矿用尾砂固结粉在铁矿山全尾砂现场充填试验研究

为了分析和评价新型充填胶凝材料尾砂固结粉(简称矿尾粉)替代水泥用于铁矿全尾砂胶结充填法采矿的可行性与性价比,开展了矿尾粉的现场试验,测试了不同配比和浓度条件下的矿尾粉全尾砂充填体的单轴抗压强度,并与水泥和胶固粉胶凝材料进行了对比分析。结果表明:矿尾粉胶凝材料强度高、成本低、性价比高,替代水泥用于铁矿充填法采矿,不仅能大大降低充填采矿成本,而且还能实现铁矿全尾砂充填,为贫铁矿床的充填法采矿奠定基础。

新型胶凝材料对全尾砂固结堆体稳定性的影响

通过实验室正交试验、数值模拟等方法,对全尾砂固结排放过程中掺入的新型胶凝材料T.C的合理配比及其对堆体稳定性影响进行研究。以矿渣、石灰、石膏、硫铝水泥、孰料作为胶凝材料的原材料,通过正交试验得到各因素对固结体强度的影响大小依次为矿渣、石灰、硫铝水泥、石膏,并得到全尾砂新型胶凝材料T.C的最佳配比:矿渣∶石灰∶石膏∶硫铝水泥∶孰料=70∶6∶10∶4∶10。借助全面试验,对比普通硅酸盐水泥(P.O.42.5)、矿渣水泥(P.S.32.5)以及新型全尾砂胶凝材料T.C作用下固结体强度变化趋势,发现无论是早期强度还是后期强度,新型全尾砂胶凝材料T.C的固结效果要明显优于普通硅酸盐水泥与矿渣水泥。基于强度折减法并借助FLAC3D对堆体的稳定性进行分析,从而建议堆体的高度应小于50 m、堆排角小于60°、料浆浓度取76%~78%、灰砂比为1∶12~1∶9。

大掺量矿渣全尾砂固结剂早强性能与机理研究

为测试大掺量矿渣全尾砂固结剂的早强性能和探究其早强机理,以矿渣水泥为对照,设计实施了胶砂实验和胶凝材料净浆实验,进行了单轴抗压强度测试、扫描电镜和X射线衍射分析。结果表明:全尾砂固结剂比矿渣水泥具有更高的早强性能;与矿渣水泥相比,以全尾砂固结剂制备的试块内存在更多的钙矾石、硅铝酸钙和水合硅酸钙凝胶;全尾砂固结剂配制的料浆中相对较高的碱环境、硫酸根的存在提高了矿渣的火山灰活性是全尾砂固结剂具有早强性能的主要原因。

新型尾砂固结材料在海沟矿业公司的推广应用

充填采矿法适用于开采矿岩稳固性差的贵金属矿床,也是提高资源回采率最有效的方法之一。充填材料对充填采矿法的应用起着举足轻重的作用。针对海沟金矿采矿方法应用中存在的问题,重点介绍了上向水平分层充填采矿法新型尾砂固结材料的应用,应用结果表明:与原高水速凝尾砂胶结充填相比,采场充填能力提高近3倍,固结材料节省近一半,不仅改善了采场作业条件,还提高了资源回采率。

胶结剂对全尾砂固结材料孔隙结构的影响

通过掺入一定比例粉煤灰和矿渣代替水泥,用AutoPoreⅣ9500型全自动压汞测孔仪测量不同胶结剂、不同龄期的全尾砂固结材料孔结构,表征胶结剂的胶结性能。结果表明,15%掺量的矿渣的孔结构参数比15%掺量的粉煤灰的孔结构参数更优。水泥、矿渣、粉煤灰三者水化活性活依次降低。随着养护龄期的增加,三种全尾砂试块的孔隙率、平均孔径、孔隙量均减小,分形维数、孔总面积均增大,抗压强度增加。工业试验验证,掺入一定量矿渣与粉煤灰的胶凝剂对水泥的可替代性,且具有成本优势。

