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尾砂胶结充填体强度增长规律及强度与固化时间的关系 随着浅部矿产资源的不断开采，大多数矿山面临着地压、岩爆、大变形等技术问题。 1 试验过程和方法 1.1 充填料浆性能测试方法 采用某铁矿全尾砂作为充填骨料，水泥作为胶凝材料开展不同配比下的胶结充填体单轴压缩的力学试验及坍落度试验。具体的试验参数为：灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10，质量浓度设计为66%、68%、70%、72%、74%，每级灰砂比下对应5个级别的料浆质量浓度。首先参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2002）进行充填料浆的坍落度测试，随后进行试块的浇筑，终凝24h后拆模。将终凝拆模后的充填体试样进行养护（养护温度、湿度分别为20℃、93%）。养护龄期达到3、7、28、60d后，在压力机上进行抗压强度试验。 1.2 坍落度与比 坍落度桶的尺寸为：高度30cm，上口直径10cm，下口直径30cm。采用坍落度桶作为试验工具进行不同配比下充填料浆的坍落度测试，以揭示料浆流动性能随质量浓度、灰砂比参数的变化规律。此外，在测试完料浆流动性能后，采用WEW-600D型微机屏显示液压万能试验机对灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10，质量浓度为66%、68%、70%、72%、74%下的充填体开展3、7、28、60d后的单轴抗压强度测试，每组试验测试3个试样，取平均值作为试验数据。 2 试验结果与分析 2.1 质量浓度对充填料浆坍落度的影响 不同配比条件下的充填料浆坍落度测试结果如图1所示。由图1可知，当灰砂比固定不变时，尾砂充填料浆的坍落度指标随着质量浓度的增加基本遵循指数函数递增规律，且水泥含量越高，坍落度曲线越陡，说明下降幅度越大。充填料浆坍落度随质量浓度增大而降低的原因在于质量浓度的增加会导致自由水含量的降低，增大了料浆的黏度，从而导致充填料浆的流动性能随质量浓度的增加呈现出不断降低的趋势。当质量浓度固定不变时，灰砂比对充填料浆流动性能的指标影响程度与质量浓度有密切的联系，具体可概括为：当料浆质量浓度为66%～68%时，灰砂比参数的变化并没有对料浆坍落度指标造成显著的影响，而当质量浓度超过70%后，料浆坍落度指标随着灰砂比的增大呈不断降低的趋势，其原因在于高质量浓度的充填料浆自由水含量较少，而灰砂比的增大意味着水泥含量的增多，而水泥水化反应会消耗部分拌合水，因此导致充填料浆坍落度呈不断降低的趋势。 为得到充填料浆坍落度随质量浓度变化的数学模型，采用Origin数值处理软件对充填料浆坍落度数据进行非线性拟合处理。由图1可知，该矿全尾砂充填料浆坍落度与质量浓度关系为： 式中，A、B、t为与灰砂比、质量浓度相关的常数；x为料浆的质量浓度，%。 2.2 尾砂胶结充填体抗压强度随时间的变化规律 充填体的抗压强度指标对井下充填开采至关重要，若充填体强度过高，会导致充填开采成本增大；若过低，则充填体不能达到支撑采场围岩的作用，因此有必要对充填体的抗压强度指标进行详细的研究。充填体的抗压强度与养护龄期间的关系拟合曲线如图2所示，拟合关系模型如表1所示。由图2可知，尾砂胶结充填体的抗压强度随养护龄期的增长基本遵循指数递增规律，但在不同的灰砂比或质量浓度下充填体的抗压强度增长曲线仍表现出了一定的差异性。当灰砂比固定不变时，质量浓度越高的充填体，其强度演化曲线越陡，说明质量浓度越高，充填体的抗压强度增长越快；当浓度固定不变时，增大灰砂比也能有效提高充填体的抗压强度，但过多地提高灰砂比会增大充填成本，因此适当地提高质量浓度可作为提高充填体抗压强度的有效途径。 由试验结果可知，充填体固化强度随着养护龄期的增加呈增大的趋势，两者间的关系符合指数函数模型。由表1可知，充填体抗压强度与养护龄期间的关系式为 式中，σ 3 充填采矿法 某矿山采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法（图3）进行深部矿体的开采。矿山将矿体划分为矿房、矿柱依次回采。当一步骤矿房回采后进行采空区充填，当充填体达到目标强度后进行二步骤矿柱的回采，并在回采完成后进行充填处理。在矿柱回采过程中，充填体具有吸能及降低能量释放速度的作用，能够有效地支撑采场，保证采场的稳定性，因此可从能量角度分析充填体与矿体的合理匹配 3.1 单位体积胶结充填体比能 结合SIDOROFF提出的有效应力能量等价原理 由式（3）可得单位体积胶结充填体的比能为： 式中，σ 由式（2）得到的充填体固化强度与养护龄期间的关系式，代入式（4）可得： 由式（5）可知，质量浓度与灰砂比固定时，充填体的变形比能与养护龄期呈正相关。 3.2 应力的地质特征 矿岩在未开挖时常处于三维应力状态，而矿岩的刚度与弹性模量均远高于充填体，矿岩采用线弹性模型 假设矿岩的原岩水平应力为σ 对于深部矿体，根据地应力变化规律σ 3.3 砂胶结充填体固结机理 根据能量守