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单轴压缩条件下尾砂胶结充填体损伤破坏过程的比能特征研究

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单轴压缩条件下尾砂胶结充填体损伤破坏过程的比能特征研究

作者：吴恩桥武汉科技大学

学位级别：硕士

尾砂胶结充填采矿法在我国地下矿山尤其是金属矿山的应用越来越广泛,尾砂胶结充填体的失稳威胁着矿山的安全生产,充填体的损伤破坏过程实质上是充填体在外部荷载作用下与外界进行能量转换的过程。本文以大冶铁矿为工程背景,为系统探究... 详细信息

尾砂胶结充填采矿法在我国地下矿山尤其是金属矿山的应用越来越广泛,尾砂胶结充填体的失稳威胁着矿山的安全生产,充填体的损伤破坏过程实质上是充填体在外部荷载作用下与外界进行能量转换的过程。本文以大冶铁矿为工程背景,为系统探究不同灰砂比尾砂胶结充填体单轴压缩条件下损伤破坏过程的能量变化特征,开展灰砂比为1:2,1:4,1:6,1:8和1:10的全尾砂胶结充填体单轴压缩及其声发射监测试验,得到不同灰砂比充填体的应力应变曲线及压缩过程中的声发射参数,分析不同灰砂比充填体的力学特性及声发射特征,并采用声发射参数定义损伤变量,利用该变量描述充填体的损伤状态,基于应力应变曲线计算不同灰砂比充填体的比能值,分析充填体单轴压缩过程的比能特征及其与损伤变量的关系,为矿山根据能量参数判断充填体损伤状态和选择合理灰砂比充填体提供指导。(1)通过分析试验结果,充填体单轴抗压强度和弹性模量随灰砂比减小而减小,泊松比随灰砂比减小而增大;充填体在压密阶段和屈服阶段的声发射事件较活跃,在弹性阶段的声发射事件较平静,灰砂比越低的充填体在破坏后阶段的声发射事件越活跃。(2)充填体单轴压缩条件下的损伤过程可分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤快速发展阶段及损伤破坏阶段,损伤变量在初始损伤阶段及损伤快速发展阶段增长较快,在损伤稳定发展阶段和损伤破坏阶段增长较慢。(3)充填体总比能和耗散比能随轴向应变增大而增大,弹性比能随轴向应变增大呈先增大后减小的趋势,并在充填体屈服强度处达到最大值,总比能、弹性比能和耗散比能在压密阶段增长较慢,弹性比能在弹性阶段增长较快,在屈服阶段增长较慢,耗散比能在屈服阶段及破坏后阶段增长较快;充填体达到屈服强度时,灰砂比越大的充填体对应的总比能、弹性比能及耗散比能也越大。(4)总比能与耗散比能随损伤变量增大而增大,弹性比能随损伤变量增大呈先增大后减小的趋势,灰砂比越低的充填体减小速率越小,充填体损伤状态与耗散比能关系较为密切,耗散比能与损伤变量大致呈指数函数关系,耗散比能反映了充填体的损伤状态。

关键词：尾砂胶结充填体单轴压缩声发射损伤变量比能

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尾砂胶结充填体强度差异性分析

中国金属通报 2019年第3期 180-181页

作者：李武利坚陈冲云南驰宏锌锗股份有限公司

尾砂胶结充填体强度在空区充填中至关重要,以云南某铅锌矿山尾砂胶结充填体为研究对象,对比井下原位取芯试件与实验室制备充填体的各项物理力学参数,表明不同受力环境下容重对两类充填体强度的影响较大,为降低充填成本提供理论依据。

关键词：尾砂胶结充填体充填体强度力学环境

矿山原位环境尾砂胶结充填体力学性能研究进展

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矿冶 2024年第3期33卷 317-328页

作者：郭利杰贾冲赵越马青海矿冶科技集团有限公司北京100160 北京矿冶研究总院北京100160 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心北京102628

尾砂胶结充填体养护过程受采场原位温度、压力、孔隙水压力等因素影响,导致实验室制备的尾砂胶结充填体试样与相同物料配比的采场原位充填体取芯试样的力学性能存在显著差异。精准预测尾砂胶结充填体在采场原位环境下的力学性能是确保... 详细信息

