制约胶结充填采矿法发展的若干充填体力学问题

文章概述了充填体力学的概念和研究内容。指出了胶结充填体的力学作用、胶结充填体所需强度的确定、一定强度的胶结充填体所需材料的配比设计，三个充填体力学问题正制约着胶结充填采矿法的发展。结合作者的研究，全面讨论了三问题国内外的研究现状，已取得的研究成果和尚待深入进行的工作，提出了解决这些问题的措施。

充填体包裹下矿岩点柱强度力学性能研究

为探究充填体与其包裹下矿岩点柱的相互作用,揭示不同充填体作用下点柱强度力学性能及影响因素,考虑岩体的应变软化特征,采用FLAC3D软件进行了充填体包裹作用下点柱的单轴压缩模拟实验。研究了不同充填体力学参数和充填率(即充填体宏观结构)条件下点柱峰值强度和残余强度的演化特征。研究结果表明:充填体力学参数和充填率对点柱峰值强度无显著强化影响;充填体弹性模量和充填率对点柱残余强度有显著强化效应;点柱残余强度随充填体内聚力增加而呈现出先增加后保持相对稳定状态;充填体泊松比和内摩擦角对点柱峰值强度和残余强度均无显著影响。研究结果可为空区残留点柱回采采场结构参数与充填体强度设计提供参考依据。

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。

分级尾砂胶结充填体强度参数试验研究

在矿产资源开采过程中会产生大量的固体废料,固体废料堆积会对地表及地下水产生严重的污染,从而诱发一系列次生灾害,同时也不符合当前绿色矿山建设及节能减排之趋势。在尾砂中加入一定比例的水泥再充填入井下的采空区既能缓解固体废料排放问题,又能增加开采作业的安全性。目前对于尾砂胶结充填体的力学研究才处于起步阶段,为了深入研究充填体强度参数的演化规律,该文选用大红山铜矿的分级尾矿制作了不同的配合比条件下的圆柱体试件,测试其单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变曲线,并分析各参数与配合比之间的关系,研究了胶结充填体的变形特征,从而探究分级尾砂胶结充填体力学参数的成因并为调节力学参数提供依据。

金属矿山充填采矿技术应用研究进展

地下金属矿山固废充填开采技术是实现矿业低碳绿色开发的重要途径,矿山充填不仅可以实现最大限度的回采矿产资源,而且可以实现矿业固废的环保处置。系统回顾了金属矿山充填采矿方法的发展历程,从金属矿山高效率规模化充填采矿、连续充填开采和如何降低充填采矿成本3个方面介绍了最新的技术应用研究进展。首先系统梳理了金属矿山充填工艺的演变发展脉络,总结了涵盖矿山固废充填料浆制备、充填料浆管道输送、充填采场封闭和采场尾砂料浆脱水等全流程充填工艺技术的应用进展和发展趋势。然后研究分析了尾砂充填体非均质特性和尾砂料浆固结力学特性的演化发展机制,并对比分析了传统的采场充填体强度需求解析方法与改进的胶结充填体强度需求计算-设计方法,进而介绍了井下采场充填体质量原位监测与分析评价方法。基于上述研究进展综述,得出矿山充填采矿方法变革是实现高效率、规模化、低成本充填采矿的核心要素,矿山全流程充填工艺创新是稳定制备与使用高质量充填料浆的必要举措,深入研究采场充填体力学作用机理问题是确保充填采矿技术安全、绿色、经济、便捷应用的本质要求。最后阐明了充填采矿领域未来应重点关注的研究方向,指出加快发展绿色低碳充填新技术、新材料与新装备是助推金属矿山充填转型发展的动力引擎。

充填体矿柱刚度对采动地压分布影响分析

为研究充填体变形特性对采动压力分布的影响规律,采用弹性地基梁理论和结构力学理论,构建了充填体矿柱采动地压分布力学模型,给出了充填体变形参数影响下的矿柱压力理论解析解,分析了不同刚度比对采动地压分布影响规律,并提出了基于充填体与围岩变形参数匹配的充填体力学设计方法。结果表明:充填体与围岩变形参数对充填采场采动压力分布影响显著;岩体与充填体弹模比小于1000时,围岩及充填体采动压力对弹模比的参数敏感度较高;在充填体参数设计时,应将岩体与充填体弹模比控制在1500以内,为类似充填开采矿山的充填体力学设计提供了有益参考。

草楼铁矿采场充填体强度解析计算

针对草楼铁矿大直径深孔一步骤采场充填体强度要求偏保守且缺乏依据的情况,利用米切尔法进行不同类型采场充填体的强度要求解析计算。结合现有充填技术水平在前期充填体质量评价工作的基础上,选取浮动安全系数2. 3,综合计算出草楼铁矿典型尺寸采场的充填体强度要求指标,为降低草楼铁矿的充填成本提供理论依据和技术支撑。

金属矿山深井开采中的力学问题研究进展

针对国内外金属矿山深井开采的发展现状和迫切需求,在分析相关矿山深井开采存在问题的基础上,分别从正在开展的研究工作、已取得的研究成果和经验、尚待解决的技术难题等方面论述了当前金属矿山深井开采的相关力学问题。研究表明,深井开采及灾害控制与相关力学基础理论密切相关。综述了金属矿山深井开采中的岩石力学、充填体力学、热力学、流体力学及材料力学研究的最新理论、技术和成果,可为国内外深井开采矿山和相关研究人员提供借鉴和参考。