尾砂粒径对胶结充填体抗压强度的影响

为研究尾砂粒径对胶结充填体抗压强度的影响,以尾砂粒径、灰砂比及质量浓度为因子设计强度实验,并借助微机控制压力机、X-射线衍射仪及电子显微镜等设备,从宏观力学性能和微观结构上揭示尾砂粒径对充填体抗压强度的影响。结果表明:相同质量浓度下,从超细尾砂粒径增大到细尾砂粒径范围时,灰砂比的提高对抗压强度增量影响显著;当尾砂粒径增加到粗尾砂粒径时,降低灰砂比有助于增加粗尾砂胶结充填体抗压强度增量;相同水灰比下,细尾砂胶结充填体强度最低,增大或减小尾砂粒径,能够改善充填体抗压强度对质量浓度的敏感性。微观分析显示,由于细尾砂粒径跨度较大,部分颗粒占据了水化产物的生长空间,从而隔绝了水泥水化产物之间的相互作用,并产生弱结构面,这是导致细尾砂充填体强度最低的原因。

基于不同粒径分布尾砂的充填体强度及损伤特性研究

为探究尾砂粒径分布对充填体强度和损伤特性的影响,对超细尾砂(中值粒径D_(50)=10.1μm)、细尾砂(D_(50)=37.1μm)和粗尾砂(D_(50)=121.31μm)充填体开展单轴压缩试验、扫描电镜试验和数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)试验,分析其强度特性和微观结构特征,并基于尖点突变理论,采用小波包技术构建充填体损伤识别指标,量化分析充填体损伤特性。研究结果表明:充填体强度和弹性模量随尾砂D_(50)的增大呈先增大后减小的趋势,但随着料浆浓度的升高,尾砂粒径对充填体强度和弹性模量的影响减小;相对超细尾砂和粗尾砂充填体,细尾砂充填体粗、细颗粒结合紧密,孔隙度最低,微观结构致密性最好;定义能量变化率(energy change rate,简称ECR)突变点为试件损伤突变的阈值,用于区分试件稳定损伤阶段和加速损伤阶段,其中,超细尾砂、细尾砂和粗尾砂充填体分别在峰值应力的92.83%、92.31%和72.93%处发生损伤突变;随尾砂D_(50)的增大,充填体破坏模式由剪切破坏向张拉破坏转变,破坏时ECR由20.65%增大为28.25%,损伤破坏程度逐渐加重。研究结果为改良矿山尾砂颗粒级配,进而提高充填体强度奠定了基础。

基于静态沉降试验的全尾砂浓密技术参数预测

为了研究全尾砂浆浓密技术参数与尾砂物理性质之间的定量关系,对9个金属矿山的全尾砂进行了静态沉降试验。首先测定了这9个金属矿山全尾砂的粒径组成和密度大小,然后对这9个金属矿山的全尾砂分别进行了絮凝沉降试验。试验结果表明:料浆的底流浓度和沉降试验所需絮凝剂用量仅与尾砂的粒径有关,而与尾砂的密度无关,尾砂粒径越粗,底流浓度越高,试验所需絮凝剂用量就越少;单位面积尾砂通过量与尾砂粒径和密度均有关系,尾砂粒径和密度越大,固体通量越大;进一步回归分析得到了全尾砂粒径组成和密度大小与底流浓度、固体通量的关系方程。将计算结果与试验结果进行对比分析,发现预测值与试验值相差很小,证明本研究推导的关系方程方便可行,具有很好的推广应用价值。