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温度效应下胶结充填体动态强度及能量演化特征
1
作者 吴琼 郭进平 +4 位作者 王小林 张超 刘非 侯展娜 李婷婷 《矿冶工程》 北大核心 2025年第1期27-34,共8页
为分析不同温度条件下胶结充填体在动载作用下的强度变化特征,采用SHPB冲击试验,结合能量演化过程开展胶结充填体动态力学特性研究。结果表明:胶结充填体动态抗压强度随着养护温度提高而提高,破坏后发生明显的劈裂拉伸破坏;不同养护温... 为分析不同温度条件下胶结充填体在动载作用下的强度变化特征,采用SHPB冲击试验,结合能量演化过程开展胶结充填体动态力学特性研究。结果表明:胶结充填体动态抗压强度随着养护温度提高而提高,破坏后发生明显的劈裂拉伸破坏;不同养护温度下充填体的应力应变曲线具有相似性,均可划分为似弹性阶段、塑性变形阶段、峰后破坏阶段3个阶段。充填体具有波阻抗效应,在近似应变率(100 s^(-1))条件下,冲击过程中77%左右能量被反射,2%左右能量透射穿充填体。随着养护龄期及养护温度提高,充填体吸能密度和透射能均上升。微观分析结果表明,随着养护温度提高,胶结充填体内部水化反应速率提升,水化程度增加且水化产物增多,充填体内部孔隙被水化产物填充,形成更加致密的微观结构,进一步证实了养护温度的提高能促进充填体早期强度的提升。 展开更多
关键词 深部开采 胶结充填 冲击动载 养护温度 养护龄期 动态抗压强度 能量演化 温度效应
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循环荷载尾砂胶结充填体声发射特征
2
作者 邱华富 李宇航 +1 位作者 刘浪 丁自伟 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期74-85,共12页
为了研究循环荷载作用下废石尾砂胶结充填体的力学特性与损伤规律,制备了4种不同废石含量的尾砂胶结充填体,开展了2种加载路径下单轴循环加卸载试验,并借助声发射监测系统,获取了不同加载路径下所释放的声信号,研究充填体损伤演化规律... 为了研究循环荷载作用下废石尾砂胶结充填体的力学特性与损伤规律,制备了4种不同废石含量的尾砂胶结充填体,开展了2种加载路径下单轴循环加卸载试验,并借助声发射监测系统,获取了不同加载路径下所释放的声信号,研究充填体损伤演化规律。结果表明:充填体力学强度随废石含量的增加呈现先增大后减小趋势,废石含量10%的充填体力学强度达到最大,在恒定下限循环加卸载和等幅循环加卸载路径下的强度分别为3.94 MPa和3.63 MPa,且充填体在等幅循环加卸载下的强度普遍高于恒定下限循环加卸载;恒定下限循环加卸载过程中,滞回环面积同循环次数呈二次函数关系,随循环次数的增多而增大,Felicity比值随循环次数增多而减小,充填体损伤程度不断加深;恒定下限循环加卸载和等幅循环加卸载过程中,充填体的声发射信号均呈“峰谷”现象,累计振铃计数和累计能量呈“阶梯式”上升趋势。研究可为矿山储库构建及稳定性无损检测分析提供理论基础。 展开更多
关键词 尾砂胶结充填体 循环加卸载 力学特性 声发射 损伤特性
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不同含水状态矸石胶结充填体能量演化与损伤特性研究
3
作者 杨科 于祥 +2 位作者 何祥 侯永强 张连富 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期26-42,共17页
为探究不同含水状态矸石胶结充填体(gangue cemented backfill,简称GCB)能量演化规律及损伤破坏机制,制备了干燥、自然和饱水(含水率分别为0%、10%和25%)3种状态的GCB试样。基于单轴压缩试验获取的应力-应变曲线,分析了GCB试样的能量演... 为探究不同含水状态矸石胶结充填体(gangue cemented backfill,简称GCB)能量演化规律及损伤破坏机制,制备了干燥、自然和饱水(含水率分别为0%、10%和25%)3种状态的GCB试样。基于单轴压缩试验获取的应力-应变曲线,分析了GCB试样的能量演化规律,提出了能量强化/弱化系数,揭示了GCB试样的损伤演化机制,并建立了全应力-应变曲线的分段式损伤本构模型。结果表明:干燥与自然状态GCB试样应力-应变曲线表现出明显的“四阶段”特征,而饱水状态GCB试样仅存在“三阶段”特征;GCB试样由干燥到饱水状态,弹性模量和峰值强度呈指数函数递减,含水状态对充填体强度的弱化机制可分为物理效应、化学效应和结构效应;干燥作用对充填体能量有强化作用,对耗散能的强化占主导地位,饱水作用对充填体能量有弱化作用,对弹性应变能和总应变能的弱化占主导地位;GCB试样由干燥向饱水状态的转变过程中,破坏形态主要经历拉伸破坏―拉剪混合破坏―V字形剪切破坏的转变,并伴有块体的脱落;不同含水状态GCB试样的变形破坏均为同一类型的损伤演化过程,但含水率增加会促进充填体损伤的发展,建立的不同含水状态GCB试样的分段损伤本构模型能够较准确地描述GCB试样的受载损伤破坏过程。研究结果可为深入探究矸石胶结充填体的力学行为及稳定性提供理论参考。 展开更多
