全尾砂膠結(jié)充填實(shí)驗(yàn)方案

1、1實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋敬卧囼?yàn)通過采用尾砂和水泥等作為充填骨料，測試充填試塊的固結(jié)特性、 強(qiáng)度指標(biāo)等，以檢測充填體是否滿足回采強(qiáng)度和相關(guān)工藝要求，以此確定金鑫金 礦實(shí)驗(yàn)采空區(qū)回采殘礦要求的充填材料及其控制參數(shù)等。2取樣本次試驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，主要采用的試?yàn)材料為尾砂、水泥以及水等。為了 符合實(shí)際，本次試驗(yàn)所用尾砂從金鑫金礦現(xiàn)場獲取，托運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，可 確保所得數(shù)據(jù)與礦山實(shí)際相符。具體材料包括以下幾種：（1）骨料原料：主要為選礦全尾砂。（2）膠結(jié)材料：普通32.5水泥。（3）水：采用自來水。4、主要試驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，確定本次試驗(yàn)主要內(nèi)容為：1）尾砂物理力學(xué)性質(zhì)及化學(xué)成分測定（1）測定金鑫金礦尾砂原料

2、的物理力學(xué)性能，主要包括比重、容重、含水 率、孔隙率、自然安息角和滲透系數(shù)等；（2）測定并分析尾砂的化學(xué)成分；（3）測定尾砂的粒級(jí)組成；（4）測定尾砂的壓縮系數(shù)和壓縮模量。2）充填料配比試驗(yàn)（1）尾砂添加水泥后的固結(jié)特性研究，選取至少2個(gè)不同濃度和3個(gè)不同 灰砂比的組方進(jìn)行試驗(yàn)（2）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦尾砂充所需的充填材料配比參數(shù)。4、技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)試驗(yàn)得到以下指標(biāo)和參數(shù)：（1）尾砂原料的基本物理力學(xué)參數(shù)，主要包括比重、含水率、密度、孔隙 率、休止角和滲透系數(shù)等；（2）尾砂的粒級(jí)組成；（3）各組方充填料的比重、含水率等；（4）不同養(yǎng)護(hù)齡期（7d、28d、60d）下的各組方的充填體單軸抗壓強(qiáng)度、 彈

3、性模量等；（5）充填體不同養(yǎng)護(hù)齡期（7d、28d、60d）劈裂強(qiáng)度，計(jì)算其內(nèi)摩擦角和 粘結(jié)力，并繪制莫爾應(yīng)力圓。5試驗(yàn)方法和方案本實(shí)驗(yàn)主要是在對尾砂進(jìn)行物理力學(xué)性能測定和化學(xué)成分分析的基礎(chǔ)上，選 擇不同充填配比進(jìn)行室內(nèi)充填體試塊制作，測定其養(yǎng)護(hù)期為7d、28d、60d充填 體單軸抗壓強(qiáng)度和典型試塊的7d、28d、60d劈裂強(qiáng)度，繪制摩爾圓，并求解內(nèi) 摩擦角及粘結(jié)力。在得到以上物理化學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果和強(qiáng)度試驗(yàn)等結(jié)果后，對其進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì) 分析，推薦尾砂材料充填所需的充填材料配比參數(shù)。5.1物理力學(xué)性質(zhì)測試方法（1）用比重瓶法測試比重；（2）采用小型相對密度儀測定容重；（3）依（1）、（2）結(jié)果計(jì)算孔

