基于核磁共振的矿山充填料浆水分和孔隙演变研究.pdf

中图分类号U D C1 驴叁坚硕士学位论文学校代码至Q 曼圣密级公珏基于核磁共振的矿山充填料浆水分和孔隙演变研究N M Rs t u d i e so fw a t e ra n dp o r ee v o l u t i o ni nm i n eb a c k f i l ls l u r r y作者姓名艾凯明学科专业矿业工程研究方向采矿工程学院 系、所 资源与安全工程学院指导教师周科平副指导教师论文答辩日燧竺 e 暨答辩委员会主席中南年l拳／＼■广月 万方数据 学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名乏纽．。蜘日期雄年』月埘学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名互丝塑．曼目 万方数据 中南大学硕士学位论文摘要基于核磁共振的矿山充填料浆水分和孔隙演变研究摘要随着我国采矿技术的发展和国家对矿山生态环境的进一步重视，充填采矿法在我国矿山实际生产中的应用逐步推广。然而，由于我国矿山的矿床赋存条件、围岩性质、选矿方法、运营成本、技术水平、生产规模等有着很大的差异性，各个矿山的充填采矿法的具体方案各不相同。充填料浆的配比方案将直接影响充填料浆的输送性能、充填料浆硬化后的力学性能和矿山的生产成本等。充填料浆硬化过程中，充填料浆中的水分、孔隙分布和强度随龄期发生变化。充填料浆硬化后称之为充填体。充填体的宏观力学性质，如抗压强度与孔隙结构分布和含水率有着密切的联系。此外，充填体中的水分和孔隙演变与充填体的干燥收缩有着密切的关系。因此，研究充填料浆的硬化过程中的水化和孔隙分布变化对于分析充填料浆的硬化机理、充填体宏观力学性能有着重要的意义。本文开展了充填料浆的室内正交配比试验和核磁共振试验，运用多指标综合评价法对正交试验结果进行分析，从而得到充填料浆的最优方案；采用低场核磁共振技术动态监测充填料浆中的水分和孔隙结构演变；探讨细观孔隙与宏观力学特性的关系。本文主要研究内容包括如下几个方面 1 在分析前人对于充填配比方案优化的研究的基础上，开展充填料浆正交配比试验，对正交试验结果进行多指标综合评价，得到充填料浆的最优方案。此方法克服了正交试验分析中单指标分析结果的矛盾性，能够满足矿山实际生产需要。 2 对新搅拌的充填料浆进行的连续的核磁共振C P M G 试验，研究新拌充填料浆早期水化过程中水分分布与演变规律。试验结果表明，新拌充填料浆早期水化过程中存在3 中不同束缚状态的物理结合水，即固体颗粒表面的吸附水、颗粒之间的孔隙水和充填料浆表面的自由水。充填料浆的T 2 谱分布表明，吸附水所占比重最大，其值在9 9 ％以上。T 2 谱峰面积的变化能够反映各种不同状态的水分的量的变化和转换关系，为研究新拌充填料浆的泌水性、水化进程、和评定料浆的和易性提供依据。 3 采用低场核磁共振C P M G 试验对充填料浆硬化过程 0 - 7 d 进行连续观测，得到充填料浆T 2 谱分布随龄期的演变规律。试验结果表明，当室温为2 6 ℃时，充填料浆中物理结合水和孔隙尺寸呈现指数衰减模式，并在5 0 h 后趋于稳定。低场核磁共振技术能够检测到充填料浆硬化过程中 万方数据 中南大学硕士学位论文摘要物理结合水和孔隙尺寸的动态变化，反映充填料浆的硬化进程。 4 运用低场核磁共振技术研究不同质量浓度、灰砂比、减水剂掺量、粉煤灰掺量、砂掺量和水玻璃掺量的充填料浆孔隙分布的差异性。试验结果表明，添加减水剂将推迟充填料浆的硬化，对于后期孔隙的加权平均孔径没有影响，但是掺减水剂的充填料浆中的孔隙尺寸更集中，小尺寸孔隙相对较少。质量浓度和灰砂比越高的充填料浆，硬化后其孔隙加权平均孔径越小。添加粉煤灰和砂后，充填料浆中孔隙的加权平均孔径均增大。掺水玻璃后，则充填料浆硬化速度加快，其孔隙的加权平均孔径将减小，但7 d 以后，水玻璃对于充填料浆的加权平均孔径没有很大的影响。 5 在不同的龄期，采用万能试验机和核磁共振仪对充填体和水泥净浆分别测试，得到充填体和水泥净浆的单轴抗压强度和孔隙度。运用数学拟合获取了充填体和水泥净浆的单轴抗压强度、孔隙度与龄期的关系，以及水泥净浆的单轴抗压强度和孔隙度的关系。图7 0 幅，表1 3 个，参考文献8 3 篇。关键词充填料浆；充填体；多指标综合评价；低场核磁共振；水分变迁；孔隙分布；硬化分类号T D 8 5 万方数据 中南大学硕士学位论文A b s t r a c tN M Rs t u d i e so fw a t e ra n dp o r ee v o l u t i o ni nm i n eb a c k f d ls l u r r yA b s t r a c tW i t ht h ed e v e l o p m e n to fm i n i n gt e c h n o l o g ya n df u r t h e re m p h a s i so nt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fm i n ei nC h i n a ，t h ea p p l i c a t i o no fb a c k f i l lm e t h o di sc o n t i n u o u sg r o w i n gi nt h ea c t u a lp r o d u c t i o no fm i n e s ．D u et ol a r g ed i f f e r e n c e si nc o n d i t i o n so fm i n i n gd e p o s i t s ，t h ep r o p e r t i e so fs u r r o u n d i n gr o c k ，m i n e r a lp r o c e s s i n gm e t h o d s ，o p e r a t i n gc o s t s ，t e c h n o l o g i c a ll e v e l ，p r o d u c t i o ns c a l ea tv a r i o u sm i n e si nC h i n a ，t h es p e c i f i cp r o g r a m so fb a c k f i l lm i n i n gm e t h o d sv a r yf r o mo n et oa n o t h e r ．T h er a t i oo ff i l l i n gs l u r r yw i l ld i r e c t l ya f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ef i l l i n gs l u r r yt r a n s p o r t a t i o n ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fh a r d e n e df i l l i n gs l u r r ya n dt h ep r o d u c t i o nc o s t sa n dS Oo n ．D u r i n gt h eh a r d e n i n gp r o c e s so ff i l l i n gs l u r r y , t h em o i s t u r e ，p o r es i z ed i s t r i b u t i o na n ds t r e n g t hc h a n g e sw i t ht h ec u r i n ga g e ．