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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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基于CSSA-BPNN模型的胶结充填体动态抗压强度预测 被引量：3
2
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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多源煤基固废胶结充填体卸围压变形与损伤破坏试验
3
作者 何祥 魏龙强 +4 位作者 杨科 张通 张村 张子龙 陈焱军 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期163-175,共13页
【目的】将多源煤基固废制备成充填材料进行间隔条带充填开采是绿色采煤的重要手段之一,条带煤柱回采时多源煤基固废胶结充填体(下称“充填体”)的变形破坏规律直接影响采场的稳定性。【方法】选用5种典型固废与水泥混合制备成胶结充填... 【目的】将多源煤基固废制备成充填材料进行间隔条带充填开采是绿色采煤的重要手段之一,条带煤柱回采时多源煤基固废胶结充填体(下称“充填体”)的变形破坏规律直接影响采场的稳定性。【方法】选用5种典型固废与水泥混合制备成胶结充填体,开展充填体试件常规三轴及恒轴压卸围压应力试验,分析2种应力加载路径下充填体应力-应变曲线和破坏特征,探究卸围压过程中变形参数随围压的演变规律,揭示充填体卸荷损伤机制和强度准则。【结果和结论】(1)充填体试件在常规三轴试验中表现为脆性破坏特征,裂隙逐渐发育并在破坏时迅速扩展贯通,在卸围压试验中的脆性破坏特征有所增强,试件破坏之前应变变化值不及破坏时的6.5%。(2)在卸围压过程中充填体试件体积变形由压缩过渡为扩容,变形模量降低量达破坏阶段的10%,泊松比在试件破坏时突破弹塑性材料极限0.5。(3)围压差比随初始围压线性减小,表明高围压环境下充填体更易破坏,损伤因子D演化与泊松比高度同步。(4)Mogi-Coulomb强度准则适用于充填体试件恒轴压卸围压三轴试验,卸荷行为对充填体的黏聚力有弱化效应,而对内摩擦角有强化效应。研究结果为间隔条带充填开采采场稳定性控制提供参考。 展开更多
关键词 三轴卸围压 多源煤基固废 胶结充填体 损伤演化 Mogi-Coulomb强度准则
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饱和浸水过程矸石胶结充填体强度及损伤特征 被引量：2
4
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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不同纤维掺量的尾砂胶结充填体拉伸强度特性
5
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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循环荷载尾砂胶结充填体声发射特征 被引量：1
6
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 被引量：1
7
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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矿井水pH对微胶充填体强度及尾矿重金属浸出特性的影响
8
作者 焦华喆 王琪 +6 位作者 杨小林 许军强 王辉 陈勋 徐平 李公成 申宏栋 《金属矿山》 北大核心 2025年第2期211-218,共8页