关键词 含水状态 矸石胶结充填体 能量演化 分段损伤本构模型 单轴压缩
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不同纤维掺量的尾砂胶结充填体拉伸强度特性
4
作者 侯展娜 郭利杰 +3 位作者 郭进平 张超 王小林 唐国星 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第3期497-505,共9页
充填体抗拉强度是工程设计与稳定性评价中的重要设计参数。为科学探究聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体抗拉力学特性的影响,通过制备不同聚丙烯纤维含量(0%、0.20%、0.40%、0.60%)的尾砂胶结充填体试样,对其抗拉强度、破坏模式和微观结构进... 充填体抗拉强度是工程设计与稳定性评价中的重要设计参数。为科学探究聚丙烯纤维对尾砂胶结充填体抗拉力学特性的影响,通过制备不同聚丙烯纤维含量(0%、0.20%、0.40%、0.60%)的尾砂胶结充填体试样,对其抗拉强度、破坏模式和微观结构进行分析,得出不同试验方法下的聚丙烯纤维尾砂胶结充填体抗拉强度和微观试验结果的变化规律。结果表明:随着聚丙烯纤维含量的增加,巴西劈裂强度和拉伸强度均呈现先增后减的趋势,PPF-0.40%为转折。PPF-0试样劈裂强度为1.84 MPa,PPF-0.20%、PPF-0.40%和PPF-0.60%试样劈裂强度分别为2.25、2.51和2.42 MPa;PPF-0拉伸强度为0.83 MPa,PPF-0.20%、PPF-0.40%和PPF-0.60%试样拉伸强度分别为1.14、1.47和1.21 MPa。巴西劈裂法得出的抗拉强度明显高于压-拉转换试验的抗拉强度。PPF-0.40%试样在加载过程中破坏产生的裂缝较未掺纤维的充填体宽度明显减小,PPF的增韧阻裂作用最为明显。PPF-0试样孔隙率和平均孔隙直径最大,PPF-0.40%试样的孔隙率和平均孔隙直径最小,相比PPF-0,孔隙率下降了67.79%,平均孔隙直径下降了19.85%,PPF-0.60%的孔隙率出现了上升。 展开更多
关键词 尾砂胶结充填体 聚丙烯纤维 压-拉转换试验 巴西劈裂试验 抗拉强度 孔隙率
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饱和浸水过程矸石胶结充填体强度及损伤特征
5
作者 于祥 杨科 +3 位作者 何祥 侯永强 文志强 张连富 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期147-159,共13页
【目的】受充填料浆水、工作面涌水和采空区内积水的影响,矸石胶结充填体的含水率会随浸水时间的增加而发生改变,进而改变了充填体的承载性能。研究矸石胶结充填体在饱和浸水过程的强度特性及损伤破坏特征,对于保持充填体的稳定性和保... 【目的】受充填料浆水、工作面涌水和采空区内积水的影响,矸石胶结充填体的含水率会随浸水时间的增加而发生改变,进而改变了充填体的承载性能。研究矸石胶结充填体在饱和浸水过程的强度特性及损伤破坏特征,对于保持充填体的稳定性和保障煤矿安全至关重要。【方法】通过对饱和浸水过程的矸石胶结充填体开展单轴压缩试验和微观电镜扫描测试,分析充填体强度随浸水时间的变化规律,并基于微元强度统计分布量,建立峰前阶段的分段损伤本构模型,通过微观电镜扫描,揭示饱和浸水过程中矸石胶结充填体强度弱化机制。【结果和结论】结果表明:(1)饱和浸水过程中,胶结充填体单轴压缩下的应力-应变曲线呈现出明显的“四阶段”特征,孔裂隙压密闭合阶段最大应变和应力及峰值应力点应变与浸水时间呈正相关,而峰值应力和弹性模量与浸水时间呈负相关。(2)随着浸水时间的增加,矸石胶结充填体的破坏形态由剪切破坏为主过渡到以张拉-剪切共轭破坏为主,最终转化为以纵向张拉破坏为主,破坏位置主要集中在矸石胶结充填体的中部。(3)建立了考虑孔裂隙压密闭合阶段最大应力和最大应变、弹性模量及峰值应力和峰值应力点应变的分段损伤本构模型,基于试验数据对模型进行了验证,理论模型曲线与试验曲线基本吻合。(4)受水分张力作用、润滑作用及矿物溶解作用的影响,将饱和浸水过程中矸石胶结充填体强度弱化机制分为3个阶段,当充填体达到饱和状态后,其强度持续降低,但是降低速率减小。研究结果可为采空区富水环境下矸石胶结充填开采提供一定的数据支撑。 展开更多
关键词 饱和浸水 矸石 胶结充填体 单轴压缩 分段损伤 本构模型 强度弱化机理