T h eh a r d e n e df i l l i n gs l u r r yi sn a m e db a c k f i l lb o d y ．T h em a c r o s c o p i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ef i l l i n gb o d y , s u c ha st h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hi sc l o s e l yl i n k e dt ot h ed i s t r i b u t i o no fp o r es t r u c t u r ea n dt h em o i s t u r eo ff i l l i n gb o d y ．I na d d i t i o n ，t h em o i s t u r ea n dp o r o s i t ye v o l u t i o ni nf i l l i n gb o d ya r ec l o s e l yr e l a t e dt ot h ed r y i n gs h r i n k a g eo ff i l l i n gb o d y ．T h e r e f o r e ，t h es t u d yo nt h ec h a n g e so ft h em o i s t u r ea n dp o r es i z ed i s t r i b u t i o nd u r i n gt h eh y d r a t i o na n dh a r d e n i n gp r o c e s si nb a c k f i l ls l u r r yh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ef o rt h ea n a l y s i so ff i l l i n gs l u r r yh a r d e n i n gm e c h a n i s m ，m a c r o s c o p i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ef i l l i n gb o d y ．T h i sp a p e rc o n d u c t e di n d o o ro r t h o g o n a lm a t c h i n gt e s t sa n dN M R N u c l e a rM a g n e t i cR e s o n a n c e t e s t so nf i l l i n gs l u r r y ．T oo b t a i nt h eo p t i m a lr a t i os o l u t i o no ff i l l i n gs l u r r y , o r t h o g o n a lt e s tr e s u l t sw e r ea n a l y z e db yu s i n gt h em u l t i i n d e xc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ．T h ew a t e ra n dp o r es t r u c t u r ee v o l u t i o ni nt h ef i l l i n gs l u r r yw a sm o n i t o r e dd y n a m i c a l l yb yu s i n gl o w - f i e l dN M Rt e c h n i q u e s ．T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i c r o s c o p i cp o r es i z ed i s t r i b u t i o na n dm a c r o m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ff i l l i n gs l u r r yw a si n v e s t i g a t e d ．I nt h i sp a p e r , t h es t u d i e si n c l u d et h ef o l l o w i n ga s p e c t s 1 O nt h eb a s i so fA n a l y z i n gt h ep r e v i o u sw o r k so nt h eo p t i m i z a t i o no ft h ef i l l i n gr a t i o ，t h eo r t h o g o n a lr a t i ot e s to ff i l l i n gs l u r r yw a sc a r r i e do u t ．T h eo r t h o g o n a lt e s tr e s u l t sw e r ea n a l y z e db yt h em u l t i i n d e xe v a l u a t i o n ，t h u st h eo p t i m a lr a t i oo ff i l l i n gs l u r r yw a sg a i n e d ．T h i sm e t h o dw h i c hm e e t st h ea c t u a l 万方数据 中南大学硕士学位论文A b s t r a c tp r o d u c t i o nn e e do fm i n e so v e r c o m e st h ec o n f l i c t sb e t w e e ns i n g l ei n d i c a t o r si nt h ea n a l y s i so fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ． 2 C o n s e c u t i v eN M RC P M Gt e s t so nt h ef r e s hf i l l i n gs l u r r yw e r ec o n d u c t e dt os t u d yt h ed i s t r i b u t i o na n de v o l u t i o no fw a t e ri nt h ee a r l yh y d r a t i o np r o c e s so fb a c k f i l ls l u r r y ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep h y s i c a l l yb o u n dw a t e rp r e s e n c e st h r e ed i f f e r e n ts t a t e si nt h ee a r l yh y d r a t i o np r o c e s so fb a c k f i l ls l u r r y , n a m e l yt h ea d s o r b e dw a t e ro nt h es u r f a c eo fs o l i dp a r t i c l e s ，p o r ew a t e rb e t w e e ns o l i dp a r t i c l e sa n df r e ew a t e ri nt h es u r f a c eo ft h ef l e s hf i l l i n gs l u r r y ．