陳 偉

（新余良山礦業(yè)有限責(zé)任公司，江西 新余 338000）

隨著環(huán)保理念的推進(jìn)，如今地下礦床開采方法都是充填采礦法。要求充填體強(qiáng)度能夠滿足對(duì)礦山采空區(qū)頂板邊幫的應(yīng)力承載作用，避免采空區(qū)塌陷。通常采用各個(gè)礦山的尾砂通過配比試驗(yàn)，得到滿足礦山需要的充填體。

1 試驗(yàn)

1.1 試件制備

本次試驗(yàn)采用的鋼試模尺寸為100×100×100 mm，試模每次澆注前需打油，每塊試件灌漿后搗插10次，分三次完成（共計(jì)30次），脫模時(shí)間需大于24 h，視凝固時(shí)間確定，脫模后即放入養(yǎng)護(hù)水箱（溫度（20±3）℃，濕度＞90%），并用油漆編組，養(yǎng)護(hù)期注意每天給養(yǎng)護(hù)箱加水，保持濕度。試壓時(shí)每組4塊全部做抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本次試驗(yàn)采用TYA-300A型微機(jī)控制恒加載壓力試驗(yàn)機(jī)。該機(jī)從杭州思田科技有限公司引進(jìn)，為EHDC恒加載壓力試驗(yàn)微機(jī)控制系統(tǒng)，適用于非金屬及復(fù)合材料的壓縮試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

全部試件（包括補(bǔ)做試塊）養(yǎng)護(hù)28齡期后，即進(jìn)行試壓，試壓修正后的結(jié)果見表1。

表1 充填膠結(jié)試塊二次回歸正交試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表

10 6 58% 1：6.67 20%11 13.9 70% 1：6.67 20%12 5.8 70% 1：6.67 20%13 10.7 70% 1：6.67 32%14 7.7 70% 1：6.67 8%15 10.7 70% 1：6.67 20%

2.2 試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析

按照二次回歸正交設(shè)計(jì)的15組試驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。各平方項(xiàng)按照下式計(jì)算后變換：

經(jīng)分析可知，縮減回歸方程不失擬合效果，具有預(yù)測(cè)意義?；貧w方程為：

將表中各因素編碼公式代入上式，并整理得到最終的抗壓強(qiáng)度回歸方程為：

式中：z1—為質(zhì)量濃度（%）；

z2—為灰砂比；

z3—為微粉滲入比（%）。

2.3 充填配比參數(shù)的回歸預(yù)測(cè)分析

2.3.1 設(shè)計(jì)質(zhì)量濃度時(shí)不同灰砂比下微粉滲入比與強(qiáng)度關(guān)系

若設(shè)計(jì)充填濃度選擇為80%，其相應(yīng)的微粉滲入比與強(qiáng)度關(guān)系可通過回歸方程得到：

分別設(shè)灰砂比為1:4，1:6，1:10和1:15繪制微粉滲入比和抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線，如圖1所示。

相應(yīng)的，選擇充填質(zhì)量濃度80%、70%、60%，可得到圖1不同濃度下試件強(qiáng)度與微粉滲入比的關(guān)系。

圖1 不同濃度下試件強(qiáng)度與微粉滲入比的關(guān)系

由圖1可知，當(dāng)微粉摻入比越大時(shí)，充填體的抗壓強(qiáng)度越大，在實(shí)驗(yàn)參數(shù)取值范圍內(nèi)，當(dāng)料漿濃度較低的時(shí)候，充填體的抗壓強(qiáng)度隨微粉摻入比的增大，強(qiáng)度提高更快。

2.3.2 設(shè)計(jì)微粉滲入比時(shí)不同充填濃度下灰砂比與強(qiáng)度關(guān)系

若設(shè)計(jì)微粉滲入比為10%，其相應(yīng)的灰砂比與強(qiáng)度關(guān)系可通過回歸方程得到：

分別設(shè)質(zhì)量濃度為65%,70%,75%和80%時(shí)，繪制灰砂比與強(qiáng)度關(guān)系圖，如下圖2不同微粉比下試件強(qiáng)度與灰砂比的關(guān)系所示。