4、隙率；（4）采用三聯(lián)式固結(jié)儀測定固結(jié)（壓縮）性；（5）用卡敏斯基管測定滲透系數(shù)；（6）采用粗篩和比重分析聯(lián)合測定物料級(jí)配。（7）采用D=20cm的圓盤休止角儀測定干狀樣品和水下樣品兩種狀態(tài)下的 休止角。5.2化學(xué)成分測定方法金鑫金礦尾砂化學(xué)成分主要測定等。5.3充填料室內(nèi)配比試驗(yàn)本試驗(yàn)中心內(nèi)容是充填材料的強(qiáng)度試驗(yàn)，為保證試驗(yàn)工作有序、順利進(jìn)行， 特制定如下試驗(yàn)計(jì)劃：1）試驗(yàn)儀器及器材試模:;天平：；量杯及量筒：500mL、1000mL各兩只，50mL 一只20mL 一只；溫濕度表：直接讀數(shù)溫濕度表一只；RMT-150C巖石力學(xué)測試系統(tǒng)：養(yǎng)護(hù)箱；除濕機(jī)。2)試驗(yàn)配比針對金鑫金礦的實(shí)際，本次試驗(yàn)采

5、用尾砂作為充填骨料，用W表示，W組 代表水泥跟尾砂的組合。試驗(yàn)之前特制定實(shí)驗(yàn)配比安排表，如表8-1。根據(jù)安排，每組配比至少做兩 種配比，每種配比至少安排兩種濃度。需要注意的是，實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果表并不全與 實(shí)驗(yàn)配比安排表匹配，主要是在實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)具體的漿體流動(dòng)情況，篩除了 不符合管道輸送的濃度，選擇了合理的充填濃度。表8-1試驗(yàn)配比安排編號(hào) 配比質(zhì)量濃度/%抗壓劈裂塊數(shù)備注制作日期試樣制作、養(yǎng)護(hù)過程(過程拍照)(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，將所需的水泥、尾砂、水準(zhǔn)備好，將電子稱各種實(shí)驗(yàn)器材調(diào) 試到最佳狀態(tài)。(2)模具準(zhǔn)備試塊制作采用XXX標(biāo)準(zhǔn)試模，為便于拆模，事先在模具內(nèi)涂抹一層潤滑油 或機(jī)油

6、（出圖）（3）物料計(jì)量根據(jù)配比要求稱量充填物料，水泥、添加劑用小量程電子天平稱量，尾砂等 用大量程電子稱稱量，水用量杯及量筒計(jì)量（出圖）（4）制漿將稱量好的充填物料（水泥、尾砂）倒入混合容器，充分?jǐn)嚢杈鶆颍ǔ鰣D） 根據(jù)質(zhì)量濃度要求，將所需的水倒入已混合均勻的充填物料中，強(qiáng)力攪拌形成均 勻充填料漿。（5）試塊制作按照每組試驗(yàn)試塊數(shù)要求，將攪拌好的料漿注入XXXX標(biāo)準(zhǔn)試模。為保證 試塊澆注過程中，料漿不發(fā)生沉淀，采用邊攪拌、邊注模的試塊澆注方式。為消 除試塊中的氣泡，在澆注過程中邊澆注，邊搗固（出圖）（6）試塊刮平與脫模模具澆注滿后，讓其自然沉降，待初凝后（根據(jù)配比不同，所需時(shí)間可能 0.5d1d

7、），將試塊刮平，試塊初步自立后（根據(jù)配比不同，所需時(shí)間可能12d）， 進(jìn)行脫模處理（出圖）（7）試塊整理將試塊編號(hào)，整理好模具，以便進(jìn)行下一組試驗(yàn)（出圖）（8）養(yǎng)護(hù)脫模后的試塊在養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)箱溫度20G濕度90%。如果天 氣溫度較大，試驗(yàn)室內(nèi)還需要配置除濕機(jī)。4）強(qiáng)度測試試塊養(yǎng)護(hù)達(dá)到規(guī)定齡期（3d、7d、28d）后，測定其單軸抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng) 度，繪制摩爾圓，求解內(nèi)摩擦角及粘結(jié)力。（1）單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)受檢試件的抗壓強(qiáng)度采用軸心受壓形式。利用RMT-150C巖石力學(xué)測試系統(tǒng) 測定其單軸抗壓強(qiáng)度（出圖）。每齡期強(qiáng)度測試四塊，然后將得到的四個(gè)試場強(qiáng)度 值取其平均值，作為該齡期充填體的單軸

