型强碱性激发剂,用于激发矿冶废渣活性,从而制备出适用于矿山充填专用胶凝材料;通过XRD测试了充填专用胶凝材料硬化体中的水化反应产物,结果表明:支撑充填体强度的主要物质为钙矾石(AFt)和氢氧化钙(CH)、铝胶(AH 8-10)、水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)等。一个AFt分子形成会结合和吸附32个H_(2)O分子,表明矿山充填专用胶凝材料更适合含水量较大的尾砂充填料浆。同时采用SEM分析了不同龄期充填硬化体内部结构,揭露了充填硬化体强度增长规律,并分析了各阶段硬化体产生强度的机理;通过强度试验测试了不同条件下两种胶凝材料充填体强度,结果表明充填专用胶凝材料(KS)制备的充填体强度指标高于水泥(SN)制备的充填体强度,强度值相差1倍。

新形势下国家重点实验室的管理和评估机制研究

国家重点实验室是我国科技创新的重要平台,也是国家创新体系的组成部分,在推动学科发展、孕育重大科研成果、培育科技领军人才、承接重大项目和开展国际国内合作方面发挥了不可替代的重要作用。新形势下国家重点实验室在运行管理和评估考核方面的相关工作也需要适应发展和改革需求持续完善。本文以国家重点实验室为研究对象,系统研究分析其发展历程,详细论述了其管理和评估机制方面的方法与作用,并为新形势下国家重点实验室的管理评估机制完善提出了改进建议,以期为各类实验室的科学改革与长效运行发展提供参考。研究认为,国家重点实验室的评估工作应当强化定性与定量相结合机制,优化评估分组、专家遴选和评估指标体系,不断与时俱进,全面而客观地体现国家重点实验室的基本情况和科研水平,为国家战略部署和实验室创新发展提供导向和参考,使国家重点实验室充分发挥学科优势和科技创新中坚力量,在战略必争领域、前沿技术、“卡脖子”技术等方面实现突破和创新,推动中国在世界科技博弈的战场上占据主导地位。

基于超细磷尾砂的絮凝沉降特性及其胶结膏体充填材料性能研究

目的:本研究旨在提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益。方法:本研究基于磷尾砂的物化特性,通过控制絮凝剂用量和入料浓度,研究了磷尾砂在絮凝沉降过程中的最佳条件;并通过调整充填料浆的质量浓度和砂灰比,分析了这些因素对充填料浆流动性和充填体力学性能的影响。结果与结论:研究结果表明,超细磷尾砂的最佳絮凝沉降入料浓度为10%,在聚丙烯酰胺用量为25 g/t时,底流浓度可达64.53%。磷尾砂胶结充填料浆的流动性主要由屈服应力决定,其受质量浓度影响较大,受砂灰比影响较小。水泥对超细磷尾砂的固化效果有限。研发针对超细磷尾砂的低成本充填胶凝材料是提升充填体性能的关键途径。意义:本研究为提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益提供了最佳工程参数和有效途径,具有重要的工程指导意义和应用价值。

金属矿山充填技术工程实践与发展趋势

充填采矿法是实现绿色矿山和无废矿山建设的重要途径,也是深部矿产资源的首选开采方法。金属矿山充填技术经过几十年的发展,工艺技术逐渐成熟,但仍面临深井开采长距离高落差管道输送等一系列难题,并受充填成本的制约,随着人工智能为代表的新一代信息技术与采矿技术的交叉融合,传统充填工艺面临新的机遇和挑战。本文回顾了金属矿山充填技术的发展历程,从充填骨料角度对分级尾砂充填、戈壁集料充填、全尾砂充填和多元骨料充填等国内外工程案例进行了详细分析,总结了不同骨料充填工艺在骨料的供给方式、搅拌工艺、设计理念等方面的差异,展望了金属矿山充填工艺技术的发展趋势,提出未来应着重开展充填工艺系统的标准化、模块化、智能化、无人化建设,以及绿色充填技术,低成本深井固废充填技术和功能性矿山充填技术4个方向的研究,为国内矿山的充填工艺设计及充填技术创新提供参考。

基于镐形截齿侵入试验的矿岩可截割性研究

判定矿岩可截割性是悬臂式掘进机机械连续开采技术在矿山研究应用的基础与关键问题,也是决定掘进机能否有效经济破岩的基本要素。针对国内可截割性的概念和指标缺少统一共识性结论的问题,提出了基于镐形截齿侵入试验的矿岩可截割性指标与评价方法。利用自主研发的截齿侵入试验平台,设计了标准截齿侵入试验方法与试验流程,对试验平台、岩样制备、侵入截齿、截割厚度、截割角、试验次数等均进行了标准化设计。通过对实际矿山悬臂式掘进机机械掘进工业试验数据和镐形截齿侵入试验获得的可截割性评价结果进行对比,证明了基于镐形截齿侵入试验评价矿岩可截割性的准确性。本方法中只要能够获取到用于开展截齿侵入试验的岩样即可评价出矿岩可截割性,创新了地下非煤矿山矿岩可截割性评价方法,弥补了传统仅靠岩石单体强度来经验判断矿岩可截割性的缺陷,适用于我国地下非煤矿山悬臂式掘进机机械破岩可行性的科学评价。

