某金矿全尾砂充填材料改性试验与配比优化研究

针对某金矿充填材料具有变形大、强度低等问题,通过加入复合外掺料提高全尾砂填料强度、改良其收缩性能并得出掺料的优化配比。试验选用的复合材料组分包含矿渣纤维、粉煤灰、生石灰、水泥和尾砂,采用正交试验确定掺料的最佳比例,并借助矿物衍射和扫描电镜技术,研究了改性材料的微观机理。结果表明:充填材料的最佳配比为纤维掺量、粉煤灰掺量、生石灰掺量和水泥掺量分别为1.6%、0.5%、10.0%和20.0%;改性后的填充材料抗折强度和抗压强度分别提高了3.8和1.6倍且收缩率减小了120%;XRD图谱显示出不同的矿物成分随着养护龄期增加而变化特征,侧面反映了水化反应的全过程;SEM扫描图像清晰地展现出充填材料孔隙中充满水泥和生石灰颗粒且矿渣纤维吸附大量溶液凝胶产物,从微观机理角度解释了强度和收缩性能提高的原因,表明强度提高和收缩性能变化是由于加入掺料改变了原有的微观结构和生成了胶凝产物所致。

高浓度水泥尾砂充填材料凝结性能研究

本文对不同配比的高浓度水泥充填材料凝结性能进行了研究,通过对充填材料浆体进行初凝、终凝时间测定试验,得到了初凝时间和终凝时间参数,分析了初、终凝时间的变化规律,对影响凝结时间的各个因素作了必要的分析,对矿山充填工作及提高充填体力学性能具有一定的指导意义。

减水剂对尾砂充填材料综合性能影响的试验研究

上向分层进路充填采矿法是焦家金矿的主力方法,为提高尾砂的利用率和充填体的早期强度,该矿尝试将充填体的浓度提高,由目前的68%提高到71.5%。将浓度提高到71.5%之后发现充填料浆的流动性明显下降,不再满足自流输送的需求。因此本次实验主要研究在充填料浆中加入减水剂后对高浓度料浆流动特性的改善情况,同时测试减水剂对充填材料的其他性能是否有影响。本次研究采用敞口容器、Marsh筒法、圆锥截膜法、单轴抗压强度试验等对加入减水剂前后充填材料的沉降速率及泌水率、流动性、凝结时间、抗压强度进行测定,发现在加入萘系减水剂之后,明显提高了充填料浆的流动性,同时泌水率有所增加但增幅较小,凝结时间相应缩短;此外随着减水剂的加入,略微增高了尾砂充填体的强度,随着龄期的增长,减水剂对强度的增加作用越明显,相比不掺减水剂的分级尾砂充填体,3d强度提高了10.8%,28d强度增长了29.6%。结果表明加入减水剂后的充填料浆满足焦家金矿的自流充填工艺,这为充填料浆的自流输送提供了强有力的理论和工程依据。

黄金洞金矿尾砂充填材料的试验研究

针对黄金洞金矿实际情况,测定了尾砂充填材料的物理化学性质,分析了尾砂充填材料的选择依据、尾砂充填料浆的配比、抗压强度及其依据等相关问题。在满足黄金洞金矿要求的条件下确定了尾砂充填料浆的最优配比范围,并对影响配比的因素进行了分析,可为矿山采空区管理、矿山尾砂处理、矿山环境治理提供借鉴。

全尾砂高水速凝充填材料特性的研究

全尾砂高水速凝充填技术是一项新近发展起来的充填技术。通过室内试验，研究了全尾砂高水速凝充填材料的基本特性，如充填料浆的自然沉降及原因特性、充填体强度特性和充填体风化特性等。研究结果对全尾砂高水速凝充填技术的应用具有一定的指导意义。

