尾矿干堆体力学特性试验研究.doc

尾矿干堆体力学特性试验研究尾矿干堆技术及充填技术在国内外矿山的成功应用给矿山采空区处理及尾矿堆存处置带来希望。将尾矿干堆技术应用到矿山充填中,将进行处理的尾矿制备成尾矿干堆体,不仅可以解决尾矿堆积处理的问题,又可以实现尾矿采空区的充填,维护采空区稳定性,实现矿山高效连续采矿。论文以尾矿干堆体为对象进行研究,主要研究内容:(1)对充填材料的基本物理性质、级配、矿物成分等基本参数进行测试分析,为后续尾矿干堆体力学特性试验、沉降试验提供一定参考依据。(2)采用应变式直剪仪研究了尾矿干堆体散体充填料的力学性质,研究表明尾矿干堆充填料出现明显的线弹性性质;尾矿干堆充填料内摩擦角主要取决于质量浓度大小,内摩擦角随质量浓度的增加而增大,质量浓度85%～87%,内摩擦角增幅最大;粘聚力随着水泥掺量增加、质量浓度增大都是呈现上升趋势,在质量浓度为83%～85%粘聚力增幅最大。(3)根据矿山矿房实际尺寸,按照1:100比例设计试验模型,通过室内相似模拟试验研究尾矿干堆体沉降规律及影响因素。尾矿干堆体沉降量随着时间变化呈现幂函数关系,总沉降量主要取决于质量浓度,水泥掺量对总沉降量影响较小。(4)基于正交试验设计对尾矿干堆体的力学性质进行研究,通过极差分析得出尾矿干堆体抗压强度与弹性模量影响主次因素为水泥掺量>养护时间>质量浓度;内摩擦角主次因素为养护时间>水泥掺量>质量浓度,内聚力影响主次因素为水泥掺量>养护时间>质量浓度。抗压强度随着水泥掺量的增大而增大,随着质量浓度的升高出现下降的趋势,随着养护时间的延长而增大。弹性模量随着水泥掺量的增加不断增加,随着质量浓度越高而减小,随着养护时间的延长而不断增加。内摩擦角随着水泥掺量的增加而不断下降,随着质量浓度的增加而增大,随着养护时间的增加而呈现下降趋势。内聚力随着水泥掺量的增加而增大,随着质量浓度的增加而先减小后增大,随着养护时间的延长而增大。尾矿干堆体所用的水泥掺量少,质量浓度高,水化产物极少,无法将尾砂颗粒凝结包裹(5)通过SEM进行微观结构分析,水泥水化产物钙矾石、水化硅酸钙是形成尾矿干堆体强度的重要水化产物。钙矾石与C-S-H胶凝共同作用形成网络骨架,将尾砂中的颗粒密包裹构成致密的微观结构,从而提高固体颗粒固结效果。