全尾砂固结排放料浆流变特性实验研究

采用全尾砂固结剂TC-Ⅰ,通过全面试验、数据拟合、多元回归分析和理论计算等方法,对李楼铁矿未分级全尾砂固结排放料浆的流变特性及其影响因素进行了研究。结果表明,砂浆的剪切应力随着剪切速率增加而增大,呈线性相关;表观黏度随着剪切速率增加而减小,呈乘幂相关;测试范围内全尾砂固结排放料浆近似于宾汉塑性体模型,在管路输送中呈层流流态;浓度对全尾砂料浆的流变特性影响显著,灰砂比次之;同一灰砂比条件下,砂浆的屈服应力和黏度均随着浓度增加而增大;同一浓度条件下,灰砂比对砂浆的屈服应力和黏度影响不大;确定了适宜的砂浆浓度范围为76%~78%;建立了砂浆屈服应力、黏度关于浓度和灰砂比的回归模型。

不同加载速率下全尾砂固结体抗拉力学特性研究

利用全尾砂对矿山地表塌陷坑进行固结回填是解决尾矿堆存与地表塌陷两大矿山灾害行之有效的方法之一,如何保证回采过程中塌陷坑全尾砂固结体的稳定性至关重要。塌陷坑全尾砂固结体在回采过程中主要受到拉破坏,且与回采速率直接相关。基于此,本文选取程潮铁矿尾矿库尾砂,制作了不同配比(1∶4、1∶6、1∶8)和不同浓度(68%、72%、76%)的全尾砂固结体试样,开展了5种不同加载速率(0.01、0.02、0.05、0.1、0.2 k N/s)下的全尾砂固结体抗拉力学试验研究,探讨了不同加载速率下全尾砂固结体抗拉力学特性,揭示加载速率对全尾砂固结体抗拉破坏的影响机理。研究结果表明:固结体抗拉强度存在明显的加载速率效应,低浓度低配比的固结体抗拉强度受加载速率影响较大;固结体抗拉强度存在双临界加载速率现象,第一临界加载速率为0.05 k N/s,第二临界加载速率为0.1k N/s;低于第一临界加载速率时,加载速率对固结体原始孔隙存在压密效应,随着加载速率变大压密效应逐渐减弱,到第一临界加载速率时,压密效应消失,固结体抗拉强度最低,宏观裂纹最多,破坏最明显,最终耗弹比最大;高于第一临界加载速率时,加载速率对固结体孔隙发育存在抑制效应,随着加载速率变大抑制效应先增大后趋于稳定,达到第二临界加载速率时,固结体抗拉强度最大,宏观裂纹最少,峰值耗弹比最小。

冻融循环对全尾砂固结体强度的影响

为探究冻融循环对全尾砂固结体强度的影响,以不同冻结温度下的固结体为研究对象,采用冻融循环、单轴压缩和扫描电镜(SEM)等试验方法,研究了不同养护龄期及冻结温度下的固结体强度变化规律,分析了不同冻融循环次数及冻结温度下固结体内部水化产物及微观结构特征演化规律。结果表明:同一冻结温度、不同养护龄期下,固结体强度随冻融次数增加呈先增加后减少的趋势,基本遵循二次幂函数的定量关系;同一养护龄期、不同冻结温度下,固结体强度随冻结温度的降低呈下降趋势;相同冻结温度和养护龄期下,随冻融次数增加,固结体内部结构呈稀疏→致密→松散的发展趋势;相同养护龄期和冻融循环次数下,冻结温度越低,C-S-H凝胶和晶体状的钙矾石(AFt)等水化产物的生成量越少,固结体内部结构越稀疏、松散。

击实对全尾砂固结体强度及渗透性影响

为了解决全尾砂固结体地面排放时堆排体稳定性的问题,提出通过击实来增大全尾砂固结体的稳定性。通过室内击实试验、无侧限抗压强度试验、常水头渗透试验和扫描电镜试验,研究了击实对全尾砂固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响以及微观层面上击实对固结体内部结构变化的影响。得到了不同击实功下的全尾砂固结体的最大干密度和最优含水率,并以此为基础研究了击实功(598.2 kJ/m^(3)、1074.7 kJ/m^(3)、1535.3 kJ/m^(3)和2149.4kJ/m^(3))、干密度、含水率和养护龄期对固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响。结果表明,无侧限抗压强度随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大,随含水率的增加而减小;渗透系数随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大。对固结体进行击实可以减少固结体内部结构的孔隙并提升固结体结构的密实度,从而提高了固结体的强度和抗渗性能。表明在全尾砂固结排放中,可以通过击实的手段提高全尾砂固结体的强度和抗渗性,进而提高全尾砂固结体的稳定性。

