混合尾砂料浆配比优化及其强度特性试验研究

为了获得满足强度要求的充填料浆配比,对不同料浆配比的充填体强度影响特性进行研究。首先,采用Talbol理论对球磨尾砂、溢流尾砂与粗砂进行级配分析,得到混合尾砂最佳级配范围。然后,进行了料浆配比强度试验,探讨了尾砂级配、固结剂掺量和质量浓度对充填体单轴抗压强度的影响,建立强度增长规律模型,发现不同质量浓度与尾砂级配下的充填体抗压强度遵循指数增长规律,随着粗砂掺量的增加,整体强度呈现先增大然后减小的趋势。其次采用响应面法试验设计,建立了以强度为响应值的回归模型,分析了固结剂掺量、质量浓度和尾砂级配单一或交互作用对充填体强度的影响规律,结果表明:单因素在不同龄期下对充填体强度影响显著,显著性大小的顺序为:固结剂掺量(x_(1))>质量浓度(x_(2))>尾砂级配(x_(3));固结剂掺量与尾砂级配交互作用下对充填体强度影响显著。最后,利用RSM对料浆配比进行优化,得出达到所需强度的最优料浆配比条件为:当x_(1)=7%、x_(2)=53%、 x_(3)=12%,7 d强度可达到1.09 MPa,28 d强度可达到1.725 MPa。

尾砂分形级配与胶结强度的知识库研究

采用分形理论研究了尾砂材料的级配。分析了国内外大量矿山的尾砂材料分形级配与强度试验数据,用神经网络建立了尾砂胶结强度与水泥含量、浓度、孔隙分形维数及分形维数相关率的知识库模型。考虑神经网络在训练大规模样品时易陷入局部极小,用梯度下降法与混沌优化方法相结合,使神经网络实现快速训练的同时,避免陷入局部极小。研究结果表明:尾砂孔隙分形维数减小,尾砂胶结强度增高;分维形数相关率越好,尾砂胶结强度越高。孔隙分形维数和分形维数相关率反映了尾砂粒度分布的整体信息,可用来判断尾砂级配的合理性。应用知识库模型可以根据尾砂的级配特性,预测不同水泥含量、不同浓度下的尾砂胶结充填体强度,指导矿山充填设计。

尾砂级配的混沌优化

采用分形理论研究分级尾砂的级配。计算国内外大量矿山尾砂材料的分形参数,研究尾砂的分形级配与其胶结强度的关系。采用神经网络建立尾砂胶结强度与水泥质量分数、料浆浓度、尾砂颗粒分维数、孔隙分维数及分维数相关率的知识库模型。研究结果表明,尾砂胶结强度与其分形级配相关;随着尾砂颗粒间孔隙分维数减小,充填体强度增高;尾砂分维数相关率越大,充填体强度越大。用所建立的神经网络知识库模型,利用Logistic迭代方程的混沌遍历特性,采用混沌优化方法研究使充填体达到最佳强度的选矿尾砂最优分级。根据采场脱水工艺,应用该方法,获得安庆铜矿选矿尾砂的最佳级配参数。工程应用结果显示,该方法年增加尾砂用量2.87万t,胶结充填体强度提高8%,为矿山年节约充填成本55.8万元。

不同物料配比充填料浆流变性的体积浓度效应

充填料浆中固体体积浓度与其临界体积浓度的比值(简称体积浓度比)是决定料浆流变性的重要指标,充填料浆的物料尺度、浓度、配比是影响料浆流变特性的重要因素。通过全面实验法,研究了不同的尾砂配比、砂灰比与质量分数对充填料浆流变性的影响,获取了不同物料情况下的临界体积浓度,分析了充填料浆流变性与体积浓度比的定量关系。研究表明,稳态流动下充填料浆的动态屈服应力与塑性黏度随质量分数的增大而增大,随砂灰比的增大而减小,同时在高质量分数下,尾砂配比和砂灰比的交互作用较强,充填料浆动态屈服应力与塑性黏度的波动性较大,且波动性随着砂灰比的增大而增强;进而通过将充填料浆固体体积浓度归一化为体积浓度比,充填料浆的动态屈服应力与体积浓度比呈幂函数的量化关系,而塑性黏度由于固结剂水化引起的应力传导减弱导致其与体积浓度比没有良好的量化关系,刚性尾砂颗粒的应力传导是造成料浆流变特性体积浓度效应的重要原因。