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钢纤维增强尾砂胶结充填体的力学性能与损伤机制
6
作者 熊艳碧 刘晓辉 +5 位作者 程海勇 吴顺川 张京 刘伟铧 庹儒军 刘泽民 《工程科学学报》 EI 北大核心 2025年第2期234-248,共15页
为探究钢纤维(SF)对充填体的力学性能与损伤破坏机制的影响,以纤维增强尾砂胶结充填体(FR–CTB)为研究对象,研究SF掺量对充填体力学性能的影响,采用数字图像相关(DIC)技术监测试件的全场应变,跟踪试件的裂纹发展,此外,从微观层面进一步... 为探究钢纤维(SF)对充填体的力学性能与损伤破坏机制的影响,以纤维增强尾砂胶结充填体(FR–CTB)为研究对象,研究SF掺量对充填体力学性能的影响,采用数字图像相关(DIC)技术监测试件的全场应变,跟踪试件的裂纹发展,此外,从微观层面进一步研究了SF对充填体的增强机理.结果表明,随着SF掺量和养护龄期的增加,FR–CTB的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗剪强度均表现出了不同程度的增长,SF掺量为20 kg·m^(-3)时增强效果最好,但是当超过20 kg·m^(-3)后增强效果显著降低.钢纤维的存在较大程度上约束了充填体裂隙的扩展,削弱裂隙尖端应力集中,有效阻止了裂纹的扩展,改善整个试件的变形.此外,添加钢纤维后,尾砂颗粒、纤维和水化产物形成了一个完整且更致密的结构,在加载过程中由于SF与尾砂–水泥基体之间的相互作用,SF的增强作用主要体现在桥接和拔出行为,水化产物的存在增加了SF表面的粗糙度,从而增加了SF与水泥–尾砂基体之间的摩擦力来吸收外部载荷的能量,提高FR–CTB的力学性能.最后利用SPSS曲线估计建立各龄期充填体强度计算模型,模型精度较高,可对掺钢纤维充填体强度进行预测. 展开更多
关键词 尾砂胶结充填体 钢纤维 力学性能 损伤演化 微观特征
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纳米SiO_(2)对纤维胶结充填体力学性能影响及微观机理分析
7
作者 朱文骁 付玉华 +2 位作者 吴豫烈 宋学林 徐望根 《江西冶金》 2025年第1期61-73,共13页
在实际工程应用中,充填体存在易开裂、失稳及耐久性差的问题。本研究通过宏观力学实验和微观分析,研究了纳米SiO_(2)(NS)对玻璃纤维胶结充填体力学性能的影响。结果表明,适量NS能显著提高玻璃纤维胶结充填体的抗压强度和劈裂抗拉强度,N... 在实际工程应用中,充填体存在易开裂、失稳及耐久性差的问题。本研究通过宏观力学实验和微观分析,研究了纳米SiO_(2)(NS)对玻璃纤维胶结充填体力学性能的影响。结果表明,适量NS能显著提高玻璃纤维胶结充填体的抗压强度和劈裂抗拉强度,NS主要通过促进生成额外凝胶基质增强基质间的黏结强度。当NS掺量为1%时,试样强度性能指标达到最优;当NS掺量高于1%时,试样的强度性能指标开始下降,但始终高于未掺入NS的试样。同时,NS的加入不生成新物质,但能促进更多晶态和非晶态化合物生成,强化材料的结构。此外,高温养护能加快地聚合反应速率,使材料微观结构更加密实。综上所述,适量添加NS并配合高温养护,能显著提高玻璃纤维胶结充填体的宏观力学性能和微观结构特性。 展开更多
关键词 纳米SiO_(2) 玻璃纤维 胶结充填体 力学实验 微观结构
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某金矿碎石—尾砂协同胶结充填力学特性与神经网络预测分析
8
作者 杨纪光 王增加 +5 位作者 郭加仁 王鹏涛 刘杰 桑来发 盛宇航 荆晓东 《有色金属科学与工程》 北大核心 2025年第1期104-114,共11页
以某金矿废石破碎成5 mm以下的碎石和全尾砂为研究对象,在制备成膏体充填料浆的条件下进行了不同参数下充填体单轴抗压强度、抗拉强度实验,开展了单因素、多因素拟合分析及相关性检验,确定了各影响因素与充填体强度之间的关联度,探究了... 以某金矿废石破碎成5 mm以下的碎石和全尾砂为研究对象,在制备成膏体充填料浆的条件下进行了不同参数下充填体单轴抗压强度、抗拉强度实验,开展了单因素、多因素拟合分析及相关性检验,确定了各影响因素与充填体强度之间的关联度,探究了各因素对膏体充填体强度的影响规律;利用改进的MATLAB神经网络建立了料浆质量浓度(X_(1))、灰砂比(X_(2))(指质量比,下同)、砂石比(X_(3))、养护龄期(X_(4))对充填体强度(单轴抗压强度(Y_(1))、抗拉强度(Y_(2)))影响的预测模型。结果表明:充填体强度与各参数之间呈多元线性函数关系,灰砂比是影响充填体强度的主要因素,养护龄期和砂石比次之,料浆浓度最小;充填体强度随充填浓度、养护龄期和灰砂比的增大呈增长趋势,随砂石比的增大呈减小趋势;建立的充填体强度函数模型在预测该金矿单轴抗压强度(Y_(1))、抗压强度(Y_(2))中适应性强、收敛速度快而且精度高,为后期充填采矿强度需求设计提供了依据。 展开更多