焦家金矿尾砂固结材料充填体的力学特性研究

通过试验对新型尾砂固结胶凝材料的充填料浆及充填体强度进行了研究。研究证明,新型胶凝材料具有可调范围大、可泵性好;充填体强度发展快、早期强度高;充填体具有强度再生性能;充填体在受压破坏时表现出很强的塑性等特点尾砂固结充填体的抗剪强度介于抗压强度与抗拉强度之间,它随着破坏面上的正应力σ_n的变化而变化..通过研究与实际应用表明,新型尾砂固结材料是井下充填较为理想的胶凝材料。

全尾砂固结体扬尘性能测试试验

以北洺河铁矿为背景开展塌陷区全尾砂固结堆排项目,为验证全尾砂固结体在运输过程中和堆存在塌陷区时全尾砂固结体扬尘的情况,通过模拟试验在自制扬尘测试装置中测试全尾砂固结体扬尘的性能。试验设计了2种料浆质量浓度、4种水泥添加量,2种养护龄期的尾砂固结试块,将其破碎后在自制的试验装置内进行扬尘性能测试。试验结果表明:全尾砂添加少量水泥固结后扬尘程度明显降低,测试的PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度值远低于工业场所环境质量标准要求,将全尾砂固结后堆存在塌陷区,从环保角度具有可行性。

干湿循环作用下全尾砂固结体的损伤机理

为探究干湿循环过程对全尾砂固结体力学性质的损伤作用,系统研究了干湿循环作用对全尾砂固结体单轴抗压强度的劣化规律,并结合压汞仪、扫描电镜和热重分析装置等测试仪器分析了干湿循环作用对全尾砂固结体的损伤机理。结果表明:养护3 d的全尾砂固结体在干湿循环作用下单轴抗压强度呈先上升后降低趋势,在干湿循环初期,固结体内部生成更多的水化产物,孔隙减少,整体结构更加致密;随干湿循环的继续进行,固结体逐渐破坏。养护28 d的固结体强度随干湿循环次数的增加逐渐降低,水泥含量越高,固结体强度的降幅越低;未经干湿循环的试件内部孔隙少,水化产物层状叠加;在干湿循环作用下,水化产物之间的连接逐渐破坏,孔隙率由35.75%增加至39.08%,且大孔占比大幅度上升。干湿循环作用引起的颗粒胀缩和水侵蚀导致固结体内部出现更多孔隙,部分孔隙联通形成大孔,水化产物减少,从而使固结体内部结构变得松散破碎,这是导致固结体损伤的主要原因。

干湿循环对全尾砂固结体强度的影响研究

为研究干湿循环条件下全尾砂固结体单轴抗压强度的变化规律,选取不同水泥掺量的固结体为研究对象,进行干湿循环处理后的宏观强度与微观结构检测试验,探讨了胶凝材料掺量与养护时间对固结体强度的影响,并对经历不同干湿循环次数及胶凝材料掺量下固结体微观结构变化规律进行分析。结果表明:养护3 d与7 d的固结体试件,随干湿循环作用的持续进行,强度呈先增加、后降低趋势;养护28 d固结体试件强度呈逐渐下降趋势。不同养护龄期下,水泥掺量越大,固结体干湿循环后强度衰减越低。随干湿循环作用的继续进行,固结体微观结构呈先密实、后稀疏松散趋势。

新型尾砂固结剂在矿山的应用

高采矿充填成本是影响我国矿山采矿单耗的一大因素。本文介绍了新型尾砂固结材料替代水泥在矿山胶结充填的应用。在充填体强度相同的条件下,尾砂固结剂的使用量只需普通水泥的1/2或更少。尾砂固结剂的充填工艺与矿山普遍使用的水泥胶结充填系统相同。在满足矿山对充填体强度要求的情况下,可降低充填成本,具有明显的经济效益。

生产实践中影响全尾砂固结排放产量的因素

全尾砂固结排放作为国内首创的尾砂处理技术,它比传统的尾砂排放方式更加安全、环保,它所产生的社会效益是巨大的。全尾砂固结排放的产量直接影响着全尾砂固结排放治理塌陷区的可行性及推广价值,本文从实际生产中研究影响其产量的因素。