为探明矿井水酸碱度及水泥掺量对重金属离子浸出行为与胶结充填体强度的影响,通过重金属赋存形态分析及重金属长期静态浸出试验方法,结合重金属污染指数法评估水泥耗量变化对地下水污染的风险;并针对不同浸泡时间下低耗水泥充填体的单... 为探明矿井水酸碱度及水泥掺量对重金属离子浸出行为与胶结充填体强度的影响,通过重金属赋存形态分析及重金属长期静态浸出试验方法,结合重金属污染指数法评估水泥耗量变化对地下水污染的风险;并针对不同浸泡时间下低耗水泥充填体的单轴抗压强度进行测试。结果表明:某金矿中Zn、Cu、Pb、Ni重金属总量为2478.96 mg/kg,其中Pb和Ni生物可利用态占比超过50%。在矿井水pH=7条件下浸泡120 d,灰砂比为1∶30的充填体重金属浸出量显著增加,Zn、Cu、Pb、Ni的浸出量分别是灰砂比为1∶10时的6.40倍、5.05倍、5.15倍和7.64倍;重金属污染潜力指数普遍超过污染临界值。低耗水泥充填体对重金属离子的固化能力从传统“强固化”转为“弱固化”。在120 d浸泡条件下,不同灰砂比(1∶10、1∶15、1∶20)的充填体抗压强度分别降至1.12、0.87、0.41 MPa,随着水泥耗量减少,水化产物减少,充填体强度下降,抵抗侵蚀能力减弱,强度下降趋势随时间加剧。 展开更多
关键词 胶结充填 水泥耗量 重金属浸出 抗压强度
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不同加载速率下胶结充填体声发射及裂纹演化特征
9
作者 尹升华 周昀 +2 位作者 杨晓炳 陈威 陈俊伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期250-262,共13页
为探究加载速率v对胶结充填体裂纹演化机制的动态调控规律,开展了v=0.002,0.004,0.008,0.010 mm/s下的单轴压缩同步声发射试验。通过分析声发射振铃计数、平均频率(AF)、上升时间−幅值比(RA)及r值(RA/AF)的时变特征,并结合高斯混合模型(... 为探究加载速率v对胶结充填体裂纹演化机制的动态调控规律,开展了v=0.002,0.004,0.008,0.010 mm/s下的单轴压缩同步声发射试验。通过分析声发射振铃计数、平均频率(AF)、上升时间−幅值比(RA)及r值(RA/AF)的时变特征,并结合高斯混合模型(GMM)与移动平均滤波算法对RA-AF数据集进行无监督聚类,以识别裂纹类型及其演化规律。研究结果表明:①峰值应力(σ_(f))附近,充填体的声发射振铃计数呈现区间震荡现象,随着v增大,充填体的弹性变形及塑性屈服阶段的振铃计数波动率减小;②v从0.002增至0.010 mm/s时,AF分布集中范围随速率增加由0~150 kHz压缩至0~100 kHz,RA分布集中范围由0~5 ms/V扩展至0~10 ms/V,且高RA信号集中于AF<80 kHz窄带;③v增大对峰后破坏模式具有显著影响,剪切裂纹比例由19.11%(v=0.002 mm/s)跃升至64.23%(v=0.010 mm/s),表明v增大会驱动破坏机制从拉伸破坏主导向拉伸−剪切复合型破坏转化;④以加载应力阶段为界限,GMM聚类分析可将充填体的裂纹演化分为拉伸裂纹主导(0~20%σ_(f))、拉伸−剪切裂纹转化(20%σ_(f)~80%σ_(f))、剪切裂纹快速增长(80%σ_(f)~100%σ_(f))和剪切−拉伸裂纹共同主导(峰后破坏)4个阶段,其中剪切裂纹在80%σ_(f)~100%σ_(f)处的快速增长是充填体局部失稳破坏的前兆特征。研究可为充填体的稳定性分析与破坏预测提供理论支持。 展开更多
关键词 加载速率 胶结充填体 声发射 r值特征 裂纹演化
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爆破动载下锯齿状岩-充界面胶结充填体损伤规律
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作者 邱泓杰 邱贤阳 +4 位作者 张舒 史秀志 陶明 曹日红 曹铭宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2037-2050,共14页