尾砂胶结充填体养护过程受采场原位温度、压力、孔隙水压力等因素影响,导致实验室制备的尾砂胶结充填体试样与相同物料配比的采场原位充填体取芯试样的力学性能存在显著差异。精准预测尾砂胶结充填体在采场原位环境下的力学性能是确保矿山充填配比参数设计合理、经济的重要前提。目前,国内外学者针对单一环境因素对尾砂胶结充填体力学性能的影响取得了丰富的研究成果,但有关多环境因素耦合下尾砂胶结充填体力学性能的定量研究并不充分。系统介绍了采场原位环境下尾砂胶结充填体力学性能的研究现状,从养护压力、养护温度、孔隙水压力和充填体养护装置四个方面介绍了国内外研究进展。首先系统梳理了养护压力、养护温度和孔隙水压力三种采场原位环境因素对尾砂胶结充填体强度影响研究。然后分析了现有充填体养护装置的优缺点。矿冶科技集团在此基础上创新发明了一种“矿山充填原位环境物理孪生试验装置”,该装置能够在室内模拟采场原位环境的温度、压力和孔隙水压力的养护条件,实现采场原位环境因素对尾砂胶结充填体力学性能影响的定量化研究。

关键词：采场原位环境尾砂胶结充填体力学性能矿山充填充填采矿法

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深部开采尾砂胶结充填体变形的混沌研究

矿山压力与顶板管理 2005年第3期22卷 94-97页

作者：刘志祥李夕兵中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

试验得出了不同配比尾砂胶结充填体最大屈服应变,对深部开采高阶段充填体变形进行了监测,用混沌理论研究了充填体稳定性。通过对监测数据重构相空间,提示了不同配比充填体变形的内在规律。根据监测数据,计算了不同配比尾砂胶结充填体变... 详细信息

试验得出了不同配比尾砂胶结充填体最大屈服应变,对深部开采高阶段充填体变形进行了监测,用混沌理论研究了充填体稳定性。通过对监测数据重构相空间,提示了不同配比充填体变形的内在规律。根据监测数据,计算了不同配比尾砂胶结充填体变形的混沌吸引子和最大Lyapunov指数,并用最大Lyapunov指数预测了充填体变形,确定了安庆铜矿深部开采高阶段矿柱合理回采周期。研究结果表明:充填体变形具有混沌特性,混沌理论能较好地反映尾砂胶结充填体的变形与破坏特征;充填体配比越低,变形的分形维数越高,最大Lyapunov指数越大。

关键词：深部开采尾砂胶结充填体混沌

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高盐卤矿山提高尾砂胶结充填体强度的研究

矿业研究与开发 2004年第Z1期24卷 170-173页

作者：饶运章王炳文熊正明侯运炳徐水太南方冶金学院江西赣州市341000中国矿业大学北京北京100083 中国矿业大学(北京)北京100083 南方冶金学院江西赣州市341000 中国矿业大学(北京)北京100083 南方冶金学院江西赣州市341000

从分子结构层次研究了盐卤成分对尾砂胶结充填体的破坏机理及粉煤灰、硅灰提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体强度的作用机理.通过正交试验,证明了掺用适量粉煤灰、硅灰,既可节约水泥、降低胶结充填成本,又能提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体的... 详细信息

从分子结构层次研究了盐卤成分对尾砂胶结充填体的破坏机理及粉煤灰、硅灰提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体强度的作用机理.通过正交试验,证明了掺用适量粉煤灰、硅灰,既可节约水泥、降低胶结充填成本,又能提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体的力学性能和耐腐蚀性,对降减和消除高盐卤矿山尾砂胶结充填体的腐蚀、膨胀、崩解及后期强度下降具有理论意义和实用价值.

关键词：高盐卤尾砂胶结充填体充填体强度粉煤灰硅灰膨胀破坏

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高盐卤矿山提高尾砂胶结充填体强度的研究

高盐卤矿山提高尾砂胶结充填体强度的研究

第八届国际充填采矿会议

作者：饶运章王炳文熊正明侯运炳徐水太南方冶金学院中国矿业大学南方冶金学院中国矿业大学南方冶金学院

从分子结构层次研究了盐卤成分对尾砂胶结充填体的破坏机理及粉煤灰、硅灰提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体强度的作用机理。通过正交试验,证明了掺用适量粉煤灰、硅灰,既可节约水泥、降低胶结充填成本,又能提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体... 详细信息

从分子结构层次研究了盐卤成分对尾砂胶结充填体的破坏机理及粉煤灰、硅灰提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体强度的作用机理。通过正交试验,证明了掺用适量粉煤灰、硅灰,既可节约水泥、降低胶结充填成本,又能提高高盐卤矿山尾砂胶结充填体的力学性能和耐腐蚀性,对降减和消除高盐卤矿山尾砂胶结充填体的腐蚀、膨胀、崩解及后期强度下降具有理论意义和实用价值。

关键词：高盐卤尾砂胶结充填体充填体强度粉煤灰硅灰膨胀破坏

来源： cnki会议评论

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混杂纤维掺量对尾砂充填体力学性能的影响

有色金属工程 2024年第3期14卷 168-176页

作者：杜朋昊张治强杨文强辽宁科技大学矿业工程学院辽宁鞍山114051 辽宁省金属矿产资源绿色开采工程研究中心辽宁鞍山114051

为了探究混杂纤维掺量对尾砂胶结充填体力学性能的增强效果,选取三种纤维材料进行坍落度、单轴压缩和SHPB冲击试验。结果表明:纤维材料对充填体流动性影响较大,纤维掺量越高时流动性越弱,其中聚丙烯纤维对流动性影响最显著;混杂纤维对... 详细信息