单轴压缩下尾砂胶结充填材料次声波特性试验研究

尾砂胶结充填体常作为地下矿山重要承载单元,其稳定性对矿山的安全开采十分重要。近年来,国内外学者对岩石变形破坏过程中的次声波信号开展了试验研究,但对尾砂胶结充填体变形破坏过程中次声波信号的研究却鲜有报道。为此,开展了尾砂胶结充填材料的次声波试验研究。制备了3种不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件,在RMT-150C岩石力学试验加载系统上进行了单轴压缩次声波试验。首先,研究了不同灰砂比尾砂胶结充填材料试件破坏过程力学特性;其次,着重研究了不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件破坏过程中的次声波信号能率、累计能率、能率关联分形维数、主要频率、频带能量等特征。试验结果分析表明:①随着灰砂比的增加,充填材料试件屈服强度点的相对应变水平和峰值应力呈增大趋势,屈服强度点的相对应力水平和峰值应变呈减小趋势;②不同灰砂比的充填材料试件在单轴压缩破坏全过程均有次声波信号产生,在屈服强度点附近次声波信号能率均出现明显的突增现象。灰砂比越小的试件,次声波信号能率突增点所对应的相对应力水平越高;③采用G-P算法得到不同灰砂比充填材料试件次声波信号能率的关联维数,表明进入屈服强度点后次声波信号能率的关联维数快速降低至最小值,灰砂比越小的试件,次声波信号能率关联维数最小值所对应的相对应力水平越高;④次声波信号的主要频率与灰砂比没有相关性,峰值应力前主要频率集中在0~4 Hz,不同灰砂比充填材料试件出现的次声波信号主要频段(0~1.25,1.25~2.50,2.50~3.75 Hz)能量占比变化规律具有一致性,峰值应力前,0~1.25 Hz频段次声波信号能量占比上升至最大值,2.50~3.75 Hz频段能量占比则降至最小值。

全尾砂胶结充填材料配合比及性能研究

以矿渣、水泥、半水石膏、脱硫石膏与生石灰作为胶凝材料,并且加入少量萘系高效减水剂,制备全尾砂胶结充填材料。采用正交试验,进行极差分析和方差分析,分析出影响3 d抗压强度与膨胀性能的最主要因素为半水石膏与脱硫石膏的比例,影响流动性最主要因素为生石灰掺量,其次为半水石膏和二水石膏比例和石膏总掺量,确定出最佳配合比为A3B2C3。结果表明,采用最佳配合比,全尾砂胶结充填材料3 d抗压强度可达到0.75 MPa,28 d抗压强度可达到2.92 MPa,料浆流动性为173 mm,充填体高度为64.47 mm。

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。

胶结剂性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响

针对胶凝材料性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响进行了试验研究,采用压汞测孔仪(AutoporeⅣ9500)测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明:当料浆固体浓度分别为70%、78%和86%并且胶凝材料掺量10%(以总固体质量计)时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了151%、127%和90%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量5%、养护龄期分别为7、14和28 d时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了68%、97%和141%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量分别为5%、10%、20%、30%和40%时,掺矿渣水泥比掺水泥的28 d固化体抗压强度分别提高了127%、89%、10%、-12%和-21%。结合压汞测孔数据和固化体抗压强度结果,得出结论:在高水胶比材料(即水胶比大于0.65)中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中孔径更细(即水化产物更多或更分散),导致固化体中骨料(包括填料)的黏结面积增加而增加固化体抗压强度;在低水胶比材料中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中总孔隙率大幅度增加,导致固化体中骨料的黏结强度降低而降低固化体抗压强度。

煅烧硬质高岭土对铅锌矿溢流尾砂胶结膏体充填材料抗压强度的影响

对煅烧硬质高岭土对铅锌矿溢流尾砂胶结膏体充填材料抗压强度的影响进行了研究。研究结果表明:当胶结剂中煅烧硬质高岭土(Calcined Hard Kaolin,CHK)取代水泥率从0增加到30%时,胶结膏体充填材料(Cemented Paste Backfill,CPB)28d抗压强度基本保持不变;当CHK取代水泥率从30%增加到80%时,CPB的28d抗压强度急剧降低;当CHK取代水泥率低于50%的CPB养护到28d或56d后,其抗压强度大幅度降低;当CHK取代水泥率为50%的CPB养护到180d时,其抗压强度呈增长趋势。CPB抗压强度损失与其内部形成膨胀性物质(石膏)有关。当CHK取代水泥率为50%时,由于降低了胶结剂中水泥熟料的量,CHK中偏高岭土(Metakaolin,MK)和水泥水化产物氢氧化钙的火山灰反应解除或减少了膨胀性二水石膏的形成,结果CPB的180d抗压强度呈增长趋势。

