塌陷区膏体处置体宏细观力学行为及协调变形控制研究

发布时间：2020-02-07 17:47

【摘要】：矿山地表塌陷、固体废弃物严重破坏环境是我国金属矿山面临的重大灾害,已成为社会的两大公害。尾矿膏体地表堆存及充填技术的大规模成功应用给地表塌陷区的处置带来了希望,将固体废弃物制备成膏体,输送至塌陷区回填,可实现固体废弃物及塌陷区两大公害的一体化治理。论文以铜坑矿地表活动塌陷区膏体处置工程为背景展开研究,主要研究内容如下：(1)分析了铜坑矿地表塌陷区孕育及致灾影响因素,建立了铜坑矿地表塌陷灾害链式减灾模型,得到了塌陷区处置体的强度特性、渗透-崩解特性,以及回填后处置体的协调变形特性是塌陷区膏体处置需解决的关键问题。(2)开展了人工复合宽粒级散体处置体颗粒群组结构特性实验,发现了处置体的细粒效应,探明了处置体特征参数与废石掺量的变化规律,确定了处置体废石掺量范围；基于改进的小型直剪实验装置,成功开展了处置体流动性、抗剪强度影响因素实验,探明了处置体物料特征对黏聚力c、内摩擦角p、应力-应变关系的影响作用规律,揭示了处置体的黏着摩擦强度机制。(3)开展了塌陷区处置体CT动态实时加载实验,得到了不同废石掺量、水泥添加量条件下处置体动态破裂过程的实时数据,重构了处置体多组份三维模型,提出了处置体细观结构承载破裂演化模式,探明了不同配比条件下处置体破裂过程CT数变化规律,发展了基于CT数的处置体损伤计算公式,揭示了处置体宏细观力学内在关联机制。(4)自制了处置体渗透系数测试仪及定量崩解测试装置,率先开展了处置体渗透特性、崩解特性影响因素实验,探明了废石掺量、废石粒径、处置体特征参数、细粒含量对渗透系数影响规律,建立了考虑细粒效应的处置体渗透系数定量公式,深入研究了废石掺量、水泥添加量对处置体崩解特性影响规律,基于SEM图像分析技术,揭示了处置体的渗透与崩解机制。(5)提出了塌陷区处置体的协调变形及稳定控制措施,率先将关键层理论、拱形理论应用到塌陷区膏体处置中,构建了胶结-非胶结处置体物理模型,计算了回填后处置体的最小拱高与最小拱厚；引入了考虑胶结处置体关键层的回填体沉陷模型,借助PFC2D模拟了不同工况时塌陷区处置过程,采用首次提出的离层因子分析了塌陷区处置效果,确定了最佳处置工艺参数。(6)将研究成果应用到铜坑矿地表活动塌陷区处置中,在塌陷区“平面分区,竖向分层”的基本处置原则下开展了处置体制备、回填工艺方案设计。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD853.34

【参考文献】