关键词 胶结充填 力学特性 神经网络 预测分析
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浅孔留矿嗣后胶结充填采场充填体配比优化研究
9
作者 崔云龙 姜宏锋 《中国新技术新产品》 2025年第5期116-118,共3页
针对金属矿区浅孔留矿嗣后胶结充填采场的优化需求,本文采用对比试验方法,系统研究了不同灰砂比配比方案对开采后地质应力分布的影响,旨在优化充填体配比,以改善地质稳定性。研究发现,灰砂比为1∶5时,矿区地质应力性能最优。进一步,在... 针对金属矿区浅孔留矿嗣后胶结充填采场的优化需求,本文采用对比试验方法,系统研究了不同灰砂比配比方案对开采后地质应力分布的影响,旨在优化充填体配比,以改善地质稳定性。研究发现,灰砂比为1∶5时,矿区地质应力性能最优。进一步,在最优灰砂比基础上,通过调控填充体料浆浓度(80.0%~85.0%)发现,当浓度为83.0%时,胶结填充体的单轴抗压强度接近峰值。本文不仅明确了最优配比参数,还揭示了浓度对强度的具体影响规律,为提升矿区开采安全和效率提供了科学依据,具有显著的创新性和应用价值。 展开更多
关键词 浅孔留矿 嗣后胶结充填采场 充填体配比 地应力 灰砂比 单轴抗压强度
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矸石胶结充填体力学特性及充填效应研究
10
作者 苏东冉 胡懿涵 唐浩真 《科学技术创新》 2025年第6期157-160,共4页
传统的垮落法采空区处理方式造成岩层大范围移动破坏、地表沉陷变形等生态环境问题不断发生。地下煤炭采出后顶板发生破碎、垮冒现象,在覆岩压力作用下各岩层移动不断活化、破断,进而向地表方向发展形成地面沉陷和破坏,由此引发了水土... 传统的垮落法采空区处理方式造成岩层大范围移动破坏、地表沉陷变形等生态环境问题不断发生。地下煤炭采出后顶板发生破碎、垮冒现象,在覆岩压力作用下各岩层移动不断活化、破断,进而向地表方向发展形成地面沉陷和破坏,由此引发了水土流失、地下水断流、地表建筑物破坏、居民搬迁等一系列问题。结合煤矿矸石胶结充填开采技术的特点,在研究胶结充填材料力学特性的基础上,深入研究矸石胶结充填采煤采场顶板岩层受力、移动、变形规律以及采空区充填率对采空区上覆岩层活动的影响等方面。研究成果矸石胶结充填技术既能够充分利用固废,减少煤矸石及粉煤灰给环境带来的污染问题,而且保护地面建筑物稳定不破坏,对于解决“三下”压煤问题具有极高的应用价值,为充填开采采场矿压规律、上覆岩层移动控制、矸石胶结充填材料选择设计、地表沉陷预计等方面提供理论依据和技术支持,进一步丰富和完善充填开采基础理论,有利于促进充填开采技术的推广应用。 展开更多
关键词 矸石胶结充填体 承载变形特性 覆岩移动控制 煤炭开采
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下向分层进路胶结充填采矿法应用研究——以璜山金矿为例
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作者 笪良霞 谢炫蓉 +1 位作者 王千姿 罗信天 《现代工程科技》 2025年第2期49-52,共4页
璜山金矿所在区域断裂构造发育,顶底板围岩条件较差,采矿损失率、贫化率较高,还存在诸多安全、环境问题。为此矿山采用充填法进行实践,基于矿山开采技术条件、现有充填系统、深部应力环境,设计采场的长度50 m、阶段高度30~40 m,标准矿... 璜山金矿所在区域断裂构造发育,顶底板围岩条件较差,采矿损失率、贫化率较高,还存在诸多安全、环境问题。为此矿山采用充填法进行实践,基于矿山开采技术条件、现有充填系统、深部应力环境,设计采场的长度50 m、阶段高度30~40 m,标准矿块的综合回采率为93.5%,综合损失率6.5%,采矿贫化率控制在5%以内,取得了较好的实践效果。 展开更多
关键词 采矿方法 胶结充填采矿法 生产应用
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选矿废水拌合尾砂胶结充填体强度演化规律及声发射特征 被引量：2
12
作者 曾鹏 曹蔚 +4 位作者 赵奎 龚囱 宋林 刘光卓 李彦达 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期167-181,共15页