机械掘进技术在弱胶结软岩巷道中的应用实践

弱胶结软岩强度低、胶结差、易风化、遇水易泥化,采用传统钻爆法掘进时技术难度大、安全风险高、效率低、成本高。基于此,提出以悬臂式掘进机机械掘进代替传统钻爆法掘进的技术方案,并开展悬臂式掘进机机械掘工业试验。工业试验时间长达309 d、累计掘进进尺1 297.21 m、总工程量27 729.49 m^(3),悬臂式掘进机纯截割能力19.15 m^(3)/h,平均每日进尺4.2 m,平均每班进尺3.41 m。结果证明,采用悬臂式掘进机机械掘进技术可以有效解决弱胶结软岩岩体内钻爆法掘进过程中遇到的生产难题,机械掘进效率可以达到钻爆法掘进效率的1.4倍以上,并在大幅度提高掘进效率的基础上降低了掘进成本。研究成果可为弱胶结软岩巷道掘进提供技术参考。

料浆温度对超细尾砂充填料浆流动性能影响研究

目的:随着地下金属矿山开采深度的增加,井下温度不断升高。本研究旨在探讨温度变化对超细尾砂充填料浆流动性的影响,以优化充填系统的设计和运行。方法:通过流变试验和数值模拟分析温度变化对料浆流动特性的影响,并结合工程需求,研究管道内径和入口流量对超细尾砂料浆流动特性的影响。结果和结论:超细尾砂充填料浆的流变性能可用Bingham模型表征。在输送过程中,速度场表现为中心结构流,可以通过调整入口流量和管道内径来提高输送效率,控制流速分布。在一定温度范围内,随着料浆温度升高,料浆的屈服应力和黏度减小,比摩阻减小;但当温度超过一定值时,料浆黏度反而增加,比摩阻也随之增加;温度对超细尾砂充填料浆的流动特性有显著影响,通过调整入口流量和管道内径可以改善输送效率并控制流速分布。意义:研究结果为地下矿山深部开采中充填系统的设计和运行提供了科学依据,有助于提高充填系统的效率和稳定性。

金属矿深部开采岩爆灾害防控研究进展与工程实践

随着浅部金属矿产资源的日益枯竭,金属矿山深部开采势在必行。开采进入深部后,高应力等复杂地质环境使得岩爆等灾害问题凸显,成为制约金属矿深部开采的主要问题之一。尽管岩爆灾害问题由来已久,但受其发生机制和监测手段的限制,始终未能得到有效解决。首先,通过文献调研,对岩爆评价体系和岩爆防控技术进行了系统的总结与归纳。结果表明,当前所提出的岩爆评价体系较多,能够对岩爆灾害的等级和倾向性进行较好地评价与预测。在岩爆防控技术体系方面,按照灾害处置时机和防护机制,可分为被动式防控技术和主动式防控技术两类。其次,基于开采方案优化和应力环境再造思想发展起来的整体规划理念,为金属矿深部开采岩爆灾害防控提供了新思路与新方法。最后,以三山岛金矿深部开采为背景,验证了整体规划理念下卸荷采矿方案在岩爆灾害防控上的优势与效果,为未来金属矿山深部开采岩爆灾害的超前干预与主动防控提供了有效借鉴。

某铁矿双中段并采稳定性数值模拟分析

目的:本文旨在探讨铁矿资源高效开采的新手段,重点研究双中段并采方式在提高开采效率和资源回收率方面的效果,并通过具体案例分析其开采过程中的安全稳定性问题。方法:以安徽某铁矿为研究对象,创新性地提出双中段开采方式。利用FLAC3D数值模拟软件,构建了尺寸为50 m×15 m×120 m(长×宽×高)的典型采场数值模型,模拟双中段并采的开采过程。结果:双中段采场开挖后,采场空区底部和左右两侧围岩的应力集中程度显著增加。采空区顶板发生了显著位移,最大位移量达到1.2 m;侧帮最大位移为0.8 m。进一步分析表明,空区围岩的潜在破坏模式主要为剪切塑性破坏。结论:双中段并采方式在提高铁矿开采效率和资源回收率方面具有显著优势。虽然开采过程中会引起围岩应力和位移的变化,尽管存在局部应力集中和位移变形,但通过合理的工程设计和支护措施,可以确保采场整体的安全稳定性。意义:双中段开采技术为类似矿山的开采提供了可行的参考方案,并为铁矿开采技术的创新与发展开辟了新的思路和方法。

