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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