圖2 不同微粉比下試件強(qiáng)度與灰砂比的關(guān)系

從以上關(guān)系可以看出，當(dāng)灰砂比小于0.15左右時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)呈近似線性關(guān)系，增長(zhǎng)較快；當(dāng)大于0.15左右后，增長(zhǎng)速率變緩，且呈非線性關(guān)系；當(dāng)灰砂比大于某一值后，強(qiáng)度還會(huì)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，并且料漿濃度越小，強(qiáng)度負(fù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象越明顯，其中的機(jī)理尚不清楚，可能與微粉與水泥的交互作用有關(guān)。根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，混合使用微粉和水泥的時(shí)候，灰砂比應(yīng)該選用不大于0.15（即小于1:7）。

2.3.3 設(shè)計(jì)灰砂比時(shí)不同微粉摻入比下的充填濃度與強(qiáng)度關(guān)系

若設(shè)計(jì)灰砂比為0.05，其相應(yīng)的充填濃度與強(qiáng)度關(guān)系可通過回歸方程得到：

分別設(shè)微粉摻入比為15%，20%，25%和30%時(shí)，繪制充填濃度與強(qiáng)度關(guān)系圖，如圖3不同灰砂比下試件強(qiáng)度與充填濃度的關(guān)系所示。

從圖3分析，當(dāng)充填濃度大于70%左右后，強(qiáng)度增長(zhǎng)加快，所以在不考慮輸送等其它條件情況下，應(yīng)盡量選擇大于70%的充填濃度。

圖3 不同灰砂比下試件強(qiáng)度與充填濃度的關(guān)系

3 全尾砂正交配比試驗(yàn)分析結(jié)論

（1）通過二次回歸正交試驗(yàn)，建立了充填體強(qiáng)度與質(zhì)量濃度、灰砂比和微粉摻入比關(guān)系的回歸方程式(2.3)；回歸擬合效果好，具有預(yù)測(cè)意義；

（2）實(shí)驗(yàn)表明良礦全尾砂膠結(jié)充填性能良好，在全部15組正交配比和1組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，試塊的平均抗壓強(qiáng)度最小也有2.2Mpa（第8組配比：料漿濃度60%，灰砂比1:20，微粉摻入比10%）；試塊的平均抗壓強(qiáng)度最大可達(dá)22.5Mpa（第1組配比：料漿濃度80%，灰砂比1:4，微粉摻入比30%）；

（3）根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)參數(shù)取值范圍內(nèi)，充填體的抗壓強(qiáng)度與微粉摻入比基本呈正比線性關(guān)系；當(dāng)料漿濃度較低的時(shí)候，充填體的抗壓強(qiáng)度隨微粉摻入比的增大，強(qiáng)度提高更快；第15組配比（料漿濃度70%，灰砂比1:6.67，微粉摻入比20%）試塊平均抗壓強(qiáng)度為10.7Mpa，比對(duì)比組（第16組）的平均抗壓強(qiáng)度2.8Mpa增長(zhǎng)了282%，但合理的微粉摻入比需考慮經(jīng)濟(jì)性要求后再確定；

（4）在實(shí)驗(yàn)參數(shù)取值范圍內(nèi)，當(dāng)灰砂比小于0.15左右時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)呈近似線性關(guān)系，增長(zhǎng)較快；當(dāng)大于0.15左右后，增長(zhǎng)速率變緩，且呈非線性關(guān)系；當(dāng)灰砂比大于某一值后，強(qiáng)度還會(huì)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，并且料漿濃度越小，強(qiáng)度負(fù)增長(zhǎng)的現(xiàn)象越明顯，其中的機(jī)理尚不清楚，可能與微粉與水泥的交互作用有關(guān)。根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，混合使用微粉和水泥的時(shí)候，灰砂比應(yīng)該選用不大于0.15（即小于 1:7）。

（5）質(zhì)量濃度對(duì)充填體的抗壓強(qiáng)度影響最明顯，在實(shí)驗(yàn)參數(shù)取值范圍內(nèi)，充填體強(qiáng)度隨著質(zhì)量濃度的增加而快速增加，綜合考慮良礦情況建議充填料漿的濃度取68%~72%。