胶结充填体早期损伤对后期力学性能的影响

目的为了探明胶结充填体早期损伤对后期承载性能的影响,方法通过开展早期受损充填体经养护一定龄期后的单轴压缩试验,以损伤龄期和压损程度为变量,以受损充填体的后期变形特性、抗压强度、弹性模量为后期力学性能评价指标,分析充填体损伤龄期和压损程度对其后期力学性能的影响规律。结果结果表明:在同一损伤龄期下,充填体在80%压损下后期峰值应力及残余应力最低;压损程度对龄期3,7 d的充填体后期变形特性影响较小,对龄期14,21 d的充填体后期变形特性弱化作用较大;80%以下的压损程度对龄期3,7 d充填体后期抗压强度影响较小,各个压损程度对龄期14,21 d充填体后期抗压强度影响较大,压损程度越大,后期抗压强度越低;各龄期充填体后期弹性模量均随压损程度的增大而增大。养护龄期14 d之后的充填体受损后对其后期力学性能影响显著,且不同压损程度对龄期14 d之后的充填体后期力学影响显著。结论研究结果可为上向水平充填采矿方法中充填质量的控制提供理论指导。

破碎采场跨度数值模拟优化研究及工程应用

为保障破碎矿体采场稳定,减少矿石损失和贫化,实现安全高效开采,以某铁矿破碎采场为背景,利用FLAC3D分析不同宽度采场的稳定性,确定合理的采场结构参数。通过计算和分析不同宽度的矿房在开采过程中顶板和侧帮的应力、位移和塑性破坏区变化特征,得出不同结构参数采场的稳定情况。结果表明,当采场宽度超过14 m时,顶板的应力和位移都较大,采场的稳定性变差;随着采场宽度的增大,侧帮的应力和位移变化范围逐渐减小,有利于采场的稳定;当采场宽度大于12 m时,两帮容易发生剪切滑移破坏,采场的稳定性变差。因此,建议采场宽度选择为10~12 m。工程实践表明,优化选择的采场结构参数合理。

阶段空场嗣后充填采矿法采场长度优化及工程应用

为优化某铁矿阶段空场嗣后充填采矿法的采场长度,提高矿山安全生产水平和生产效率,采用FLAC3D构建了采场数值模型,分析不同开挖步骤下,矿房顶板和侧帮的应力、位移、塑性破坏区变化对矿房稳定性的影响,并对采场的结构参数进行优化。研究结果表明,在巷道未支护的情况下,当开挖长度达到36 m时,顶板最大拉应力超过该区域矿石的抗拉强度,侧帮最大拉应力值超过该区域矿石的抗拉强度,顶板拉伸剪切破坏塑性区逐渐增大,且有贯通趋势,此时采场的顶板和侧帮均逐渐失去稳定。因此,在考虑经济效益和巷道未进行支护的情况下,建议采场长度不宜超过36 m。

基于场应变的充填体与围岩组合模型循环加卸载试验研究

为模拟研究充填采场围岩破裂演变机理,设计了充填体与围岩组合模型,采用RLW-3000微机控制剪切蠕变试验机对不同种类岩石模型试样进行了不同侧压力条件下的循环加卸载试验;通过VIC-3D非接触全场应变系统同步监测模型试样损伤破坏过程,基于试验过程中应变场的演变,对组合模型破裂机理进行了分析。研究表明:充填体能够增强围岩的完整性及强度;组合模型的破裂经历了一个扩容的过程;不同侧压下循环加卸载应力-应变曲线形成多塑性滞回环,岩性越软滞回现象越显著;应变场在低循环荷载时近似均匀场,高荷载时在加载非均匀场与卸载均匀场之间变换,渐呈应变局部化特征;张拉应变区首先出现在强度比较低的充填体区域,并随荷载增大逐渐向两侧的围岩移动,充填体与围岩变形具有时空非同步性与破坏形式差异;不同种类围岩破坏形式不同,强度较低的呈剪切破坏,强度较高的则为拉伸破坏。结果表明场应变演变可较好地表征充填采场围岩破裂过程。

胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制研究

为探究胶结充填体早期损伤对后期力学性能影响机制,将龄期3,7,14,21 d的充填体施加4种不同程度的静载损伤,养护28 d后开展单轴压缩试验、超声波测试、电镜微观结构扫描,从宏–细–微三个尺度探讨充填体早期损伤对后期力学性能影响机制。结果表明:损伤对龄期3和7 d充填体后期抗压强度影响较小,在一定压损条件下充填体后期抗压强度上升,对龄期14和21 d充填体后期抗压强度均产生弱化作用,对各个龄期充填体后期弹性变形能力起到强化作用;基于波速变化建立损伤程度与充填体力学特性之间的定量关系,发现损伤龄期3和7 d充填体存在损伤阈值和修复阈值;随着损伤程度的增大,充填体内部结构由数量较多的细小裂隙逐渐扩大为单一裂隙,裂隙断面处的连接物质主要为水化产物C-S-H网状凝胶;龄期3和7 d充填体内部存在大量未完全水化的水泥颗粒,养护后期产生的凝胶产物足以填充大部分损伤裂隙,故损伤对其后期抗压强度影响较小,而龄期14和21 d充填体未完全水化的水泥颗粒减少,后期产生的凝胶产物不足以填充损伤裂隙,内部结构颗粒之间联系较差,故损伤对其后期抗压强度弱化作用显著。研究结果可为矿山充填体工作提供指导意义。

冲击载荷作用下磁铁矿石破碎能耗特征

为掌握冲击作用下磁铁矿石破碎能耗特征,采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,设计不同冲击气压对磁铁矿石试件进行冲击压缩试验,分析试验中磁铁矿石破碎能耗特征。结果表明,试验中能量形式及分布规律为:透射能>吸收能>反射能;磁铁矿石吸能效率随着入射能的增加呈先增加后稳定的变化趋势,其最大值为39.5%;除吸收能之外,当入射能小于180 J时,随着入射能的增加,透射能占总入射能的百分比逐渐减小,反射能占总入射能的百分比逐渐增大但增长率较小,能量主要以透射形式耗散,当入射能大于180 J时,随着入射能的增加,透射能和反射能分别占总入射能的百分比基本不变,能量主要以透射和反射的形式耗散;试件破碎形态随入射能的增加分别呈柱状、柱状与针状混合、细小针状、碎屑粉末,当入射能为180 J时,碎块平均粒径为15~18 mm;磁铁矿石试件破碎耗能密度随入射能的增加呈线性增长,破碎耗能密度越大,试件破碎程度越剧烈,碎块平均粒径随破碎耗能密度增大而逐渐减小。

一维动静组合加载下磁铁矿石力学特性及破碎特征试验研究

以改善矿石破碎效率和能耗为目的,采用改进的霍普金森压杆(SHPB)试验装置,开展一维动静组合加载下磁铁矿石力学特性及破碎特征试验研究,分析轴压比与冲击速度对磁铁矿石破碎效果与能量利用率的影响。结果表明:冲击速度主要影响磁铁矿石在动态冲击作用下的抗冲击性能和破碎程度,在轴压比一定时,随着冲击速度的增大,试样破碎块度越小、加载轴压的影响作用越显著、累积应变越大,且轴压比越大累积应变的增幅越大;轴压比主要影响磁铁矿石在动态冲击载荷作用前其内部结构的损伤程度和冲击载荷的能量利用率,随着轴压比的增大试样的动态抗压强度存在一个最大值;一维动静组合加载下磁铁矿石破碎效果和能量利用率受轴压比和冲击速度双重控制,“低轴压+高速度”增强了磁铁矿石的抗冲击性能;“高轴压+低速度”的压剪作用效果不显著、破碎效果差;“高轴压+高速度”使试样破碎成大量岩屑粉末,破碎效果好但能量利用率低。因此,在利用“挤压+冲击”破岩方式破碎磁铁矿石时,应在明确破碎块度要求的前提下,综合考虑轴压比和冲击速度的组合作用,提出轴压比和冲击速度的最佳组合,以提高磁铁矿石破碎效果和能量利用率。

不同养护龄期下胶结充填体多尺度力学特性研究

为多尺度探究养护龄期对充填体力学特性的影响,对不同龄期充填体开展了超声波测试、单轴压缩试验、电镜SEM微观结构扫描,从宏—细—微观三个尺度分析养护龄期对充填体力学特性的影响。研究结果表明:养护龄期越长,充填体应力-应变曲线越陡,峰值应力越大,残余应力越大;充填体的波速、弹性模量、抗压强度随龄期的延长逐渐增大,增长速率逐渐减小;充填体的抗压强度、弹性模量与波速具有良好的指数相关性,二者的增长速度随波速的增大而增大;随着养护龄期的延长,充填体内部Ca(OH)2晶体尺寸变小,钙矾石的形态由细长针状演化为短粗柱状,水化产物C—S—H网状凝胶数量明显增多,孔隙数量和孔隙率减少,结构致密性增加,充填体抗压强度提高。