T h e T 2s p e c t r u md i s t r i b u t i o no ft h ef i l l i n gs l u r r ys h o w st h a tt h ec o n t e n to fa d s o r b e dw a t e ri sa m o n gt h el a r g e s tp r o p o r t i o n ，w h i c hi sm o r et h a n9 9 ％．T h ec h a n g e so fT 2p e a ka r e a sr e f l e c tc h a n g e si nc o n t e n t so fv a r i o u ss t a t e so fw a t e ra n dt r a n s f o r m a t i o nr e l a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n ts t a t e so fw a t e r ．T h i sp r o v i d e se v i d e n c ef o rs t u d y i n gw a t e rb l e e d i n g ，h y d r a t i o np r o c e s s ，a n da s s e s s i n gt h ew o r k a b i l i t yo ft h es l u r r y ． 3 T og e tt h ee v o l u t i o nr o l eo fb e t w e e nT 2s p e c t r u md i s t r i b u t i o na n dc u r i n gt i m ei nt h ef i l l i n gs l u r r y , c o n t i n u o u so b s e r v a t i o n 0 - 7 d f i l l i n gs l u r r yw a sc o n d u c t e db yu s i n gt h el O W f i e l dm a g n e t i cr e s o n a n c eC P M Gt e s td u r i n gt h eh a r d e n i n gp r o c e s so ff i l l i n gs l u r r y ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e nt h et e m p e r a t u r ei s2 6 ℃，t h ep h y s i c a l l yb o u n dw a t e ra n dp o r es i z ei nt h ef i l l i n gs l u r r yc o n f o r m e de x p o n e n t i a ld e c a ym o d e ，a n ds t a b i l i z e da f t e r5 0 h ．L o w f i e l dN M Rt e c h n i q u ei sa b l et od e t e c tt h ed y n a m i cc h a n g e so fp h y s i c a l l yb o u n dw a t e ra n dp o r es i z ed u r i n gt h eh a r d e n i n gp r o c e s so ff i l l i n gs l u r r y , w h i c hr e f l e c tt h eh a r d e n i n gs p e e do fs l u r r yf i l l i n g ． 4 t h el o w f i e l dN M Rt e c h n o l o g yw a su s e dt or e s e a r c hp o r et h ed i f f e r e n c e si np o r ed i s t r i b u t i o ni nf i l l i n gs l u r r ya m o n gd i f f e r e n ts o l i dc o n c e n t r a t i o n ，g r a ys a n dr a t i o ，s u p e r p l a s t i c i z e r , n ya s hd o s a g e ，s a n dd o s a g ea n dw a t e rg l a s sd o s a g e ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a ta d d i n gs u p e r p l a s t i c i z e rw o u l dd e l a yt h eh a r d e n i n gp r o c e s so ff i l l i n gs l u r r ya n dd i dn o ta f f e c tt h ew e i g h t e da v e r a g ep o r es i z ei nt h ef i l l i n gs l u r r y ．B u tt h ep o r es i z ei sm o r ec o n c e n t r a t e da n ds m a l lv o i d sw e r er e l a t i v e l yf e w e ri nt h ef i l l i n gs l u r r yw i t hs u p e r p l a s t i c i z e r ．W h e nt h em a s sc o n c e n t r a t i o na n dc e m e n tt a i l i n gr a t i oi nt h ef i l l i n gs l u r r ya r eh i g h e r , t h ew e i g h t e da v e r a g ep o r es i z ei Ss m a l l e ri nh a r d e n e df i l l i n gs l u r r y ．A f t e ra d d i n gf l ya s ha n ds a n d ，t h ew e i g h t e da v e r a g ep o r es i z ei nt h eh a r d e n e dl V 万方数据 中南大学硕士学位论文A b s t r a c tf i l l i n gs l u r r yi n c r e a s e d ．21dl a t e r ，c o m p a r e dw i t hf i l l i n gs l u r r yw i t h o u tf l ya s ha n ds a n d ，t h ew e i g h t e da v e r a g ep o r ed i a m e t e ri n c r e a s e d3 2 ％a n d3 2 ％r e s p e c t i v e l yi nf i l l i n gs l u r r ya d d e d5 0 ％a n d10 0 ％f l ya s h ．