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全尾砂胶结充填体分层特性试验研究

发布日期:2020-09-14  来源:金属矿山  作者:程爱平  浏览次数:179
         在分段或阶段嗣后充填采空区中全尾砂胶结充填体的分层现象较为常见。基于此,以程潮矿所取尾砂及相关基础资料为试验基础,采用一次充填分别制作灰砂比为 1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的全尾砂胶结充填体试样,进行单轴压缩胶结充填体超声波波速监测试验,获取胶结充填体试样破坏荷载及超声波波速,探讨不同灰砂比的充填体试样超声波波速分层变化特征,结合颗粒粒级特征,揭示全尾砂胶结充填体分层机理。试验结果表明:(1)通过对不同灰砂比、不同分层测点进行对比分析,得出超声波波速变化规律为:① v(上)>v(中)>v(下),② v(1∶4)>v(1∶6)>v(1∶8)>v(1∶10);(2)结合颗粒粒级特征,表明全尾砂胶结充填体的分层变化特性是由于充填体试样内部颗粒间的排列方式及紧密程度之间的特征而导致;(3)全尾砂胶结充填体分层现象对充填体的强度影响较大,颗粒密实程度越好、颗粒排列越均匀,越能更好地对其强度进行表征。研究结果可为程潮铁矿极其类似矿山的充填生产实践提供有效指导意见。

在分段或阶段嗣后充填采空区中,由于全尾砂胶结充填体颗粒粒径的分布不均匀,在充填后出现颗粒的分层沉降以及离析现象,该现象在混合骨料充填进入采场后较为常见[1-4]。因此全尾砂胶结充填体的分层特性研究对于矿山充填生产实践具有重要的指导作用。国内外学者对全尾砂胶结充填体的研究集中在充填体的强度与变形特性。吴再海等[5]利用单轴压力机,通过室内试验分析了低温环境下不同 NaCl 含量的充填体力学特性随时间的演化特征;Wang L等[6]研究了在不同养护时间对胶结充填体强度的影响;周科平等[7]采用离心试验产生的渗透压力,通开展单轴压缩试验,研究了渗透力对充填体力学特性的影响以及随渗透压力变化的变形特性规律;谭玉叶等[8]利用 SFPB对多组胶结充填体试样进行了单次冲击以及多次循环冲击下的单轴压缩试验,探讨了充填体在不产生较大宏观破坏下的多次循环冲击的应力应变、动载强度及变形破坏特征。以上学者主要考虑加载条件对胶结充填体的强度与变形的影响,但仍缺乏对于胶结充填体内部特性的研究。程爱平等[9-10]进行了单轴压缩下胶结充填体的声发射试验,研究了胶结充填体应变率与发射特征的响应规律,结合统计损伤理论,从宏细观角度对胶结充填体空隙非线性变形特征及软化特性更好地进行了表征;王永定等[11]通过获得不同细度的渣粉,进行粒度和微观分析后研究其细度对胶结充填体强度的影响;付自国等[12]基于超细料浆微观结构,研究了充填料浆配合比设计与充填体强度间的关系。上述学者的研究主要考虑了充填体试样细观特征,但对充填工艺的研究不足。在充填工艺方面,由于颗粒粒径不同,在充填进入采场后,学者们对充填体充填进入采场后产生的分层现象也有一定的研究。张云海等[13]在冲击加载试验中利用了分离式 Hopkinson杆系统,得到了冻作用下的分层充填体的动态力学特性及其变化破规律;曹帅等[14-15]以某矿山尾砂为原料制作了不同浓度、不同填充次数的胶结充填体,研究了单轴压缩下其力学特性与破坏模式,探讨了其力学特性与充填次数之间的关系;陈国瑞等[16]采用不同配比的尾砂胶结充填体进行分层充填,探讨了不同灰砂比的层充填体破坏时端部效应机理;汪杰等[17]针对水平分层充填体,研究了其力学特性与损伤演化规律;宋卫东等[18]采用不同填充次数的分层胶结充填体,探讨了充填体的能耗机制、损伤特性与分层结构之间的关系。上述学者的研究主要集中在胶结充填体的多次充填而导致的分层,而对于一次充填产生的分层研究较少。基于此,本研究以程潮铁矿所取尾砂及相关资料为试验基础,采用一次充填分别制作灰砂比为 1∶4、1∶6、1∶8、1∶10 的全尾砂胶结充填体试样,进行单轴压缩胶结充填体超声波波速监测试验,获取胶结充填体试样破坏荷载及超声波波速,探讨不同灰砂比的充填体试样超声波波速变化特征,结合颗粒粒级特征,揭示全尾砂胶结充填体分层机理。

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