地下矿山采矿和充填作业过程中形成的胶结充填体在爆破动载作用下的损伤失稳与岩-充界面形态有直接关系。以往研究常将岩-充界面简化为平面状,但根据采场空区探测结果,岩-充界面往往具有锯齿状特征。运用连续介质理论和有限差分法数值... 地下矿山采矿和充填作业过程中形成的胶结充填体在爆破动载作用下的损伤失稳与岩-充界面形态有直接关系。以往研究常将岩-充界面简化为平面状,但根据采场空区探测结果,岩-充界面往往具有锯齿状特征。运用连续介质理论和有限差分法数值模拟软件,建立了3种不同形态的锯齿状岩-充界面胶结充填体模型为试验组,1种平直状岩-充界面胶结充填体模型为对照组;推导岩体爆破等效腔腔壁上的爆炸荷载,并将其添加到数值模型中以模拟二步骤采场边孔爆破;结合充填体破坏损伤判据,研究了爆破动载作用下胶结充填体动力损伤响应,获得了岩-充界面锯齿宽度S_(W)、灰砂比C_(SR)、孔边距S_(HD)、垂直应力σ_(h)等因素对充填体损伤范围和破坏模式的影响规律。结果表明:平面状岩-充界面下胶结充填体的损伤区域形状近似于矩形,而锯齿状岩-充界面的锯齿宽度越大,胶结充填体的损伤区域形状越接近菱形,更易发生楔形破坏;当σ_(h)相近时,对于C_(SR)不同的两层相邻胶结充填层,C_(SR)越大,充填体各质点的峰值振动速度衰减越慢,损伤区域面积也随之越大,相邻两层充填体之间越容易因振动速度不一致而诱发层间错动;当C_(SR)相同时,σ_(h)越大,损伤区域面积越小。此外,胶结充填体的损伤区域面积与S_(HD)呈明显负相关。在工程实践中,当边孔药量不可减小时,应选择合理的S_(HD)以维持胶结充填体矿柱稳定。 展开更多
关键词 爆破动载 胶结充填体 岩-充界面 动力响应 损伤
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红沙制备胶结充填材料性能可行性试验研究
11
作者 王树帅 杨仁树 +1 位作者 李永亮 徐斌 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期324-335,共12页
针对矸石原料不足的问题,以矿区周边赋存的大量天然红沙替代矸石制备胶结充填体,对不同红沙替代率(红沙替代矸石质量比)的矸石-红沙胶结材料、不同浓度的矸石基与红沙基胶结材料性能进行测试,分析红沙替代矸石制备胶结充填材料性能的可... 针对矸石原料不足的问题,以矿区周边赋存的大量天然红沙替代矸石制备胶结充填体,对不同红沙替代率(红沙替代矸石质量比)的矸石-红沙胶结材料、不同浓度的矸石基与红沙基胶结材料性能进行测试,分析红沙替代矸石制备胶结充填材料性能的可行性。随着红沙替代率增加,料浆扩展度与泌水率增加,流变参数(屈服应力、黏度系数)与充填体密度减小,强度与超声波波速先增加后减小。红沙含有的粘土性矿物比矸石少,颗粒细小且粒径级配良好,使得料浆流动性增加,流变剪切应力曲线波动范围减小。剪切应力曲线符合宾汉姆本构模型。细颗粒的红沙可较好的填充充填体孔隙,水化产物可较好的包裹红沙颗粒,因此强度增加;红沙颗粒内部结构不如矸石致密,继续加入红沙,充填体强度略降低。充填体强度与超声波波速呈正相关,微观结构与充填体密度显示,充填体强度不仅与密度有关,还与充填体内部颗粒结构有关。加入红沙后,充填体峰值应变无明显变化,最终应变有所减小,红沙主要影响充填体峰后变形阶段,该影响随养护龄期的增长而减弱。任一浓度下,红沙基料浆扩展度与泌水率大于矸石基料浆,剪切应力曲线光滑,流变参数小于矸石基料浆;随着浓度增加,2种料浆泌水率差值逐渐减小,流变参数差值逐渐增大。红沙基充填体早期强度大,后期强度略小于矸石基充填体。输送性能与力学特性表明红沙可较好的取代矸石制备胶结充填材料,为煤矿提供了一种可选的胶结充填材料。 展开更多
关键词 矸石 红沙 胶结充填材料 流动性 流变性 充填体强度
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不同粒组骨料对矸石胶结充填体力学特性及破坏特征的影响
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作者 夏文韬 杨科 +2 位作者 何祥 张连富 侯永强 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期206-213,共8页
