膠結充填材料配比試驗研究

金文法,李永輝

(1.江西銅業股份有限公司德興銅礦, 江西德興市 334224;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

膠結充填材料配比試驗研究

金文法1,李永輝2

(1.江西銅業股份有限公司德興銅礦, 江西德興市 334224;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

考慮灰砂比、粉煤灰含量、料漿濃度為充填料強度的主要因素,通過正交試驗方法設計試驗方案,并對試驗結果進行方差分析和線性回歸處理,提出充填體強度與各個影響因素之間的線性回歸方程。

膠結充填;灰砂比;粉煤灰;濃度;正交試驗

1 實驗設計

1.1 試驗材料、試驗因素

目前礦山井下充填骨料主要是尾砂、河砂、廢石等,本次試驗采用的充填骨料為某金礦尾砂。膠凝劑選用325#普通硅酸鹽水泥和某電廠磨細粉煤灰。

通過充填體強度影響因素的分析可知,影響膠結充填體強度的因素主要有料漿濃度、灰砂比、粉煤灰、養護時間等。本次正交試驗的目的在于考察影響膠結充填體強度的各因素的主次性及影響程度和規律。由于受條件限制,試驗暫不考慮井下地壓、回采作業等對充填體質量的影響,僅從灰砂比、充填體質量濃度、添加粉煤灰量、養護時間這幾個方面入手,研究影響充填體質量的因素。因此,選取料漿濃度(A)、灰砂比(B)、粉煤灰含量(C)3個因素作為正交試驗因素。

1.2 因素水平及正交試驗設計

根據均衡實驗的原則,將各個因素水平控制在最優范圍內,為了充分分析3個因素對尾砂膠結充填體強度的影響。本次每個因素選取5個水平,分別是:灰砂比1∶4,1∶6,1∶8,1∶10,1∶15;濃度為60%,63%,67%,70%,73%;粉煤灰添加量:0%,5%,10%,15%,20%。

本次試驗采用3因素5水平正交試驗設計,見表1。

2 試驗結果

試驗一共進行了25組,每組澆注7.07cm×7.07cm×7.07cm試塊12個,試塊在澆注模中養護72h,拆模后放入養護池內進行養護,溫度保持在22℃±2℃。養護池內經常噴水,以維持濕度。在養護3,7,28,60d后,采用YSH-2型無側限壓力儀進行單軸抗壓試驗,每次3塊。每組試塊強度的平均值見表2。

表1 正交試驗安排L25(53)

在此次尾砂膠結充填體的正交試驗中,設置了因變量x1,x2,x3,x4,分別表示為:料漿的灰砂比、料漿的質量濃度、粉煤灰含量、充填體的養護天數。利用設計的3因素5水平正交試驗的結構矩陣和試驗結果,求出強度與各個試驗因素的線性回歸方程為:

3 試驗結果分析

3.1 尾砂膠結充填體強度極差分析

充填體強度試驗結果極差分析見表3。

通過對試塊3,7,28d單軸抗壓強度極差分析,由Rj的大小推知,影響充填試塊抗壓強各因素的重要性順序為B-A-C,即灰砂比-料漿濃度-粉煤灰含量。

表2 試塊測試數據結果L25(53)

表3 試塊單軸抗壓強度極差分析

3.2 尾砂膠結充填體強度方差分析

單軸抗壓強度方差分析見表4和表5。

經查表得FB≥FA≥FC≥F0.99(4,62)。可以看出A、B、C影響都比較顯著,影響大小順序為B＞A＞C。與前面極差分析一致。根據F值大小可以看出,灰砂比B對充填強度影響相對最大,粉煤灰含量的影響相對最小。

表4 試驗強度方差分析

表5 試驗28d強度方差分析

4 結 論

(1)實驗表明,在膠結充填料中加入適量的粉煤灰可以替代部分水泥,由于粉煤灰屬于廉價材料,因此可以降低礦山充填成本。

(2)回歸分析表明,水泥含量對充填體強度的影響最大。

[1]饒云章,鄧 飛,趙 奎.低廉充填膠凝材料的開發與研究[J].南方冶金學院學報,1998,(8).

[2]饒云章.低廉充填膠凝材料配比試驗[J].南方冶金學院學報,1998,(3).

[3]李興尚.水砂膠結充填材料配合比的優化研究[D].昆明:昆明理工大學,2005.

[4]孫恒虎,黃玉誠.膠結充填技術[M].北京:冶金工業出版社,2002.

[5]陳希孺,等.近代回歸分析-原理方法及應用[M].安徽教育出版社,1987.

2009-08-17)

金文法(1967-),男,江西波陽人,采礦工程師,從事采礦管理工作,Email:jinwenfa@163.com。