冶炼渣用于喀拉通克铜镍矿充填的工业试验研究

目的:取消戈壁集料充填,解决喀拉通克铜镍矿充填成本高的问题,实现尾砂和冶炼渣等固废用于充填。方法:采用室内和工业试验等研究方法论证了冶炼渣用于喀拉通克铜镍矿充填的可行性。通过开展坍落度和抗压强度测试分别研究了全尾砂单一骨料和全尾砂+冶炼渣复合骨料充填料浆的可泵性和强度特征。结果:研究结果表明:全尾砂单一骨料充填料浆的适宜输送浓度为66%~68%,冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填料浆的适宜输送浓度为70%~72%。全尾砂单一骨料充填体28 d强度低于3 MPa,添加冶炼渣作为粗骨料可提高充填体的强度,当冶炼渣添加量低于30%时,充填体的强度随冶炼渣骨料占比的增加而增高。结论:假底层充填应采用尾砂+冶炼渣复合骨料,当冶炼渣骨料占比为20%~30%时,充填试块内部未出现冶炼渣离析现象。意义:本文创新地实现高密度冶炼渣用于矿山充填,研究成果对指导喀拉通克铜镍矿充填具有重要意义,也为新疆地区冶炼渣的大宗利用提供了参考。

废石尾砂胶结充填体材料力学特性研究

用废料进行复合集料充填是一种创造性的有效采矿充填法(Annor,1999)。复合集料因具有良好和独特的结构特性而被广泛应用在许多工程领域。废石尾砂胶结充填是最流行的复合集料充填方法之一。它能充分消纳矿山产出的废石和尾砂,不仅维护了矿山生态环境而且促进了矿山可持续发展。

基于选矿流程的尾矿优选组合膏体充填技术

为优化膏体充填骨料粒级级配,提出了基于选矿流程的尾矿优选组合膏体充填工艺技术。该技术统筹考虑充填方案、充填成本等因素,基于选矿流程多环节生产尾矿的条件,将不同级配、化学成分合理的尾矿按照一定的比例进行混合,制备出级配连续的混合尾矿。通过开展尾矿基础参数测试、沉降试验、析水试验、流动性试验研究,确定了基于选矿流程的充填技术工艺优化方案,并开展了工业现场验证。基于尾矿级配优化的膏体充填技术科学可行,具有广泛的适用性,是一种先进的矿山充填技术。

废石尾砂胶结充填试验研究

对废石尾砂胶结充填进行系统试验研究。研究废石尾砂胶结充填集料特性规律,废石尾砂胶结充填体强度与充填材料配比之间关系规律,废石尾砂胶结充填体强度影响性因素试验等,为废石尾砂胶结充填体评价提供一种新试验方法。结果表明:废石尾砂胶结充填体不存在影响胶结体强度的化学反应危害;废石尾砂胶结充填体强度由水泥含量和废石含量决定,水泥及废石含量增加均能有效提高废石尾砂胶结充填体强度;废石尾砂胶结充填能有效减少水泥用量,节约充填成本,同时试验结果也为试验矿山充填配比设计提供参考依据。

甲玛铜多金属矿尾砂充填料浆流变性能影响因素分析

在扩散度和坍落度试验基础上,研究尾砂性质、料浆浓度和砂灰比对尾砂充填料浆流变性能的影响。结果表明,充填料浆符合Hershel-Bulkley流体模型,在剪切速率0～220 s-1,料浆浓度小于74%时均会达到层流与紊流的临界剪切速率,其实际值大于理论计算值。全尾砂经分级后,屈服应力、刚性系数整体下降,浆体的扩散效果、流动性变好。充填料浆浓度的增加造成料浆屈服应力、刚性系数整体增大,表现为扩散度、坍落度总体呈下降趋势。砂灰比与流变特性参数不呈线性关系,对尾砂充填料浆的流变性能影响较小。

废石尾砂胶结充填工艺模型试验及在安庆铜矿的应用

设计废石尾砂胶结充填工艺模型试验装置,依据采矿工艺、充填工艺原则及工程布置要求,制定废石尾砂胶结充填模型试验方案,运用形态测量及充填体横剖切割揭露等手段进行充填体模型质量评价,确定最佳充填工艺。结果表明,无论是废石均匀铺设还是废石锥形堆放下料方式,废石料与尾砂胶结料浆同步下料时,充填体胶结效果最佳。选择最适宜的充填工艺不仅能有效提高废石尾砂胶结充填体强度,而且能减少水泥用量,节约充填成本。

深部采场胶结充填体力学稳定性研究

为达到完全回采矿石,深部采矿过程中胶结充填体被用来充填回采过程产生的采空区。胶结充填体强度配比设计是基于满足采矿过程充填体应稳定暴露的要求。通过工程类比法和理论分析计算法,确定了能够满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。