F o rf i l l i n gs l u r r yw i t h5 0 ％s a n d ，i t sw e i g h t e da v e r a g ep o r ed i a m e t e ri n c r e a s e d5 2 ％．A f t e ra d d i n gw a t e rg l a s s ，t h eh a r d e n i n gs p e e dw a sa c c e l e r a t e di nt h ef i l l i n gs l u r r y ,a n dt h ew e i g h t e da v e r a g ep o r es i z eo fi t sp o r e sw a sr e d u c e d ．H o w e v e r , t h ew a t e rg l a s sh a dn og r e a ti n f l u e n c eo nt h ew e i g h t e da v e r a g ep o r es i z eo ff i l l i n gs l u r r ya f t e r7 d a y s ． 5 A td i f f e r e n tc u r i n gt i m e ，t h eu n i a x i a lc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dp o r o s i t yo fb a c k f i l la n dc e m e n tp a s t ew e r eo b t a i n e db yu s i n gau n i v e r s a lt e s t i n gm a c h i n ea n daN M Rs p e c t r o m e t e r ．M a t h e m a t i c a lf i t t i n gw a su s e dt og e tt h et i m ed e p e n d e n c eo fu n i a x i a lc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dp o r o s i t yo fb a c k f i l ls l u r r ya n dc e m e n tp a s t e ，a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eu n i a x i a lc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n dp o r o s i t yo fc e m e n tp a s t e ．K e y w o r d s f i l l i n gs l u r r y ；b a c k f i l lb o d y ；m u l t i i n d e xc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；l o w - f i e l dN M R ；w a t e rc h a n g e s ；p o r ed i s t r i b u t i o n ；h a r d e n i n gC l a s s i f i c a t i o n T D 8 5V 万方数据 中南大学硕士学位论文目录目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．IA b s t r a c t ．⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．．I I I1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 ．1 研究目的和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 ．2 ．1 充填体配比优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 ．2 ．2 充填料浆微观结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21 ．2 ．3 充填料浆影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 ．2 ．4 核磁共振在工程中的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 ．3 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 ．4 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一42 充填体多指标正交优化试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．52 ．2 多指标正交综合评价模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一52 ．3 充填体正交试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一72 ．3 ．1 试验材料与设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72 ．3 ．2 试验方案与步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92 ．4 多指标综合满意度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 22 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 63 基于核磁共振的充填料浆硬化研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 73 ．1 低场核磁共振基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 73 ．1 ．1 核磁共振现象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 73 ．1 ．2 自旋回波及C P M G ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 73 ．1 ．3N M R 测物理结合水⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 93 ．1 ．4N M R 测孔隙分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 93 ．1 ．5T 2 谱的反演⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 13 ．2 充填料浆早期水化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l3 ．2 ．1 材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 23 ．2 ．2T 2 谱分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 43 ．2 ．