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温湿度对某地下铁矿充填体强度的影响
2019-09-18
分析了某地下铁矿充填体强度在养护周期内的变化情况,其强度主要来源于胶凝材 料的水化反应和充填料浆的凝结硬化。认为影响充填体强度的因素除时间外,还有温度和湿度。
Serial No. 604 August. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 604期 2019 年 8 月第 8 期 温湿度对某地下铁矿充填体强度的影响 纪ꢀ 芳ꢀ 王ꢀ 欢ꢀ 郎永忠 马钢(集团)控股有限公司姑山矿业公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 分析了某地下铁矿充填体强度在养护周期内的变化情况,其强度主要来源于胶凝材 料的水化反应和充填料浆的凝结硬化。 认为影响充填体强度的因素除时间外,还有温度和湿度。 关键词ꢀ 全尾砂ꢀ 温度ꢀ 强度 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 08. 025 1 ꢀ 工程概况 某地下铁矿采用上向分层进路充填采矿法开 表 1ꢀ 5 ℃时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度 / MPa 采,年设计生产能力为 200 万 t,而实际生产能力已 逐年上升至 250 万 t,并计划进一步提升至 300 万 t。 由于实际生产能力大于设计能力,导致采、充循环作 业时间缩短,充填体养护时间也随之缩短。 如果充 填体早期强度不足,会给矿山的安全生产造成很大 的困难。 充填体的养护是一个强度逐渐增加的过 程,其强度增长主要来源于充填料浆的水化硬化,该 过程的反应速率对温度非常敏感,同时参与反应的 胶砂比 3 d 7 d 28 d 0. 62 0. 49 0. 41 1 ∶8 0. 12 0. 09 0 0. 18 0. 14 0. 10 1 ∶10 ∶12 1 表 2ꢀ 10 ℃时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度 / MPa 胶砂比 3 d 7 d 28 d 0. 76 0. 58 0. 47 1 ∶8 0. 17 0. 12 0. 08 0. 31 0. 22 0. 18 [ 1-4] 含水量也对水化反应有很大影响 湿度对充填体强度的影响进行分析。 。 本研究对温 1 ∶10 ∶12 1 2 ꢀ 试验过程及结果 本研究使用的试验材料均与现场实际生产相 表 3ꢀ 15 ℃时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度 / MPa 同,为该铁矿的选矿厂产生的全尾砂和马鞍山某公 司生产的胶结剂。 根据某铁矿实际情况,确定充填 试验浓度为 60% ,胶砂比为 1 ∶8、1 ∶10、1 ∶12。 将配 置好的充填料浆浇入标准试模,制作试块尺寸为 胶砂比 3 d 7 d 28 d 1. 01 0. 79 0. 52 1 ∶8 0. 28 0. 22 0. 15 0. 58 0. 37 0. 26 1 ∶10 ∶12 1 7 . 07 cm×7. 07 cm×7. 07 cm,放入恒温恒湿箱养护, 表 4ꢀ 20 ℃时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度 / MPa 调节至需要的温湿度进行养护,达到养护期龄后,分 别对 3,7,28 d 抗压强度数据进行检测和收集。 将 试验材料分别按照胶砂比 1 ∶8、1 ∶10、1 ∶12 配制,配 制浓度为 60% ,在相对湿度为 70% ,温度不同的条 件下养护,根据该地区气候条件,选择温度范围为 5 胶砂比 3 d 7 d 28 d 1. 27 0. 89 0. 62 1 ∶8 0. 46 0. 27 0. 18 0. 81 0. 52 0. 36 1 ∶10 1 ∶12 ~ 30 ℃,考察温度对充填体强度的影响。 试验结果 见表 1 ~ 表 6。 ꢀ 由表 1 ~ 表 6 可知:抗压强度随温度上升而增 加 。以胶砂比1 ∶10为例,在相同的相对湿度条件 表 5ꢀ 25 ℃时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度 / MPa 胶砂比 ꢀ 3 d 7 d 28 d 1. 36 0. 88 0. 65 1 ∶8 0. 48 0. 38 0. 26 0. 80 0. 57 0. 42 1 1 ∶10 ∶12 ꢀ ꢀ 纪ꢀ 芳(1983—),女,工程师,243000 安徽省马鞍山市。 7 7 总第 604 期 现代矿业 2019 年 8 月第 8 期 表 6ꢀ 30 ℃时抗压强度试验结果 表 10ꢀ 湿度 90%时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度/ MPa 不同时间的充填体强度 / MPa 胶砂比 胶砂比 3 d 7 d 28 d 1. 40 0. 94 0. 71 3 d 7 d 28 d 1. 19 0. 91 0. 60 1 ∶8 0. 52 0. 31 0. 