水砂充填的合理尾砂级配选择的试验研究

目前,采用全尾砂充填脱水速度慢,且容易堵塞渗透管等不利原因,在矿山充填往往采用分级尾砂。由于分级尾砂的渗透性对脱水速度等性能有直接的影响,因此从理论分析了尾砂的级配与渗透率的关系,并通过试验得到了对矿山较为有利的尾砂级配作为充填料。

新型胶凝结构下全尾砂充填体配比决策模型

为改进全尾砂胶结充填体配比决策思路,选用新型胶凝材料制备试块,完成力学试验并进行理论分析。设置6组梯度配比全尾砂胶结充填体试块进行单轴压缩,依据试验力学参数及应力-应变关系曲线,建立全尾砂胶结充填体非线性强度模型。基于充填体配比及充填体压缩比能的关联,依据采场充填体与围岩能量匹配原则,建立全尾砂胶结充填体强度配比决策模型。实例验证表明,模型深度关联岩体参数及埋深,且与现场应用及客观规律相吻合,能便捷实现充填体配比的精细决策。

湖南周源山煤矿采空区群钻井与充填施工工艺

矿产资源开发利用过程中产生了煤矸石、废石、尾砂等,大量矿山废料堆放于地表,容易诱发泥石流、尾矿溃坝事故。同时矿床开采产生的地下大量采空区,容易诱发塌陷、矿震、滑坡、矿井突水等地质灾害。采空区群失稳成了煤矿安全生产的主要危险源之一。结合一工程实践,对矿区地质特征及岩层的可钻性进行了分析和研究,探讨了煤矿采空区群的钻井成孔和充填施工的工艺技术方法;通过室内试验,获得了尾砂充填系统尾砂膏体的配比。采用信息化技术方法,建立了煤矿井下巷道及其采空区群的三维矢量化、可视化模型,对钻进成孔工程实践具有指导意义。

高浓度水泥-尾砂充填料浆沉降性能试验研究

对不同配比的高浓度水泥金级配尾砂充填料浆进行自然沉降试验，分析相关因素对沉降特性的影响。结果表明。水泥含量对充填料浆沉降性能的影响较大。在特定范围内，质量浓度对沉降速度的影响小于水泥含量的影响。于料中水泥含量从0%增加到20%（即灰砂配比0～1：4）。对应试件的沉降速度逐步减小。充填料浆沉降速度越快。沉降水在总用水中所占的比率随浓度和水泥含量的增加而减小，沉降水与料浆体积比也随浓度和水泥含量的增加而减小。对于具体采场来说，若采用合理有效的脱排水设施将泌出的沉降水及时排出，则能够对料浆凝结硬化起到帮助作用。

块石尾砂胶结充填体割线模量特征分析

为了研究块石尾砂配比对块石尾砂胶结充填体割线模量的影响,制备了不同块石尾砂配比的充填体试件,分析试验中块石尾砂胶结充填体割线模量的特征。结果表明随着块石尾砂配比的提高,充填体割线模量呈现出先增大后减小的趋势,当块石尾砂配比为7∶3时,块石尾砂胶结充填体的割线模量达到最高。之后,随着块石尾砂配比的继续增加,充填体的割线模量开始减小。当块石尾砂配比小于7∶3时,分析得出割线模量增强因子与块石尾砂配比之间呈现指数型函数的关系。

基于Horsfield填充理论的深锥底流浓度预测

尾砂级配和深锥底流浓度间的关系尚未有明确界定,适用于深锥浓密的尾砂级配范围仍缺乏理论依据。为解决上述问题,引入Horsfield填充理论,以方差表示各组尾砂与Horsfield模型的偏离程度。方差越小,该组尾砂级配与模型越为相近,理论上能达到的底流浓度越大。配置了四组级配不同的尾砂,对其进行了深锥动态浓密实验,实验结果与预测结果一致。

某矿不同级配尾砂高浓度料浆流变特性研究及优化

充填料浆的流动性是实现尾砂高浓度胶结充填的基础,而尾砂级配则是影响料浆流变特性的重要因素之一。为了探究尾砂级配与料浆流变特性的关系,首先对人工配制的不同级配尾砂进行粒径分析,并得到相应的特征粒径;开展了不同级配尾砂的流变特性试验,分别从直观和微观角度研究了级配对料浆流变特性的影响规律及其机理,并对其进行优化。结果表明:该矿不同级配尾砂料浆的流变特性符合Bingham模型,料浆中细砂掺量与料浆的屈服应力和塑性黏度存在指数增长关系,其最佳配比为-74μm占比40%。根据试验结果进行了充填工艺的技术改造,优化实际充填的尾砂级配,实现了安全高效开采。