3T 2 谱面积分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 53 ．3 充填料浆硬化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 73 ．3 ．1 样品制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 8V 万方数据 中南大学硕士学位论文目录3 ．3 ．2 测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 83 ．3 ．3 充填料浆T 2 谱分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 83 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 24 多因素对充填料浆孔隙演变的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 34 ．1 试验材料与设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 34 ．2 试验方案与步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 34 ．3 减水剂对充填料浆孔隙分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 64 ．3 ．1 减水剂的发展历程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 64 ．3 ．2 减水剂的作用机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 74 ．3 ．3 结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 74 ．4 浓度对充填料浆孔隙分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 l4 ．4 ．1T 2 谱分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 14 ．4 ．2 加权平均弛豫时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 34 ．5 灰砂比对充填料浆孔隙分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 44 ．5 ．1T 2 谱分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 44 ．5 ．2 加权平均弛豫时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 64 ．6 粉煤灰对充填料浆孔隙分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 74 ．6 ．1T 2 谱分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 74 ．6 ．2 加权平均弛豫时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 04 ．7 砂对充填料浆孔隙分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 14 ．7 ．1T 2 谱分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯514 ．7 ．2 加权平均弛豫时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 34 ．8 水玻璃对充填料浆孔隙分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 44 ．8 ．1T 2 谱分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 44 ．8 ．2 加权平均弛豫时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 64 ．9 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 75 基于N M R 的充填体孔隙度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 95 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 95 ．2 实验材料与设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 95 ．3 实验方案和步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l5 ．4 结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 25 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 76 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8V 万方数据 中南大学硕士学位论文目录6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 86 ．2 主要创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 96 ．3 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．71攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 7致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 8 万方数据 中南大学硕士学位论文1 绪论1 绪论1 ．1 研究目的和意义随着我国采矿技术的发展和国家对矿山生态环境的进一步重视，充填采矿法在我国矿山实际生产中的应用逐步推广。然而，由于我国矿山的矿床赋存条件、围岩性质、选矿方法、运营成本、技术水平、生产规模等有着很大的差异性，各个矿山的充填采矿法的具体方案各不相同。充填料浆的配比方案将直接影响充填料浆的输送性能、充填料浆硬化后的力学性能和矿山的生产成本等。因此，研究矿山充填料浆的合理配比对于矿山的低成本高效率生产有着现实的意义。充填料浆硬化过程中，充填料浆中的水分、孔隙分布和强度随龄期发生变化。充填料浆硬化后称之为充填体。充填体的宏观力学性质，如抗压强度与孔隙结构分布和含水率有密切的联系。因此，充填体的微观结构决定充填体的宏观物理力学性质。此外，充填体中的水分和孔隙演变与充填体的干燥收缩有着密切的关系。因此，研究充填料浆的硬化过程中的水化和孔隙分布变化对于分析充填料浆的硬化机理、充填体宏观力学性能有着重要的意义。1 ．2 国内外研究现状矿业是国民经济的支柱产业【1 】。尾矿充填采空区既可减少甚至消除废料堆放，控制地压和预防岩爆灾害，还可防止地表塌陷，提高资源回收率【2 1 。充填采矿技术由干式充填、混凝土充填、风砂充填、水砂充填、全尾砂充填，发展为高浓度全尾砂充填，并在