为探究矸石粒径对胶结充填体力学特性及破坏特征的影响,在室内开展了三组不同矸石粒径(0~5 mm、5~10 mm、0~10 mm)充填体四个龄期单轴加载性能测试,系统分析了矸石粒径大小对充填体抗压强度、应力-应变曲线、声发射信号及破坏特征的影... 为探究矸石粒径对胶结充填体力学特性及破坏特征的影响,在室内开展了三组不同矸石粒径(0~5 mm、5~10 mm、0~10 mm)充填体四个龄期单轴加载性能测试,系统分析了矸石粒径大小对充填体抗压强度、应力-应变曲线、声发射信号及破坏特征的影响规律。研究结果表明:矸石粒径范围的变化对应力-应变曲线没有明显的影响,即矸石充填体的变形破坏均经历了OA压密阶段、AB弹性阶段、BC塑性阶段、CD破坏阶段等四个阶段;当矸石最大粒径从5 mm增加到10 mm时,对充填体的早期抗压强度影响较小,对后期抗压强度具有明显的削弱作用。随着矸石最大粒径的增加,煤矸石充填体的裂纹数量显著增加,并且矸石充填体的破坏裂纹以剪切裂纹为主。不同粒径范围的矸石充填体均表现出剪切破坏的特征,但随着粒径增大,加载后试件完整性变差,粒径范围为5~10 mm的矸石充填体破坏后部分试件崩解出大量矸石散体,矸石细颗粒的存在能够提高矸石充填体的承载稳定性。研究结果有助于简化矿山充填矸石级配,对矿山矸石破碎工作具有一定的工程指导意义。 展开更多
关键词 煤矸石 胶结充填体 粒径级配 声发射信号 裂纹扩展
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粉煤灰-稻壳灰基胶结充填体的力学性能、微观结构及参数优化
13
作者 侯永强 尹升华 +3 位作者 王雷鸣 郑凯丹 杨科 王彦莉 《中国矿业》 北大核心 2025年第8期178-189,共12页
为有效处理电厂废料粉煤灰和稻壳灰,实现固废资源的再生利用,采用粉煤灰、稻壳灰作为原材料制备胶结充填体进行矿山充填,以达到处理固废的目的。本文采用单轴抗压测试、坍落度测试及电镜扫描等试验手段,系统分析了充填体抗压强度、坍落... 为有效处理电厂废料粉煤灰和稻壳灰,实现固废资源的再生利用,采用粉煤灰、稻壳灰作为原材料制备胶结充填体进行矿山充填,以达到处理固废的目的。本文采用单轴抗压测试、坍落度测试及电镜扫描等试验手段,系统分析了充填体抗压强度、坍落度的变化特征,探明了粉煤灰-稻壳灰充填体微观结构的演化规律,并优化了充填体的配比参数。研究结果表明,添加粉煤灰能够提高料浆的坍落度,而稻壳灰、稻草纤维及激发剂掺量的增加均会导致坍落度出现下降的趋势;随着粉煤灰掺量的增加,充填体抗压强度表现出先增大后减小的趋势,合理的掺量范围在10%左右;稻壳灰掺量、稻草纤维掺量及激发剂掺量的增加均能够提高充填体的抗压强度;当粉煤灰、稻壳灰、稻草纤维及激发剂掺量分别为20%、9%、0.4%及2.5%时,胶结充填体强度及坍落度均能满足矿山充填要求,并且单位体积充填材料成本为72.88元/m^(3),可作为本次试验的最佳材料配比方案;养护龄期的延长能够显著降低试样内部空隙结构的数量及尺度,有利于粉煤灰-稻壳灰充填体内部形成更为稳固的网络支撑体系,进而增强试样的宏观力学性能。该研究成果可为粉煤灰及稻壳灰的再生利用、充填材料的配比参数设计提供理论指导和科学依据。 展开更多
关键词 胶结充填体 粉煤灰 稻壳灰 力学性能 参数优化
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基于胶结充填体峰前声发射b值预测峰后应变特征
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作者 叶涛 刘艳章 +4 位作者 秦绍兵 冯毓松 胡谱达 张迪 张贺 《有色金属科学与工程》 北大核心 2025年第4期615-622,共8页
胶结充填体峰后破坏与峰前的能量演化相关,声发射b值能够有效反映声发射能量事件的变化过程,制备灰砂比(指质量比,下同)为1∶4、1∶6和1∶8,养护龄期为7、14、28 d的充填体试样,同时开展单轴压缩和声发射试验,探究其峰前和峰后的应力-... 胶结充填体峰后破坏与峰前的能量演化相关,声发射b值能够有效反映声发射能量事件的变化过程,制备灰砂比(指质量比,下同)为1∶4、1∶6和1∶8,养护龄期为7、14、28 d的充填体试样,同时开展单轴压缩和声发射试验,探究其峰前和峰后的应力-应变曲线和声发射b值特征。结果表明:胶结充填体全应力-应变曲线峰前上升愈陡则峰后下降也愈陡。峰前应变随时间的延长近似呈线性上升趋势,声发射b值先增大后减小;峰后应变随时间的延长出现骤升现象,声发射b值维持在较低值。且峰前声发射b值下降越剧烈,峰后应变骤升越明显,由此提出一种基于峰前声发射b值下降特征的预测指标,其随灰砂比和养护龄期增大而增大,与峰后应变变化一致,即表明此法可在峰前预测峰后的应变特征。 展开更多