尾砂胶结充填体是充填采矿中的核心承载单元,其稳定性关乎矿山生产安全。近年来,一些地下矿山为减少环境污染等问题,选择二次利用选矿排放废水进行充填,因此,对于采用选矿废水进行充填的矿山,明确选矿废水对尾砂胶结充填体强度的影响至... 尾砂胶结充填体是充填采矿中的核心承载单元,其稳定性关乎矿山生产安全。近年来,一些地下矿山为减少环境污染等问题,选择二次利用选矿排放废水进行充填,因此,对于采用选矿废水进行充填的矿山,明确选矿废水对尾砂胶结充填体强度的影响至关重要。为此,以3种pH选矿废水(pH=7、8、9)和普通自来水(pH=7)为拌合水制备4种养护龄期(7、14、21、28 d)的尾砂胶结充填体试件。利用声发射(AE)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等试验手段,分析充填体试件的单轴抗压强度、微观结构及其破坏过程中AE振铃计数率、bi值、能量变化特征。研究表明:(1)在相同养护龄期下,选矿废水拌合的充填体强度低于普通自来水拌合的充填体强度,选矿废水拌合的充填体强度随pH的增大而减小,且CO_(3)^(2-)与充填体单轴抗压强度指标间的灰色关联性最好,而Ca^(2+)的关联性最差,阴离子的关联性整体好于阳离子;(2)在相同养护龄期下,选矿废水拌合的充填体内部C—S—H凝胶的质量浓度及衍射峰强度低于普通自来水拌合的充填体内部C—S—H凝胶的质量浓度与衍射峰强度,而选矿废水拌合的充填体中钙矾石的质量浓度及衍射峰强度高于普通自来水拌合的充填体中钙矾石的质量浓度和衍射峰强度;随着选矿废水pH的升高,充填体内部C—S—H凝胶的质量浓度减少、衍射峰强度降低,而钙矾石的质量浓度增多、衍射峰强度升高,从而导致充填体强度下降;(3)充填体破坏过程中AE振铃计数率及b^(i)值整体上分别呈现“升—降—突增—峰值”和“波动上升—剧烈下降—逐步上升”的变化规律;在相同养护龄期下,对于破坏过程中AE b^(i1)、b^(i2)、b^(i3)、峰值应力处每10 s累计振铃计数率及能量数值,选矿废水拌合的充填体均小于普通自来水拌合的充填体,且上述AE特征指标均随着选矿废水pH的增大逐渐减小。 展开更多
关键词 选矿废水 尾砂胶结充填体 微观结构 水化反应 声发射(AE)
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多源煤基固废胶结充填体力学及变形破坏特征试验研究 被引量：3
13
作者 杨科 张继强 +2 位作者 何祥 魏祯 赵新元 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期102-114,共13页
【目的】为研究多源煤基固废胶结充填体的力学特性及变形破坏规律,选择5种典型煤基固废,开展了煤基固废胶结充填体(Coal-Based Solid Waste Cemented Backfill,CBSWCB)的单轴压缩、声发射响应及微观结构测试试验。【方法】分析了CBSWCB... 【目的】为研究多源煤基固废胶结充填体的力学特性及变形破坏规律,选择5种典型煤基固废,开展了煤基固废胶结充填体(Coal-Based Solid Waste Cemented Backfill,CBSWCB)的单轴压缩、声发射响应及微观结构测试试验。【方法】分析了CBSWCB单轴抗压强度的影响因素和交互作用,建立了基于交互作用的抗压强度影响因素四维空间可视化模型,结合CBSWCB的声发射及微观结构特征,阐明了单轴压缩条件下的力学演化特征及宏观变形破坏规律,从微观角度进一步论证了CBSWCB承载过程中水化反应机理及宏细观联系。【结果和结论】试验结果表明:(1)单轴抗压强度的主要影响因素是质量分数,而炉底渣掺量的影响程度最小。(2)单轴压缩下CBSWCB的宏观变形破坏由塑性、弱劈裂破坏逐渐向脆性、剪切破坏转化。(3) CBSWCB试件声发射参数演化可以分为上升期、平静期、活跃期、稳定期,声发射累计振铃计数曲线呈现明显的“阶梯状”增长,累计振铃计数在上升期和平稳期内缓慢增加,在活跃期急剧增加,在稳定期逐渐趋于平缓。(4)水泥掺量偏低以及多源煤基固废充填材料属性差异导致水化反应程度有限,水化产物数量较少是CBSWCB单轴抗压强度普遍偏低的主要原因。研究结果可为多源煤基固废用于充填开采提供一定参考依据。 展开更多
关键词 煤基固废 胶结充填体 变形破坏 声发射特征 空间可视化 水化反应
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基于RHT模型的胶结充填体动力学特性数值模拟研究 被引量：1
14
作者 程爱平 李鑫鹏 +2 位作者 尹东 王平 郑先伟 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第9期34-41,共8页