减水剂对全尾砂胶结膏体充填材料性能的影响研究

对减水剂对全尾砂胶结膏体充填材料性能的影响进行了研究,采用压汞测孔仪(AutoporeⅣ9500)测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明:当料浆坍落度为180mm且水泥掺量分别为3%、5%和7%(以总固体质量计)时,与未掺减水剂相比,掺减水剂能使料浆的固体浓度分别提高4.3%、3.9%和4.1%,能使固化体28d抗压强度分别提高52%、81%和106%。当料浆坍落度为180mm、水泥掺量为5%并且养护龄期为7d、14d和28d时,与未掺减水剂相比,掺减水剂能使固化体抗压强度分别提高46%、90%和81%。结合固化体压汞测孔和抗压强度结果,得出结论:当保持料浆坍落度、水泥掺量和养护龄期相同时,与未掺减水剂相比,掺减水剂能降低固化体的总孔隙率和减小固化体的平均孔径,这可能是减水剂分散了料浆中的水泥和降低了料浆水灰比的复合作用的结果(并且水泥掺量越高或养护龄期越长,复合作用越显著),从而增加了固化体中骨料与骨料之间的黏结程度,因此提高了固化体的抗压强度。

早强剂对全尾砂胶结充填材料强度发展的影响

本文对水泥工业中常用的早强剂在全尾砂胶结充填材料中的作用进行了试验研究。结果表明 ,Na2 SO4、Na2 CO3、CaCl2 、NaOH在全尾砂胶结充填材料中都没明显的早强作用 ;NaOH对全尾砂胶结充填料有塑化作用。

焦家金矿全尾砂充填体三轴试验研究

充填采矿法可有效解决采矿生产过程中尾矿库塌陷和环境污染等问题,充填材料主要以水泥作为胶结剂,但普通水泥充填体强度低、充填成本高。鉴于此,以焦家金矿全尾砂为研究对象开展充填体常规三轴试验,以水泥作为对照,对比分析矿渣基胶结剂在不同养护龄期(3、7、14、28 d)和不同围压(0、50、100、300、500 kPa)下的力学特性。结果表明,矿渣基充填体可有效提升充填体强度,其不同养护龄期的抗压强度均大于水泥充填体。养护龄期的增加促使充填体从塑性向脆性转化,围压的增加促使充填体从脆性向塑性转化。Mogi-Coulomb强度准则比Mohr-Coulomb强度准则更适用于评估焦家金矿全尾砂充填体力学特性。随着围压增加,充填体的破坏特征从张拉破坏到剪切破坏,破坏裂纹分布密度减小;养护龄期和胶结剂类型对充填体破坏模式影响不大。试验结果表明矿渣基可解决充填体强度低、固体废弃物堆存等问题,有利于实现矿山充填绿色发展。

播卡金矿全尾砂胶结充填材料配比研究

考虑灰砂比、料浆浓度为充填料强度的主要影响因素,以播卡金矿全尾砂为骨料,通过设计试验方案,并对试验结果进行分析和处理,得出播卡金矿全尾砂胶结充填采矿所需的配比。

外加剂对新型全尾砂充填胶凝材料强度影响研究

在全尾砂新型充填胶凝材料中添加少量的外加剂,可以改善充填料浆的流动性,提高充填体抗压强度,延长凝结时间,从而满足全尾砂胶结充填体强度和管道输送特性要求。结合司家营南区铁矿全尾砂充填材料和新型充填胶凝材料,采用正交试验、优化模型和验证试验,进行了萘系和氨基磺酸减水剂等外加剂对充填胶凝材料性能的影响研究。研究结果表明,在全尾砂新型充填胶凝材料中添加0.3%的氨基磺酸盐减水剂效果最好、性价比最高,从而为司家营南区铁矿充填使用全尾砂新型充填材料提供了理论基础。

Artificial intelligence model for studying unconfined compressive performance of fiber-reinforced cemented paste backfill

To reduce the difficulty of obtaining the unconfined compressive strength(UCS) value of fiber-reinforced cemented paste backfill(CPB) and analyze the comprehensive impact of conventional and fiber variables on the compressive property, a new artificial intelligence model was proposed by combining a newly invented meta-heuristics algorithm(salp swarm algorithm, SSA) and extreme learning machine(ELM) technology. Aiming to test the reliability of that model, 720 UCS tests with different cement-to-tailing mass ratio, solid mass concentration, fiber content, fiber length, and curing time were carried out, and a strength evaluation database was collected. The obtained results show that the optimized SSA-ELM model can accurately predict the uniaxial compressive strength of the fiber-reinforced CPB, and the model performance of SSA-ELM model is better than ANN, SVR and ELM models. Variable sensitivity analysis indicates that fiber content and fiber length have a significant effect on the UCS of fiber-reinforced CPB.