关键词 胶结充填体 单轴压缩 应力-应变曲线 声发射b值 峰后应变特征
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胶结充填体-围岩组合体接触面力学特性研究
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作者 王奕仁 吴爱祥 +2 位作者 阮竹恩 卢宏建 武晓军 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2383-2395,共13页
为深入了解同时考虑接触面倾角和粗糙界面下胶结充填体-围岩组合体接触面的力学特性,基于粗糙接触面下不同接触面倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)和灰砂比(1:4和1:8)的组合体试块在单轴压... 为深入了解同时考虑接触面倾角和粗糙界面下胶结充填体-围岩组合体接触面的力学特性,基于粗糙接触面下不同接触面倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)和灰砂比(1:4和1:8)的组合体试块在单轴压缩条件下的破裂特征分析,建立接触面单元理论分析模型,并提出含凸齿接触面的3种应力破坏模式,研究组合体不同倾角接触面的应力特性及粗糙界面抗剪特性。研究结果表明:1)粗糙接触面下界面凸齿处的裂纹扩展是导致组合体强度劣化的关键,接触面倾角和灰砂比对裂纹扩展方式影响显著,当接触面倾角增大时,其破坏形式由充填体剪切破坏逐渐过渡为整体的张拉剪切组合破坏,当灰砂比增大时,充填体表面裂纹增多,围岩组块的破坏程度降低;2)界面约束应力与两组块材料的变形能力有关,在灰砂比不变的前提下,随接触角的增大,界面约束应力先减小后增大,在60°时达到最小;3)基于含围岩凸齿接触面在轴向压缩下的3种破坏模式,通过分析接触单元在凸齿处的抗剪特性,可确定接触面发生剪切破坏时的界面摩擦因数和抗剪强度力学指标的取值范围。该研究结果可为嗣后充填采场揭露充填体稳定性研究及充填体强度设计提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 胶结充填体-围岩组合体 接触面倾角 粗糙界面 力学特性
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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：4
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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：11
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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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胶结充填体抗压强度尺寸效应的试验研究 被引量：13
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作者 甘德清 韩亮 +1 位作者 刘志义 赵海鑫 《金属矿山》 CAS 北大核心 2018年第1期32-36,共5页