胶结充填体作为人工矿柱,在地下爆破开采中经常受到冲击荷载作用,其稳定性受到严重影响。基于RHT(Riedel-Hiermaier-Thoma)损伤本构模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件开展不同冲击速率(2、3、4、5 m/s)下不同灰砂比(1∶4、1∶6、1∶8)胶结充... 胶结充填体作为人工矿柱,在地下爆破开采中经常受到冲击荷载作用,其稳定性受到严重影响。基于RHT(Riedel-Hiermaier-Thoma)损伤本构模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件开展不同冲击速率(2、3、4、5 m/s)下不同灰砂比(1∶4、1∶6、1∶8)胶结充填体的SHPB动态冲击数值模拟试验研究,探讨胶结充填体动态抗压强度、强度增长因子、吸收能与冲击速率之间的关系,阐明胶结充填体动态破坏模式及破坏过程。研究结果表明:①胶结充填体试件的动态抗压强度、动态强度增长因子均随冲击速率增加而增大,且相同冲击速率下灰砂比越高,胶结充填体的动态抗压强度越大,但动态强度增长因子越小;②胶结充填体吸收能随着冲击速率增加而逐渐递增,呈线性增长趋势,且灰砂比越高吸收能增长越快;胶结充填体破坏过程表现为试件端部首先出现损伤,轴向、横向裂纹依次出现,裂纹扩展直至贯穿并向内部发展,最终完全破坏,失去承载能力;③以上结论同时验证了RHT模型参数取值的准确性,RHT损伤本构模型的成功应用,为开展胶结充填体动力学特性相关数值研究提供了参考。 展开更多
关键词 胶结充填体 动态强度 入射能 破坏模式 RHT模型
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基于CSSA-BPNN模型的胶结充填体动态抗压强度预测 被引量：1
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作者 王小林 梅佳伟 +3 位作者 郭进平 卢才武 王颂 李泽峰 《有色金属工程》 CAS 北大核心 2024年第2期92-101,共10页
充填采矿法二步骤回采时胶结充填体稳定性受爆破扰动而降低。为快速准确地获得充填体动态抗压强度,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了40组不同应变率的单轴冲击实验,以灰砂比、充填体密度、养护龄期和平均应变率作为输入参数,充填体... 充填采矿法二步骤回采时胶结充填体稳定性受爆破扰动而降低。为快速准确地获得充填体动态抗压强度,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行了40组不同应变率的单轴冲击实验,以灰砂比、充填体密度、养护龄期和平均应变率作为输入参数,充填体动态抗压强度作为输出参数,建立了一种基于Logistic混沌麻雀搜索算法(CSSA)优化BP神经网络(BPNN)的预测模型,并与传统BPNN和麻雀搜索算法优化的BPNN进行了对比分析。结果表明:CSSA-BPNN模型的平均相对误差为4.11%,预测值与实测值之间拟合的相关系数均在0.96以上,模型预测精度高。CSSA-BPNN模型的均方根误差为0.395 0 MPa,平均绝对误差为0.359 2 MPa,决定系数为0.995 2,均优于另外两种预测模型。实现了对充填体动态抗压强度的准确预测,可大幅减小物理实验量,为矿山胶结充填体的强度设计提供了一种新方法。 展开更多
关键词 混沌麻雀搜索算法(CSSA) BP神经网络(BPNN) 胶结充填体 分离式霍普金森压杆(SHPB) 动态抗压强度
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深部高浓度胶结充填开采地表沉陷控制因素及影响规律 被引量：1
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作者 杨宝贵 顾成进 +3 位作者 施展 杨发光 王龙飞 李红骄 《绿色矿山》 2024年第3期234-245,共12页
深部开采已成为我国煤炭行业面临的关键挑战,尤其是在高地应力、高地温和高渗透的“三高”问题的制约下,寻求有效的开采技术迫在眉睫。充填开采技术,特别是利用煤矸石作为填充材料的高浓度胶结充填技术,逐步被应用于深部开采,成为应对... 深部开采已成为我国煤炭行业面临的关键挑战,尤其是在高地应力、高地温和高渗透的“三高”问题的制约下,寻求有效的开采技术迫在眉睫。充填开采技术,特别是利用煤矸石作为填充材料的高浓度胶结充填技术,逐步被应用于深部开采,成为应对这一挑战的有效手段。本文通过研究已有文献,分析了5种充填开采方式的充填工艺、影响因素和控制效果;总结了影响深部高浓度胶结充填开采地表沉陷控制效果的地质采矿条件、充填技术条件和充填体性质3类因素。为进一步理解深部高浓度胶结充填开采的独特性,构建了高浓度胶结充填体与顶板的力学作用模型,深入分析了深部长壁高浓度胶结充填开采采场的覆岩运动特征,并明确了岩层稳定的判别条件。基于FLAC数值模拟结果,确定了影响地表沉陷控制效果的主要因素及其重要性顺序:工作面设计宽度>充填率>充填体强度>煤层厚度。此外,研究还发现,煤层厚度与工作面宽度对沉陷效果的影响呈负相关,而充填率和充填体强度的影响呈正相关。最后,结合某矿试验采区的实际数据,确定了最优的工作面宽度(100 m)、充填率(90%)和充填体强度(3 MPa),并通过对比分析观测地表沉陷数据(4~15 mm)与数值模拟结果较吻合。本文的研究为深部矿区地表沉陷控制提供了理论基础和技术支持。 展开更多
