胶结充填材料配比试验研究

金文法,李永辉

(1.江西铜业股份有限公司德兴铜矿, 江西德兴市 334224;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

胶结充填材料配比试验研究

金文法1,李永辉2

(1.江西铜业股份有限公司德兴铜矿, 江西德兴市 334224;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

考虑灰砂比、粉煤灰含量、料浆浓度为充填料强度的主要因素,通过正交试验方法设计试验方案,并对试验结果进行方差分析和线性回归处理,提出充填体强度与各个影响因素之间的线性回归方程。

胶结充填;灰砂比;粉煤灰;浓度;正交试验

1 实验设计

1.1 试验材料、试验因素

目前矿山井下充填骨料主要是尾砂、河砂、废石等,本次试验采用的充填骨料为某金矿尾砂。胶凝剂选用325#普通硅酸盐水泥和某电厂磨细粉煤灰。

通过充填体强度影响因素的分析可知,影响胶结充填体强度的因素主要有料浆浓度、灰砂比、粉煤灰、养护时间等。本次正交试验的目的在于考察影响胶结充填体强度的各因素的主次性及影响程度和规律。由于受条件限制,试验暂不考虑井下地压、回采作业等对充填体质量的影响,仅从灰砂比、充填体质量浓度、添加粉煤灰量、养护时间这几个方面入手,研究影响充填体质量的因素。因此,选取料浆浓度(A)、灰砂比(B)、粉煤灰含量(C)3个因素作为正交试验因素。

1.2 因素水平及正交试验设计

根据均衡实验的原则,将各个因素水平控制在最优范围内,为了充分分析3个因素对尾砂胶结充填体强度的影响。本次每个因素选取5个水平,分别是:灰砂比1∶4,1∶6,1∶8,1∶10,1∶15;浓度为60%,63%,67%,70%,73%;粉煤灰添加量:0%,5%,10%,15%,20%。

本次试验采用3因素5水平正交试验设计,见表1。

2 试验结果

试验一共进行了25组,每组浇注7.07cm×7.07cm×7.07cm试块12个,试块在浇注模中养护72h,拆模后放入养护池内进行养护,温度保持在22℃±2℃。养护池内经常喷水,以维持湿度。在养护3,7,28,60d后,采用YSH-2型无侧限压力仪进行单轴抗压试验,每次3块。每组试块强度的平均值见表2。

表1 正交试验安排L25(53)

在此次尾砂胶结充填体的正交试验中,设置了因变量x1,x2,x3,x4,分别表示为:料浆的灰砂比、料浆的质量浓度、粉煤灰含量、充填体的养护天数。利用设计的3因素5水平正交试验的结构矩阵和试验结果,求出强度与各个试验因素的线性回归方程为:

3 试验结果分析

3.1 尾砂胶结充填体强度极差分析

充填体强度试验结果极差分析见表3。

通过对试块3,7,28d单轴抗压强度极差分析,由Rj的大小推知,影响充填试块抗压强各因素的重要性顺序为B-A-C,即灰砂比-料浆浓度-粉煤灰含量。

表2 试块测试数据结果L25(53)

表3 试块单轴抗压强度极差分析

3.2 尾砂胶结充填体强度方差分析

单轴抗压强度方差分析见表4和表5。

经查表得FB≥FA≥FC≥F0.99(4,62)。可以看出A、B、C影响都比较显著,影响大小顺序为B＞A＞C。与前面极差分析一致。根据F值大小可以看出,灰砂比B对充填强度影响相对最大,粉煤灰含量的影响相对最小。

表4 试验强度方差分析

表5 试验28d强度方差分析

4 结 论

(1)实验表明,在胶结充填料中加入适量的粉煤灰可以替代部分水泥,由于粉煤灰属于廉价材料,因此可以降低矿山充填成本。

(2)回归分析表明,水泥含量对充填体强度的影响最大。

[1]饶云章,邓 飞,赵 奎.低廉充填胶凝材料的开发与研究[J].南方冶金学院学报,1998,(8).

[2]饶云章.低廉充填胶凝材料配比试验[J].南方冶金学院学报,1998,(3).

[3]李兴尚.水砂胶结充填材料配合比的优化研究[D].昆明:昆明理工大学,2005.

[4]孙恒虎,黄玉诚.胶结充填技术[M].北京:冶金工业出版社,2002.

[5]陈希孺,等.近代回归分析-原理方法及应用[M].安徽教育出版社,1987.

2009-08-17)

金文法(1967-),男,江西波阳人,采矿工程师,从事采矿管理工作,Email:jinwenfa@163.com。