为了探究混杂纤维掺量对尾砂胶结充填体力学性能的增强效果,选取三种纤维材料进行坍落度、单轴压缩和SHPB冲击试验。结果表明:纤维材料对充填体流动性影响较大,纤维掺量越高时流动性越弱,其中聚丙烯纤维对流动性影响最显著;混杂纤维对充填体的动、静力学性能提高幅度均受混杂纤维掺量影响,在一定范围内随纤维掺量增高呈现先变大后减小的趋势,0.4%聚丙烯纤维对充填体早期抗压强度增幅最为显著,28 d标准养护龄期时钢纤维对充填体动、静力学性能的提高均大于另外两种纤维;总纤维掺量在1.4%~1.5%的混杂纤维对充填体动态抗压强度提高最大,提高幅度大于更高或更低纤维掺量的方案;在相同的平均应变率下,随着混杂纤维掺量增加,充填体的反射能和吸收能先减小后增大,透射能先增大后减小。适量的混杂纤维可以有效提高充填体的力学性能,有利于充填开采的安全性,同时对矿山充填体材料设计具有一定指导作用。

关键词：纤维材料尾砂胶结充填体 SHPB 力学性能

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动态冲击下龄期较短充填体的力学特性研究

黄金 2024年第1期45卷 6-11页

作者：郭陈响朱建国刘恩彦熊有为长沙有色冶金设计研究院有限公司中南大学资源与安全工程学院

充填体材料发挥支撑作用时往往会受到爆破、钻孔等外界的动态扰动,严重危害采矿安全,同时养护时间长短也会影响矿山开采效率。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究不同龄期尾砂胶结充填体的力学特性,同时使用LS-DYNA有限元软件对试样... 详细信息

充填体材料发挥支撑作用时往往会受到爆破、钻孔等外界的动态扰动,严重危害采矿安全,同时养护时间长短也会影响矿山开采效率。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究不同龄期尾砂胶结充填体的力学特性,同时使用LS-DYNA有限元软件对试样在动态冲击作用下的应力-应变特性进行数值模拟。研究表明:在动态冲击作用下,龄期28d的试样较龄期3d的试样压密阶段短,线弹性阶段长,且峰后强度下降明显,2种试样动态强度与应变率基本呈正相关关系。模拟结果表明:龄期3d的试样在靠近透射端一侧出现较大的应力集中区,产生应变并均匀的向入射端扩展;龄期28d的试样应力集中区与应变主要出现在侧面轴向,逐渐贯穿整个试样。模拟结果与高速摄影捕捉的裂纹扩展情况相符。研究结果能够为地下矿山确定合理的回采时间提供一定的理论参考。

关键词：尾砂胶结充填体动态冲击 SHPB系统力学特性数值模拟养护龄期

不同含量玻璃纤维尾砂充填体损伤规律与围岩匹配关系

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岩石力学与工程学报 2023年第1期42卷 144-153页

作者：赵康赵康奇严雅静周昀杨健伍俊江西理工大学土木与测绘工程学院江西赣州341000 生态环境部固体废物与化学品管理技术中心北京100029

为提高三门峡罗山金矿采空区充填后的稳定性,对玻璃纤维质量含量分别为0%,0.5%和0.7%的尾砂胶结充填体损伤规律进行研究。通过单轴压缩试验得到不同含量玻璃纤维尾砂胶结充填体应力-应变曲线,并根据建立的损伤本构方程,分析充填体的能... 详细信息

为提高三门峡罗山金矿采空区充填后的稳定性,对玻璃纤维质量含量分别为0%,0.5%和0.7%的尾砂胶结充填体损伤规律进行研究。通过单轴压缩试验得到不同含量玻璃纤维尾砂胶结充填体应力-应变曲线,并根据建立的损伤本构方程,分析充填体的能量耗散规律,得出其与围岩的匹配关系。研究结果表明:(1)在一定范围内,玻璃纤维的掺入提高了充填体的强度,降低了初始弹性模量。(2)掺入玻璃纤维能够降低充填体达到峰值应力时的损伤值,但随着其含量的增加,充填体损伤值达到极值的过程越缓慢。(3)得到了不同含量玻璃纤维充填体的峰值比能计算模型,进而得出充填体的峰值比能随着玻璃纤维含量的增加而增大。(4)以该矿山充填开采为背景,得到采空区埋深与充填体强度的匹配设计模型,可为矿山节约充填成本提供科学依据。

关键词：岩石力学尾砂胶结充填体玻璃纤维初始弹性模量损伤峰值比能