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1 绪论 1

1.1 胶结充填采矿技术应用现状 1

1.1.1 国内胶结充填采矿技术应用现状 1

1.1.2 国外胶结充填采矿技术应用现状 3

1.2 胶结充填理论研究现状 3

1.2.1 高浓度料浆流变特性 3

1.2.2 胶结充填系统 5

1.2.3 胶结充填体与围岩作用机制 11

1.2.4 胶结充填体强度理论 12

1.3 胶结充填理论与技术关键难题 13

1.3.1 超细全尾砂界定概念 14

1.3.2 崩落法与充填法联合开采技术 15

1.3.3 胶结充填体与围岩作用关系 16

1.3.4 大规模胶结充填采矿技术地压控制技术 17

1.3.5 胶结充填法应用成本 18

2 高浓度胶结充填材料特征指标 19

2.1 全尾砂材料特征参数指标体系 19

2.1.1 全尾砂粒径级配特征指标 19

2.1.2 料浆流动性和稳定性指标 20

2.1.3 料浆流变特性指标 21

2.1.4 全尾砂沉降特性指标 22

2.1.5 胶结充填体强度指标 22

2.1.6 胶结材料化学成分特性 23

2.2 全尾砂材料特征参数测试结果与分析 23

2.2.1 全尾砂材料化学成分测试结果与分析 23

2.2.2 全尾砂材料物理特性参数测试结果与分析 25

2.2.3 全尾砂粒径分形特征参数测试结果与分析 26

2.3 全尾砂材料各特征参数相关性 27

2.4 胶结充填体强度特性及其影响因素权重分析 30

2.4.1 实验材料与方法 30

2.4.2 实验方案设计 31

2.4.3 胶结充填体强度影响分析 31

3 高浓度胶结充填料浆输送 36

3.1 胶结充填料浆流变特性 36

3.1.1 胶结料浆特性 36

3.1.2 胶结料浆流变模型 39

3.2 胶结料浆输送阻力计算 41

3.2.1 管道输送阻力计算基本理论 41

3.2.2 沿程阻力计算 41

3.2.3 局部阻力计算 42

3.2.4 阻力损失经验公式分析 43

3.3 胶结料浆输送参数计算 45

3.3.1 临界流速计算 45

3.3.2 临界管径计算 46

3.3.3 通用管径计算 47

3.3.4 管壁厚度计算 47

3.4 胶结充填系统选择与优化 48

3.4.1 胶结充填工艺选择 48

3.4.2 地表充填系统优化 48

3.4.3 充填管道网络设计 50

3.4.4 料浆自流输送指标验算 52

3.4.5 料浆流变特性分析 58

3.5 管道输送模拟分析 60

3.5.1 料浆输送管道建模 61

3.5.2 料浆流速分布规律 61

3.5.3 管道压力分布规律 62

3.5.4 料浆浓度对自流输送的影响 64

3.5.5 料浆流量对自流输送的影响 67

3.6 工业应用及效果 68

3.6.1 工程应用实例之一——高浓度全尾砂胶结充填 68

3.6.2 工程应用实例之二——高浓度煤矸石胶结充填 70

4 高浓度胶结料浆固结硬化机制 83

4.1 实验材料 83

4.2 实验过程与方法 85

4.2.1 实验过程 85

4.2.2 实验方法 86

4.3 实验结果与分析 87

4.3.1 水化产物物相分析 87

4.3.2 水化产物电镜扫描分析 91

4.3.3 尾砂级配对强度影响分析 95

4.3.4 胶结剂类型对强度的影响 96

4.3.5 胶结充填体28d强度发展模型 98

4.3.6 胶结充填体长期强度发展模型 105

5 高浓度嗣后充填采场稳定性分析 111

5.1 充填采场围岩破坏特征 112

5.2 充填采场围岩稳定性分级 114

5.3 充填采场开采扰动全过程分析 115

5.3.1 相似材料模型实验 116

5.3.2 开采扰动全过程数值分析 122

5.4 充填采场致灾机理 127

5.4.1 数值分析模型建立 127

5.4.2 数值分析过程描述 127

5.4.3 数值结果分析 128

5.5 充填采场失稳演化模式 130

5.6 充填采场稳定性计算方法 132

5.6.1 矿柱承载计算 132

5.6.2 矿柱安全系数 133

5.6.3 顶板安全厚度计算 133

5.7 充填采场破坏准则 135

5.7.1 顶板安全厚度影响因素分析 135

5.7.2 矿柱安全系数分析 136

6 高浓度胶结充填体与围岩作用机理 139

6.1 胶结充填体三轴压缩能量耗散分析 140

6.1.1 实验方法 140

6.1.2 变形破坏特征分析 142

6.1.3 能耗特征分析 149

6.2 硬岩采场上覆岩层稳动规律 155

6.3 采场充填体与围岩响应特征 157

6.3.1 采场围岩能量等价原理 157

6.3.2 充填体与顶部围岩力学响应特征 158

6.3.3 充填体与侧向围岩力学响应特征 160

6.4 胶结充填体强度匹配动态设计方法 161

6.4.1 采场充填体强度影响因素 161

6.4.2 胶结充填体强度匹配设计及应用 162

7 高浓度胶结充填采场稳定性控制技术及应用 168

7.1 采场工程地质条件 168

7.1.1 矿区交通位置 168

7.1.2 工程地质特征 169

7.1.3 矿山开采状况 169

7.1.4 矿区水文地质 170

7.2 采场地压显现宏观调查 170

7.2.1 地压显现宏观规律调查 170

7.2.2 巷道破坏机理分析 171

7.3 充填采场底部结构稳定性分析 174

7.3.1 底部结构巷道群开挖方案设计 174

7.3.2 底部结构巷道群开挖参数确定 176

7.4 充填采场巷道控制技术 181

7.4.1 充填采场巷道控制技术理论 181

7.4.2 原巷道控制方案分析 181

7.4.3 充填采场巷道控制措施 182

7.5 充填采场控制措施 185

7.5.1 探测充填采场空区 185

7.5.2 优化采场开采顺序 190

7.5.3 优化采场出矿管理 194

7.6 充填采场稳定性监测 195

7.6.1 监测目的与原则 195

7.6.2 监测钻孔及断面类型 196

7.6.3 监测结果与分析 198

7.7 和睦山铁矿高浓度胶结充填技术应用 200

7.7.1 充填体强度选择 200

7.7.2 现场充填实践 202

参考文献 205