关键词 深部开采 高浓度胶结充填 地表沉陷 控制效果 FLAC
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调控层胶结充填体三轴压缩力学性能及破坏特征研究
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作者 徐文彬 赵康奇 +2 位作者 张亚伦 刘成保 周磊 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3658-3667,3680,共11页
为了解决阶段空场嗣后充填法二步骤矿柱开采时一步骤采场充填体易失稳垮塌的难题,提出了充填调控层理念,以增强一步骤采场充填体的稳定性。借助三轴压缩试验仪,分析了不同调控层高度、主体层灰砂比和围压对充填体力学性能及破坏规律的影... 为了解决阶段空场嗣后充填法二步骤矿柱开采时一步骤采场充填体易失稳垮塌的难题,提出了充填调控层理念,以增强一步骤采场充填体的稳定性。借助三轴压缩试验仪,分析了不同调控层高度、主体层灰砂比和围压对充填体力学性能及破坏规律的影响,探究了单层充填体与含调控层充填体偏应力-应变曲线特征及破坏模式的差异性。结果表明:调控层强化了充填体的屈服阶段,进而提高了其峰值强度;调控层占比不变时,主体层灰砂比越小,强化效果越好;主体层灰砂比不变时,调控层占比越大,强化效果越好;围压与充填体峰值强度呈对数函数关系,表观黏聚力c、表观内摩擦角φ值与充填体的主体层灰砂比、调控层占比大小呈线性相关;未添加调控层充填体的破坏形式以斜剪切裂纹为主,添加调控层后则以剪切、拉伸以及混合破坏3种形式为主;调控层占比不变,主体层灰砂比较小时,拉伸裂纹贯穿调控层;验证了含调控层充填体配比1:20-2/5(表示充填体的主体层灰砂比为1:20,调控层占比为整体的2/5)替代某矿原充填体配比(1:7-0)的可行性,1:20-2/5单位体积充填体可节约6.85%水泥用量。研究结果可为节约矿山充填成本和提高作业安全提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 调控层 胶结充填体 力学性能 应力-应变曲线 破坏模式
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含硫酸盐废水对磷石膏胶结充填体材料性能的影响
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作者 石英 聂锐洋 +2 位作者 周诗彤 陆思成 卿子萱 《黄金科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期416-424,共9页
鉴于矿山废水处理工艺具有一定的局限性,且磷石膏充填工艺需要消耗大量的水资源,将矿山含硫酸盐废水作为磷石膏充填用水并探讨其可行性。结果表明:废水中的硫酸盐能够促进磷石膏充填体的早期水化反应,进而提升充填体早期强度。当SO_(4)^... 鉴于矿山废水处理工艺具有一定的局限性,且磷石膏充填工艺需要消耗大量的水资源,将矿山含硫酸盐废水作为磷石膏充填用水并探讨其可行性。结果表明:废水中的硫酸盐能够促进磷石膏充填体的早期水化反应,进而提升充填体早期强度。当SO_(4)^(2-)浓度从0增加至30 000 mg/L时,充填体7 d强度由0.46 MPa升高至0.63 MPa,提高了37%;14 d强度由0.64 MPa升高至1.03 MPa,提高了61%。这主要跟水化产物钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)的形成有关;但随着养护时间的增长,充填体28,60,90 d强度均在硫酸盐浓度为15 000 mg/L时达到最高。过量的SO_(4)^(2-)会干扰水化硬化过程,充填体后期强度因受到钙矾石的膨胀特性以及Na2SO4重结晶等影响而出现下降。研究结果可为矿山废水治理和磷石膏充填工艺优化提供新思路。 展开更多
关键词 环境影响 硫酸盐废水 磷石膏 水化反应 胶结充填 抗压强度
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临近胶结充填体矿房爆破参数数值模拟分析
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作者 何丽华 赵艳伟 +3 位作者 孙进辉 陈浩 孙龙 任骏 《云南冶金》 2024年第4期30-38,共9页