尺寸变化会影响材料的力学性能参数,充填体作为一种类混凝土材料,其立方体试件的单轴抗压强度具有显著的尺寸效应。保证灰砂比、料浆浓度和养护龄期等条件一致,研究尺寸变化对胶结充填体单轴抗压强度的影响并结合VIC-3D全场应变测量系... 尺寸变化会影响材料的力学性能参数,充填体作为一种类混凝土材料,其立方体试件的单轴抗压强度具有显著的尺寸效应。保证灰砂比、料浆浓度和养护龄期等条件一致,研究尺寸变化对胶结充填体单轴抗压强度的影响并结合VIC-3D全场应变测量系统对充填体试件的破裂演化过程进行监测。结果表明:胶结充填体的单轴抗压强度随着立方体试件尺寸的增大而逐渐减小,减少近一半,试件的峰值应变随着尺寸的增大而逐渐减小,并稳定在0.9%附近,弹性模量和变形模量随着尺寸的增大而逐渐增大;引入尺寸效应度对试件峰值强度的尺寸效应进行定量分析,尺寸为200 mm的试件的尺寸效应度达到了54%;尺寸较小的试块破坏时表面出现多条裂纹,随着试件尺寸的增大,试件破坏时表面出现显著的宏观破坏带,尺寸较大的试块在达到峰值强度时,局部区域发生严重的损伤断裂,大部分区域并未发生明显的应变变化。 展开更多
关键词 胶结充填体 尺寸效应 抗压强度 破坏模式
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固结粉胶凝材料开发与胶结充填体强度试验 被引量：6
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作者 杨志强 高谦 +2 位作者 陈得信 王永定 何建元 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期69-76,共8页
针对金川矿山开采面临的采矿经济与环保压力,利用酒钢低活性酸性矿渣,开展新型充填胶凝材料开发,获得称为固结粉的早强型新型充填胶凝材料。为了实现固结粉在金川矿山工业化应用,针对金川矿山废石、棒磨砂、戈壁砂和河沙等骨料,开展了4... 针对金川矿山开采面临的采矿经济与环保压力,利用酒钢低活性酸性矿渣,开展新型充填胶凝材料开发,获得称为固结粉的早强型新型充填胶凝材料。为了实现固结粉在金川矿山工业化应用,针对金川矿山废石、棒磨砂、戈壁砂和河沙等骨料,开展了4种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度试验。结果表明,除了戈壁粗砂骨料胶结充填体3 d抗压强度小于设计抗压强度外,其他3种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度均满足金川矿山安全采矿要求,说明早强型固结粉胶凝材料应用于金川矿山充填法采矿中能够替代水泥。 展开更多
关键词 固结粉胶凝材料 低活性酸性矿渣 胶结充填体抗压强度试验 固体废弃物利用 矿山充填采矿法 金川镍矿
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西藏某矿新型胶结材料充填工业试验应用研究
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作者 陈金刚 郭利杰 +1 位作者 何涛 张雷 《中国矿业》 北大核心 2025年第S1期451-459,共9页
新型胶结材料在解决水泥胶结细尾砂充填存在的充填料浆凝结时间长、充填体性能不佳等问题优势显著。本文通过在充填站开展连续跟班取样,检测尾砂浆、充填料浆浓度、灰砂比及充填体强度,系统评价了新型胶结材料胶结细尾砂充填质量,并与... 新型胶结材料在解决水泥胶结细尾砂充填存在的充填料浆凝结时间长、充填体性能不佳等问题优势显著。本文通过在充填站开展连续跟班取样,检测尾砂浆、充填料浆浓度、灰砂比及充填体强度,系统评价了新型胶结材料胶结细尾砂充填质量,并与水泥充填质量对比分析,采用扫描电镜对二者的胶结机理进行了初步分析。结果表明,充填工业试验中尾砂浆、充填浓度实测值及监测值波动幅度较小,仪表监测值与实测值偏差较小,水泥与新型胶结材料充填浓度处于55.57%~57.61%之间;新型胶结材料显著提高细尾砂充填体强度,新型胶结材料充填浓度55.57%,砂灰比8.8,充填体养护7 d、28 d、60 d强度分别较砂灰比4.9,水泥充填体提高40.53%、118.09%、85.58%;充填浓度56.04%,砂灰比12.7,充填体养护7 d、28 d、60 d强度分别较砂灰比8.8,水泥充填体提高142.11%、110.29%、114.19%;扫描电镜显示新型胶结材料充填体内部主要为针棒状钙矾石等水化产物,整体结构密实,对应水泥充填体内部主要为毛刺状水化硅酸钙凝胶,结构疏松。 展开更多
关键词 新型胶结材料 跟班取样 浓度 充填体强度 微观检测
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