8、抗壓強(qiáng)度值。（2）劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)（查閱圓柱體試件的試驗(yàn)方案及計(jì)算公式）受檢試件的劈裂強(qiáng)度采用鋼絲軸心受壓形式，如圖所示。利用RMT-150C 巖石力學(xué)測試系統(tǒng)測定劈裂強(qiáng)度（出圖）。每齡期強(qiáng)度測試四塊，然后將得到的四 個(gè)試場強(qiáng)度值取其平均值，作為該齡期充填體的單軸抗壓強(qiáng)度值。計(jì)算公式為：5）摩爾圓與內(nèi)摩擦角及粘結(jié)力為了應(yīng)用的方便，人們依據(jù)材料強(qiáng)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對摩爾強(qiáng)度包絡(luò)線進(jìn)行各 種數(shù)學(xué)處理。大多數(shù)巖石力學(xué)工作者認(rèn)為，在應(yīng)力不大的情況下，采用直線型的 摩爾強(qiáng)度曲線是可行的。5.4主要充填料物化性能測定充填材料的物理力學(xué)性能及化學(xué)成份不僅對充填參數(shù)，如充填體強(qiáng)度、滲濾 水性能、膠凝成份離析等，有重要

9、影響，而且若其中存在有害成份，污染井下環(huán) 境，則不能用作充填料，因此準(zhǔn)確測定主要充填料物理力學(xué)性能和化學(xué)成份及其 含量，并據(jù)此對充填料做出定性分析，是本研究的首要基礎(chǔ)工作。其主要物理力學(xué)性質(zhì)測定結(jié)果列于表（出表），壓縮系數(shù)與壓縮模量匯總于表 （出表），沉降度（包括不同壓力下的單位沉降量和孔隙比）測定結(jié)果繪于（出圖） 其休止角見表（出表），粒級(jí)組成及其組成曲線分別見表（出表）和圖（出圖）5.5充填料充填性能初步評(píng)價(jià)5.5.1充填力學(xué)性能試驗(yàn)本試驗(yàn)的目的是確定水泥與尾砂在不同配比條件下作為充填材料的固結(jié)特 性、強(qiáng)度性能指標(biāo)，以此確定金鑫金礦最佳的充填材料及配比，并為充填系統(tǒng)設(shè) 計(jì)提供依據(jù)。5.5.

10、2抗壓強(qiáng)度根據(jù)制定的試驗(yàn)方案，在室內(nèi)制作試塊并測定其相應(yīng)齡期的單軸抗壓強(qiáng)度 值，結(jié)果匯總于表（出表），表中同時(shí)給出了彈性模量和屈服強(qiáng)度值。典型試塊的 應(yīng)力一應(yīng)變曲線繪于圖（出圖）。分析試驗(yàn)過程及各圖表數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：5.2.3劈裂強(qiáng)度在測定不同配比試塊單軸抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，測定了各組試塊的劈裂強(qiáng)度（出 表）。典型試塊的力應(yīng)變曲線繪于圖（出圖）。分析試驗(yàn)過程及各圖表數(shù)據(jù)可以 得出如下結(jié)論：注：何為休止角粉體的流動(dòng)性無法用單一的特性值來表達(dá)，常用休止角(angle of repose) 表示。休止角是指粉體堆積層的自由斜面與水平面所形成的最大角。休止角越小， 摩擦力越小，流動(dòng)性越好，一般認(rèn)為030度時(shí)流動(dòng)性好，OM40度時(shí)可以滿足生 產(chǎn)過程中的流動(dòng)性需求。粉體的流動(dòng)性對顆粒劑、膠囊劑、片劑等制劑的重量差 異及正常操作影響較大。休止角是指在重力場中，粉料堆積體的自由表面處于平衡的極限狀態(tài)時(shí)自由 表面與水平面之間的角度。測定休止角的方法有兩種：注入法及排出法。注入法： 將粉體從漏斗上方慢慢加入，從漏