为解决在应用空场嗣后充填采矿法开采矿石过程中爆破对胶结充填体的冲击及损伤问题。以玉溪矿业某一临近胶结充填体的矿房为研究背景,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,分析矿岩在爆破瞬间及后续破碎过程中的应力分布、位移变化和破坏模... 为解决在应用空场嗣后充填采矿法开采矿石过程中爆破对胶结充填体的冲击及损伤问题。以玉溪矿业某一临近胶结充填体的矿房为研究背景,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,分析矿岩在爆破瞬间及后续破碎过程中的应力分布、位移变化和破坏模式等情况。同时结合爆破振动参数,对矿岩破碎效果及周围充填体的损伤程度做出一个量化评估。数值模拟结果验证了爆破参数的合理性。研究结论为优化爆破效果,降低开采过程中爆破对充填体矿柱的损伤,指导后续爆破作业提供了理论依据。 展开更多
关键词 胶结充填体 爆破参数 数值模拟 ANSYS/LS-DYNA
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水泥-粉煤灰基矸石胶结充填体破坏特征及强度形成机制 被引量：3
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作者 李晓磊 杜献杰 +4 位作者 冯国瑞 巨峰 王建伟 刘文昊 郑远翔 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期36-45,共10页
在煤矿结构充填开采中,不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同,拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度,对不同粉煤灰占比(0~90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试... 在煤矿结构充填开采中,不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同,拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度,对不同粉煤灰占比(0~90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验,探明矸石胶结充填体的强度调控范围,结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析,结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度,并根据煤矸石的强度与水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明:矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少,实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围:1.77~30.04 MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同,材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加,在破坏形态方面,矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0~50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%~80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变,对应的强度范围分别为20.8~30.04 MPa,5.63~12.35 MPa和1.77 MPa;在脆延性破坏模式方面,试样由脆–延性破坏(0~40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%~90%粉煤灰占比),对应的强度范围分别为24.64~30.04 MPa和1.77~20.8 MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43~55.5 MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43 MPa)共同决定。水泥–粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大,煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。 展开更多
关键词 粉煤灰占比 矸石胶结充填体 单轴压缩试验 承载特征 强度调控 强度形成机制
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