对莱芜铁矿尾砂固结充填采矿法的探讨

根据莱芜铁矿的开采技术条件和地理环境，需采用分段尾砂固结充填采矿法。由于采用的是“高水速凝固化材料”，使充填固结体中３５％是结晶水，解决了铁矿山尾砂量不足的矛盾，降低了充填成本，收到了良好的经济效益。与分段空场法相比，分段尾砂固结充填采矿法可提高回采率１５％，降低贫化率５％。

塌陷区尾砂固结排放环境影响模型构建及应用

为反映尾矿处理工程对自然环境修复和破坏正负两方面的影响,采用二级模糊综合评价,以层次分析法确定评价指标权重,建立了环境影响评价模型。运用该模型对西石门铁矿北区塌陷区尾砂固结干式排放方案进行了环境影响评价,评价结果为该工程对环境有中度修复作用。

尾砂固结排放管道输送砂浆流变特性研究

尾砂固结排放工艺中管道输送环节,砂浆的流变特性是决定输送能力的关键因素。为了研究砂浆的流变特性,试验以吴集-李楼铁矿全尾砂、水泥与新型胶凝材料为试验材料,采取正交试验与对比试验设计方法。试验结果采用极差分析、方差分析和回归分析方法进行分析,结果表明:浓度、灰砂比与胶凝材料3种因素,对砂浆流变特性的影响顺序为:浓度>灰砂比>胶凝材料,且新型胶凝材料的流变特性优于矿渣水泥,确定了管道减阻输送中砂浆浓度和灰砂比的范围,从而为工程实践提供了理论指导。

冻融循环对全尾砂固结体力学性能影响及无损检测研究

尾砂固结排放能有效解决尾砂的处置问题,然而固结后的尾砂堆体多处于地表,其性能受自然环境影响较大.我国北方地区存在广泛的冻融循环现象,冻融作用会影响固结体的强度和声电特性,为探究冻融循环条件下全尾砂固结体损伤状态和机制,以李楼铁矿全尾砂固结体为研究对象,对经历不同冻融循环次数的全尾砂固结体试样进行无侧限抗压强度试验、扫描电镜(SEM)试验、电阻率试验和超声波波速试验,借助Matlab软件二值化数字图像处理技术对试样的表面裂隙进行定量分析,并利用电阻率和超声波检测技术对固结体试样冻融循环损伤进行联合检测.结果表明:随冻融循环次数的增加,固结体的无侧限抗压强度呈指数型减小趋势,冻融循环早期(0~5次)固结体的强度减少量最多;冻融循环对固结体的损伤是逐渐累积的过程,全尾砂固结体表观劣化特征发展过程为:微裂隙萌生→裂隙延伸发展→外表层破坏→内部结构破坏;固结体初始强度越大,表面裂纹数越少;内部微观结构由密实状态向疏松状态转变;固结体无侧限抗压强度与电阻率、超声波纵波波速呈正相关,遵循对数函数关系,建立了强度-电阻率和强度-超声波波速无损检测模型;电阻率和超声波波速能准确全面地评价冻融循环条件下全尾砂固结体的损伤状态.

冻融循环对全尾砂固结体超声波特性的影响研究

在不同养护龄期(3,7,28d)和冻融循环次数(0,5,10,15,20次)条件下,对不同灰砂比(1∶4,1∶8,1∶10)的全尾砂固结体进行了超声波特性测试,对不同影响因素下超声波特性的变化规律以及冻融循环次数和超声波速度之间的关联性进行了研究。研究结果表明:冻融循环过程中,波速和波形有明显的变化规律,振幅特征较为杂乱;灰砂比、冻融循环次数相同时,养护龄期越长的固结体超声波波速越大;养护龄期、冻融循环次数相同时,灰砂比越大的固结体超声波波速越大;养护龄期为28d时,未进行冻融循环的固结体在各灰砂比条件下超声波波速相差不大;全尾砂固结体超声波波速与冻融循环次数呈负相关,基本遵循对数函数关系,随着冻融循环次数的增加,超声波波速不断减小,且前5次减小量较大。