尾砂与废石胶结体强度特性试验研究

云南某金属矿山排土场地基中存在大量的尾矿和废石散体不易清理,造成基础稳定性较差,拟采用注浆手段加固。为了获取注浆加固的基本参数,减少施工的盲目性,在室内开展模拟加固体强度试验:对不同龄期的尾矿胶结体和不同水灰比的废石胶结体进行单轴抗压和直接剪切试验,分析尾砂和废石胶结体的破坏强度特征,同时运用非线性拟合分析,建立影响因素与强度之间关系式,为实际工程应用提供一定的参考。

不同加载速率下废石胶结充填体的力学特性及破裂特征研究

为研究不同加载速率与骨料粒径级配对废石胶结充填体的力学特性以及破裂特征变化规律;对不同骨料粒径级配的废石胶结充填体进行不同加载速率的单轴压缩试验,分析其力学特性的变化规律;并辅以声发射系统,研究废石胶结充填体内部裂纹的发展演化规律。结果表明:废石胶结充填体的单轴抗压强度与弹性模量随着加载速率的增大呈线性增长趋势;废石胶结充填体的单轴抗压强度与弹性模量随着骨料级配指数的增大呈现先增长后降低的趋势;随着骨料级配指数和加载速率的增大,试样破坏模式由张拉破坏逐渐转变为剪切破坏,破坏程度加剧,完整度降低;试样内部裂纹的发展演化总体分为压密阶段、弹性阶段、稳定扩展阶段及非稳定扩展阶段。

基于PFC的废石胶结充填体破坏规律研究

为研究不同灰砂比下废石胶结充填体的破坏规律,对其进行了单轴压缩试验。结果表明,废石胶结充填体试样的失稳方式分为张开式和剪切式;在废石胶结充填体试样的峰值前应力—应变关系上,灰砂比对发生张开式失稳的试样影响较大,而对发生剪切式失稳的试样影响较小。运用基于细观颗粒流理论的PFC程序对废石胶结充填体模型进行单轴压缩模拟。结果表明,在应力—应变关系上,模拟结果与试验结果相一致;通过模型内部废石的位移情况可以揭示不同灰砂比下废石胶结充填体的失稳规律;通过粘结力分布情况得到废石胶结充填体不同失稳方式的原因。因此,PFC可以很好地应用于充填材料的选择与优化。

连续级配废石胶结充填体强度及变形特性试验研究

采用MTS815岩石力学试验系统与自制的胶结充填体制作装置,对骨架颗粒满足Talbol级配理论的废石胶结充填体进行单轴抗压试验研究,分析了Talbol幂指数、初始孔隙度、胶结材料种类及含量对充填体强度及变形特性的影响规律。结果表明:充填体单轴抗压强度、弹性模量、变形模量均随Talbol指数n呈先增大、后减小的趋势;采用2次多项式拟合充填体单轴抗压强度与骨架颗粒Talbol指数的关系,得到了使充填体强度及变形特性达到最优的Talbol指数n=0.45。充填体单轴抗压强度基本上随其初始孔隙度的增大而减小,但当孔隙分布均匀性较差时,其试验结果具有一定差异。满足Talbol分布的充填体强度随其胶结材料胶结性能的提高而逐渐增大,其中水泥胶结充填体单轴抗压强度可以达到黏土胶结充填体的6倍以上。另外,胶结材料含量的提高同样可以增大充填体的强度,并能够相应地缩短其应力-应变曲线中的孔隙压密阶段。

不同加载速率下露天端帮胶结充填体的变形破坏试验研究

为了揭示加载速率对废石胶结充填体变形破坏特征的影响,开展了5组加载速率下废石胶结充填体的单轴压缩试验,分析其力学特性、破坏模式和能量耗散的变化。结果表明:废石胶结充填体的峰值强度和弹性模量与加载速率分别呈正线性相关和二次函数增长关系;随着加载速率的增大,充填体试样的破坏模式由张拉劈裂破坏转向剪切破坏,且加载速率越大,破坏程度也越大;结合能量演化特征,废石胶结充填体均经历压密、线弹性、裂纹稳定扩展、裂纹加速扩展和峰后应变软化衰减5个阶段;随着加载速率的增大,废石胶结充填体总应变能和弹性应变能的涨幅越来越大,耗散能的涨幅变小,弹性应变能占比增大,峰前塑性减弱。

废石胶结充填体与砂页岩合理匹配研究

废石胶结充填是实现矿山深部高效无废开采的最佳途径。为此,采用废石、水泥、黄土等集料配制7组不同配比的胶结充填体;利用RMT-150B岩石力学试验机测试其不同龄期的抗压强度;根据测试结果,建立了废石胶结充填体与围岩匹配的损伤理论模型及其能量耗散方程,将其应用于宝山矿西部2~#矿体的工业性试验采场,分析其匹配特性。研究结果表明:废石胶结充填体的损伤系数与其应变呈指数增长;废石胶结充填体的峰值应力损伤值及其应力比能随黄土含量的增加而增大,随水泥含量的增加而减少;废石胶结充填体与砂页岩的匹配系数随矿体埋深增加而增大,随围岩弹性模量增大而减小;采用D组配比的废石胶结充填体充填宝山矿工业性试验采场,在龄期为3 d时,其与砂页岩的匹配系数大于1,与砂页岩是匹配的,是该矿目前最合适的配比。

废石胶结充填体配比优化及与围岩合理匹配研究

为研究废石胶结充填体的孔隙特征和强度变化规律,对不同灰砂比和不同废石粒径比的废石胶结充填体进行了核磁共振和单轴压缩试验,基于能量释放与耗散原理,将室内废石胶结充填配比试验与贵州长田簸箕田1#矿实际开采情况相结合,分析废石胶结充填体与围岩的匹配程度。结果表明,充填体灰砂比大于1∶3时,充填体的孔径分布和孔隙度对废石粒径比不敏感,灰砂比小于1∶3时,充填体的孔径分布和孔隙度受废石粒径比作用显著;随着灰砂比的减小,充填体的单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势,废石胶结充填体灰砂比为1∶2时,其单轴抗压强度达到最高值;在相同灰砂比的充填体中,废石粒径比3∶2为最优配比。基于上述试验结果,通过充填体损伤理论对充填体的变形能进行进一步分析计算,并结合贵州长田簸箕田1#矿围岩开挖实际情况,将试验中第9组废石胶结充填体(灰砂比为1∶3,废石粒径比为3∶2)应用到该矿最合理。

含水老窿区下部开采隔水方法探讨

含水老窿区下部开采隔水方案一直未能确定,暂留1个中段做保安矿柱,给矿石的安全高效回收带来不利影响。通过调查,确定了无矿段隔水范围,无须构筑专门的隔水工程;参照国内矿山经验及有关标准,分别采用废石胶结体、保安矿柱隔水。在无水害的采场进行不同结构体隔水试验,以求得工艺简单、经济合理、安全可靠的隔水方案。