磷石膏基胶凝充填材料在黄麦岭矿中的应用研究

摘要

磷矿企业生产磷酸过程中产生的副产品磷石膏数量庞大，采用堆存法处理不仅污染环境，而且还浪费资源。论文以黄麦岭磷矿露天转地下开采设计为研究背景，探究将矿山大量堆存的磷石膏制备成磷石膏基胶凝充填材料用于井下充填，研究该矿山的充填料配比问题。这对于磷矿企业磷石膏的井下充填利用具有重要意义，为解决磷石膏的资源化再利用问题提供思路。
　　基于此，论文参考国内外磷石膏基胶凝充填材料的研究成果，通过运用添加不同材料及配比拌和而成的料浆，制备成力学测试试块，采用正交试验测试其力学物理参数，对充填混合料的力学性能、坍落度以及单位充填成本进行数学建模；采用ANSYS数值模拟软件，分析了充填体用于井下充填的安全力学参数；运用MATLAB软件，以充填体力学性能及坍落度为约束条件，分析其单位充填成本最低时的材料配比情况。主要研究成果包括：
　　（1）试验中设计了7种不同材料添加到充填混合料之中，以其中的生石灰添加量为单位质量。研究发现影响充填体力学性能的主要因素有四个：充填混合料的质量浓度、充填混合料中磷石膏、水泥以及破碎废石的掺和量的占比水平；充填混合料坍落度的主要影响因素是其质量浓度，拌合水越多充填混合料坍落度越大；水泥掺和量占比水平对单位充填成本的影响最为显著，而其他几项对充填成本影响不明显。
　　（2）结合正交试验数据，可以对充填混合料的力学性能、坍落度以及单位充填成本建立不同的数学模型。
　　（3）通过ANSYS数值模拟软件分析，得出保证采场安全的充填体单轴抗压强度的理论值为2.21MPa。在充填混合料坍落度大于160mm，保证充填体强度的前提条件下，利用MATLAB软件对充填混合料的单位充填成本进行优化分析。当充填混合料的质量浓度为75％，拌和水的pH为12.6，拌和料的具体配比为磷石膏：粉煤灰：破碎废石：生石灰=2：3.3：1.7：1时，单位充填成本可取到最小值为20.420元/m3，此时充填体的强度以及坍落度参数分别为2.90MPa、197mm。
　　通过理论分析、试验探究及数值模拟，运用数学建模的研究方法，得出了充填体强度、坍落度以及单位充填成本的数学函数模型；在保证充填料浆的可输送性及充填体的强度的前提下，给出了最低单位充填成本条件下的各种材料配比。研究结果对于该矿露天转地下开采设计具有重要的现实意义，也为其他矿山企业实现磷石膏资源化再利用提供了解决思路。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2胶凝充填技术应用现状与发展趋势

1.3磷石膏复合胶凝材料研究现状

1.4国内外研究所存在的问题

1.5研究目的与意义

1.6研究的内容以及主要方法

第二章 胶凝充填混合料配比试验研究

2.1胶凝机理

2.2充填材料的强度模型

2.3正交试验

2.4 本章小结

第三章 试验结果数学建模及优化配比分析

3.1 强度试验结果数学建模

3.2 坍落度数学建模分析

3.3 充填单位成本数学模型

3.4 本章小结

第四章 充填配比优化分析

4.1 工程概况

4.2 地采开采方案简介

4.3地采开采方案稳定性数值模拟分析

4.4配比优化

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 展望

致谢

参考文献