胶结充填材料由于具有真实的内聚力,其强度特性主要是指抗压强度特别是单轴抗压强度特性。
下面以胶结脱泥尾砂为典型充填材料来进行讨论。
胶结充填材料的莫尔强度包络线可用下式表示∶
式中 c——胶结充填材料的内聚力
(1)抗压强度与水泥含量的关系。使用普通硅酸盐水泥作为胶结剂时,若其他条件不变,则充填材料中的水泥含量越高充填体的抗压强度越大,典型的实验曲线见图
充填体水泥含量与单轴抗压强度的关系曲线
(2)抗压强度与养护时间的关系。在充填采矿中,通常说的胶结充填体强度是指试件养护28天后在实验室试验测得的抗压强度值。事实上,胶结充填体的强度随养护时间的延长而增加,特别是井下恒温恒湿的环境更有利于水泥的长期养护。在水泥含量一定时,实验室测定的胶结充填体的养护特性见图。
水泥含量16%时胶结充填料的养护特性
(3)抗压强度与充填材料颗粒级配的关系。为研究胶结充填材料抗压强度与颗粒级配的关系,Thomas 等曾进行了一组对比试验。所用的充填材料有三种∶一种为普通脱泥尾砂,一种为在普通脱泥尾砂中加入一定量的细微颗粒,一种为普通脱泥尾砂再进行第二次脱泥。这三种材料的颗粒分级如表 所示。
三种充填材料的粒级组成
将这三种充填材料都添加 16%的水泥,制备成胶结充填材料试件,在实验室进行抗压强度试验,所得结果见图。可见,对胶结脱泥尾砂材料来说,并不是颗粒平均粒径越大,试件抗压强度就越高,而是存在一个最佳级配。
(4)抗压强度与料浆浓度的关系。用水力输送的胶结充填材料,其料浆输送浓度实质上反映了水灰比(水与水泥之比)的大小。在混凝土制备中,水灰比一般控制在0.5~ 1.0范围内。而对于质量浓度 50%~70%左右的水力充填料来说,水灰比可能在1.0~ 10.0的范围内。一般地说,当水泥含量一定时,料浆输送浓度越高也即水灰比越小,则胶结充填体的抗压强度就越大.
(5)抗压强度与养护温度的关系。由于矿体开采深度的影响,以及矿山所处区域的气温差异,致使胶结充填材料在井下的养护温度也不相同。试验表明,胶结充填料中水泥含量为 8%时,其最佳养护温度是25~38℃,如图 所示。