金属矿尾矿填充物的分层非均质特征及形成机理研究

金属矿尾矿填充物的分层非均质特征及形成机理研究

尾砂充填采矿能够实现尾矿综合利用、地压安全管控、地表塌陷控制等目的,是符合国家绿色矿业要求的采矿方法。为将充填物料顺利回填入采空区,通常需以水作为载体将物料配置成料浆,使其悬浮于料浆中进行输送。输送完成后,悬浮物料受重力作用将发生沉降分层,从而引起充填体的非均质性,进而对其强度造成影响。因此,为探究充填体的非均质特征,并分析其对充填体强度的影响,从而揭示充填料浆浓度不同导致充填体强度差异的本质原因,为矿山充填实践提供参考,本文采用试验测试与理论分析相结合的方法,对尾砂充填料浆中物料沉降分层的特征与机理、尾砂充填体的非均质特征及其对充填体强度的影响进行了深入研究。开展了尾砂充填料浆泌水试验研究,测试了不同配比、龄期与物料粒级组成的充填料浆的泌水量,从而定量地分析了上述各因素对泌水造成的料浆浓度以及充填体体积含水率变化的影响。开展了充填体分层非均质特征试验研究,通过对充填体分层取样,测试了充填体各分层的尾砂粒级组成、水泥含量与孔隙特征,从而分析得到了充填体相应的分层非均质性数据。并利用测试数据,定量分析了各分层非均质性间的相关性,综合分析并揭示了浓度对充填体非均特征的影响规律。开展了不同粒级组成的尾砂浆沉降试验,结合颗粒沉降理论,测试并分析了分级尾砂、细粒径砂以及含多种粒径颗粒的混合砂的沉降特性,总结得出了尾砂充填料浆中颗粒沉降分层的机理,从而阐释了尾砂沉降分层导致充填体非均质性产生的机理。开展了充填体非均质特征对其强度影响的试验研究,通过测试尾砂胶结充填体单轴受压破坏过程的内部微细观结构变化特征,结合其各项非均质特征的测试数据,对比分析并揭示了充填体的非均质性对其强度的影响机制。最后基于研究所得相关结论,采用相似模型试验与现场原位充填体取芯相结合的方法,对安庆铜矿采场原位充填体进行了评价。

基本信息

题目金属矿尾砂充填体分层非均质特性及其形成机理研究
文献类型博士论文
作者彭啸鹏
作者单位北京科技大学
导师杨小聪,纪洪广
文献来源北京科技大学
发表年份2020
学科分类工程科技Ⅰ辑
专业分类矿业工程,矿业工程
分类号TD853.34;TD926.4
关键词尾砂充填,充填体力学,尾砂沉降,胶结充填体,充填体非均质
总页数:158
文件大小:15826K