23 0. 95 0. 71 0. 47 1 ∶8 1 ∶10 1 ∶12 0. 44 0. 30 0. 19 0. 80 0. 46 0. 35 1 ∶10 ∶12 1 下,5 ℃ 时,3,7,28 d 强度分别为 0. 09,0. 14,0. 49 MPa;10 ℃ 时,3,7,28 d 强度分别为 0. 12,0. 22, 下,相对湿度为 30% 时,3,7,28 d 强度分别为 0. 23, 0. 41,0. 48 MPa;相对湿度为 50% 时,3,7,28 d 强度 分别为 0. 20,0. 38,0. 59 MPa,可见,当相对湿度≤ 0 . 58 MPa。 可见,当温度≤10 ℃ 时,其强度增长缓 5 2 9 0% 时,其强度增长缓慢;相对湿度为 70% 时,3,7, 8 d 强度分别为 0. 27,0. 52,0. 89 MPa;相对湿度 0% 时, 3, 7, 28 d 强 度 分 别 为 0. 30, 0. 46, 0. 91 慢;15 ℃ 时,3,7,28 d 强度分别为 0. 22,0. 37,0. 79 MPa;20 ℃ 时,3,7,28 d 强度分别为 0. 27,0. 52, 0 0 0 . 89 MPa;25 ℃ 时,3,7,28 d 强度分别为 0. 38, . 57,0. 88 MPa;30 ℃ 时,3,7,28 d 强 度 分 别 为 . 31,0. 71,0. 94 MPa。 可以看出当温度≥15 ℃ 时, MPa,可见,当相对湿度≥70% ℃ 时,强度增长加快; 当相对湿度为 70 ~ 90 ℃ 时,强度增长趋势不明显, 并且 3,7 d 强度受湿度影响较小,而 28 d 强度受湿 度影响较大。 强度增加明显快于温度低于 10 ℃ 时;当温度为 20 30 ℃ 时,强度仍随温度上升而增加,但增速放缓, ~ 3 ꢀ 结ꢀ 论 并且 3,7 d 强度受温度影响较大,而 28 d 强度受温 度影响较小。 胶砂比为 1 ∶8、1 ∶12 时,同样显示出该 趋势。 将试验材料分别按照胶砂比 1 ∶8、1 ∶10、1 ∶12 配制,配制浓度为 60% ,在不同的湿度条件下养护, 温度均为 20℃,根据该地区气候条件,选择湿度范 围为 30% ~ 90% ,考察湿度对充填体强度的影响。 ( 1)在其他条件不变的前提下,养护过程中的 温度和湿度不同都会对充填体强度造成影响。 当温 度低于 10 ℃ 时,强度增长缓慢,当温度高于 15 ℃ 时,强度增长加快,当温度高于 20 ℃时,强度增长速 度趋于平稳。 并且,温度对 3,7 d 等早期强度影响 更大,对 28 d 强度的影响相对较小。 当相对湿度低 于 50% 时,强度增长较慢,相对湿度高于 70% 时,强 度增长加快,且继续提高相对湿度对于强度增长无 明显作用。 另外,相对湿度对 3d,7 d 等早期强度影 响较小,而对 28 d 强度影响较大。 试验结果见表 7 ~ 表 10。 表 7ꢀ 湿度 30%时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度/ MPa 胶砂比 3 d 7 d 28 d 0. 63 0. 48 0. 34 1 ∶8 0. 31 0. 23 0. 10 0. 51 0. 41 0. 22 1 ∶10 ∶12 ( 2)对于该铁矿,当温度高于 20 ℃、相对湿度 1 大于 70% 时,即能达到较好的养护效果。 而当温度 低于 20 ℃、相对湿度小于 70% 时,应通过提高胶砂 比、在胶结剂中添加早强剂等方式提高充填体强度, 确保矿井安全,实现安全、高效生产。 表 8ꢀ 湿度 50%时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度/ MPa 胶砂比 3 d 7 d 28 d 0. 89 0. 59 0. 36 1 ∶8 0. 35 0. 20 0. 12 0. 56 0. 38 0. 24 1 ∶10 ∶12 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 1 [ 1]ꢀ 蔡嗣经,王洪江. 现代充填理论与技术[M]. 北京:冶金工业出 版社,2012. 表 9ꢀ 湿度 70%时抗压强度试验结果 不同时间的充填体强度/ MPa [2]ꢀ 任海峰,宋卫东,丁明龙,等. 尾砂胶结充填体强度影响因素正 交分析[J]. 现代矿业,2014(12):152-155. 胶砂比 3 d 7 d 28 d 1. 27 0. 89 0. 62 1 ∶8 0. 46 0. 27 0. 18 0. 81 0. 52 0. 36 [3]ꢀ 罗建祥. 影响胶结充填体强度的因素分析 [ J]. 甘肃冶金, 2 005,27(2):24-25. 1 ∶10 ∶12 [ 4]ꢀ 侯ꢀ 晨,朱万成,张洪训,等. 胶结充填体与矿柱相互作用双轴 加载试验研究[J]. 金属矿山,2019(1):24-28. 1 ꢀ ꢀ 由表 7 ~ 表 10 可知:抗压强度随着湿度上升而 ( 收稿日期 2019-05-05ꢀ 责任编辑ꢀ 王小兵) 增 加 。 以 胶 砂 比1 ∶ 10 为 例 , 在 相 同 的 温 度 条 件 7 8
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