论文目录

致谢
摘要
Abstract
1 绪论
  1.1 国内外研究现状
    1.1.1 尾砂充填的非均质性研究
    1.1.2 颗粒干扰沉降理论
    1.1.3 水泥基材料细观结构测试方法
    1.1.4 研究现状总结
  1.2 研究内容与技术路线
    1.2.1 研究目标
    1.2.2 研究内容
    1.2.3 技术路线
2 充填料浆沉降泌水及其对充填体的影响研究
  2.1 引言
  2.2 试验设计与方案
    2.2.1 试验材料
    2.2.2 测试方法
    2.2.3 试验方案
    2.2.4 试验步骤
  2.3 不同配比料浆的沉降泌水及其影响
    2.3.1 料浆配比对其泌水影响的对比分析
    2.3.2 泌水引起料浆浓度变化的对比分析
    2.3.3 泌水引起充填体体积含水率变化的对比分析
  2.4 不同尾砂粒级组成料浆的泌水及其影响
    2.4.1 尾砂粒级组成对料浆泌水影响的对比分析
    2.4.2 尾砂粒级组成对泌水后料浆浓度变化的影响分析
    2.4.3 尾砂粒级组成对泌水后充填体体积含水率变化的影响分析
  2.5 本章小结
3 充填体分层非均质特性试验研究
  3.1 引言
  3.2 充填尾砂粒径的沉降分层非均质性试验研究
    3.2.1 试验设计与方案
    3.2.2 尾砂粒级组成表征方式及测试结果
    3.2.3 充填体尾砂粒径分层非均质性分析
    3.2.4 充填体浓度对其尾砂粒径非均质性的影响
  3.3 充填体水泥分布的分层非均质性试验研究
    3.3.1 试验设计与方案
    3.3.2 测试标准曲线制定及水泥含量测试结果
    3.3.3 充填体水泥分布分层非均质性分析
    3.3.4 充填体浓度对水泥分布非均质性的影响
  3.4 充填体孔隙特征分层非均质性试验研究
    3.4.1 试验设计与方案
    3.4.2 孔隙率与孔隙孔径测试结果
    3.4.3 充填体孔隙率分层非均质性对比分析
    3.4.4 充填体浓度对其孔隙率非均质性的影响
    3.4.5 充填体孔隙孔径分布分层非均质性分析
    3.4.6 充填体浓度对孔隙孔径非均质性的影响
  3.5 本章小结
4 尾砂充填体分层非均质性综合分析
  4.1 引言
  4.2 尾砂充填体分层非均质性的相关性分析
    4.2.1 充填体体积含水率与其孔隙率的相关性分析
    4.2.2 尾砂粒径与水泥分布非均质性的相关性分析
    4.2.3 孔隙率与尾砂粒径非均质性的相关性分析
  4.3 充填体分层非均质性综合特征分析
    4.3.1 充填体分层试样细观结构特征测试
    4.3.2 低浓度充填体分层非均质性的综合分析
    4.3.3 高浓度充填体分层非均质性的综合特征
  4.4 浓度对充填体分层非均质性的综合影响
  4.5 本章小结
5 尾砂沉降试验及充填体非均质性形成机理与控制研究
  5.1 引言
  5.2 分级尾砂沉降试验研究
    5.2.1 试验设计与方案
    5.2.2 分级尾砂料浆沉降曲线及颗粒沉降速率拟合
    5.2.3 基于颗粒沉降理论的分级尾砂沉降速率分析
    5.2.4 分级尾砂沉降特性分析
  5.3 细粒径砂沉降试验研究
    5.3.1 试验设计与方案
    5.3.2 细颗粒料浆沉降曲线及颗粒沉降速率拟合
    5.3.3 细粒径颗粒沉降速率与料浆浓度的相关性分析
    5.3.4 细粒径颗粒沉降特性分析
  5.4 多粒径混合砂沉降试验研究
    5.4.1 试验设计与方案
    5.4.2 混合砂浆中颗粒分层现象与沉降速率理论分析
    5.4.3 筛分尾砂沉淀层累积曲线及沉降速率换算
    5.4.4 混合砂浆中筛分尾砂的沉降特性分析
    5.4.5 硅砂沉降曲线及沉降速率拟合
    5.4.6 混合砂浆中硅砂的沉降特性分析
  5.5 充填体分层非均质性形成机理及控制分析
    5.5.1 基于沉降特性的充填尾砂沉降分层理论
    5.5.2 尾砂沉降分层影响料浆泌水的机理分析
    5.5.3 尾砂沉降分层导致充填体非均质性的机理分析
    5.5.4 充填料浆浓度与物料粒级组成对沉降分层的影响机理分析
    5.5.5 充填体分层非均质性的控制分析
  5.6 本章小结
6 充填体分层非均质性对其强度影响研究
  6.1 引言
  6.2 试验设计与方案
    6.2.1 试验材料
    6.2.2 测试方法
    6.2.3 试验方案
    6.2.4 试验步骤
  6.3 充填体强度测试与应力加载点分析
    6.3.1 充填体试样的应力应变曲线
    6.3.2 充填体试样的破坏特征分析
    6.3.3 充填体试样内部结构测试的应力加载点选取
  6.4 充填体受压破坏过程的内部结构测试结果
    6.4.1 充填体受压破坏过程的内部结构扫描图
    6.4.2 充填体受压破坏过程的各分层平均灰度分布曲线
  6.5 分层非均质性对低浓度充填体受压破坏过程的影响
    6.5.1 低浓度充填体受压过程内部结构响应
    6.5.2 低浓度充填体破坏过程内部结构响应
  6.6 分层非均质性对高浓度充填体受压破坏过程的影响
    6.6.1 高浓度充填体受压过程内部结构响应
    6.6.2 高浓度充填体破坏过程内部结构响应
  6.7 本章小结
7 基于充填体非均质性的原位充填体综合评价
  7.1 原位充填体评价项目背景
    7.1.1 安庆铜矿开采现状
    7.1.2 项目背景
  7.2 原位充填体取样及相似模型实验方案
    7.2.1 取样采场选取
    7.2.2 原位取样方案设计
    7.2.3 相似模型实验方案
  7.3 充填体原位取样与相似模型实验的测试结果
    7.3.1 相似模型实验的水泥含量测试结果
    7.3.2 相似模型实验的物料粒级组成测试结果
    7.3.3 相似模型实验充填体强度测试结果
    7.3.4 原位充填体强度测试结果
  7.4 基于充填体非均质性的原位充填体评价
    7.4.1 相似模型实验充填体非均质性分析
    7.4.2 充填体强度与非均质性的相关性分析
    7.4.3 原位充填体评价
  7.5 本章小结
8 结论
  8.1 主要结论
  8.2 创新点
  8.3 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果

参考文献

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