高浓度高流动性煤矸石胶结充填材料试验研究

煤矸石胶结充填材料的高浓度高流动性往往不能很好的兼顾。为解决现有充填开采技术中充填材料要么用水量过高(浓度过低)导致井下脱水后影响作业环境,要么浓度过高,流动性和管输性能不好导致堵泵和堵管等问题。通过在胶结充填材料中掺加一定量的水泥、煤矸石粉料(≤0.075 mm)和高效减水剂,利用正交试验和极差分析的方法,研究分析了不同配比的充填材料的流动性和强度性能。综合利用扫描电镜SEM、EDS能谱分析、X荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR) 5种微观分析手段,对煤矸石的微观形貌、元素组成、氧化物含量和矿物组成进行了分析,并对煤矸石的组成和微观结构对宏观性能的影响进行了探究。揭示了决定充填材料性能的主要因素:减水剂是影响充填材料流动性的主要影响因素,水泥次之,煤矸石的组成和微观结构决定了其对于料浆的流动性亦有一定的影响;影响充填材料凝结硬化后强度的主要因素为水泥的用量和减水剂的用量,煤矸石粉料(≤0.075 mm)的用量亦有一定的影响。通过研究分析得出了适合充填开采工况需求的高浓度高流动性(流动度达到305 mm)的充填材料配比,该配比的充填材料凝结硬化后具有良好的强度性能。

煤矿新型胶凝充填材料配比试验及水化机理研究

针对新阳煤矿充填开采,利用粉煤灰、石灰、脱硫石膏等固体废弃物加少量水泥进行新型充填胶凝材料强度试验研究,采用正交试验法确定煤矿新型胶凝材料中水泥、石灰、脱硫石膏和粉煤灰的最佳配比。借助XRD衍射仪和扫描电镜(SEM)研究新型充填胶凝材料的水化机理,揭示了不同龄期胶凝材料的水化产物类型与微观发育形态,最后以该胶凝材料与煤矸石和水按一定比例混合制备充填料浆,并与相同质量浓度下的高浓度胶结充填料浆性能进行对比。结果表明:煤矿新型胶凝材料的最佳配比为水泥∶石灰∶脱硫石膏∶粉煤灰=10%∶1.8%∶9%∶79.2%;新型胶凝材料养护龄期3 d时,水化产物主要以针状存在,通过团絮状、丝状产物相联结;养护龄期到达28 d时,水化产物间主要以团状、块状或成片状物质形式存在,水化产物黏结得较紧密;相同质量浓度下,新型充填材料和高浓度胶结充填材料相比,尽管强度和泌水率等指标略低,但已经满足新阳煤矿充填开采的要求,并极大地降低了胶凝材料的成本。

煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术研究

以新阳煤矿10203充填工作面为研究背景,通过理论分析和数值模拟,对垮落法和充填法开采下的采空区沿空留巷巷道矿山压力进行了对比分析,进一步探究了采空区全部充填后沿空留巷巷道的变形规律。结合高浓度胶结充填体的力学特性,设计了沿空留巷巷内基本支护、加强支护的方式,并将其运用于生产实践。井下应用表明:充填开采后的沿空留巷巷道围岩变形量较小,其变形率仅为8%左右;巷道顶板较为完整,没有发生大的冒落,且巷道煤壁无片帮现象发生;巷道内采用的锚杆、锚索、金属网、单体支柱联合支护安全可靠,支护合理。煤矿高浓度胶结充填开采沿空留巷技术工艺简单,可操作性强,采空区充填完毕后自然形成沿空巷道,而且杜绝了沿空留巷巷道常见的火灾、瓦斯等灾害,具有广阔的应用前景。

煤矿高浓度胶结充填料浆流变特性试验研究

煤矿高浓度胶结充填材料由煤矸石、粉煤灰、水泥等材料混合而成,为得到充填料浆的流变特性,采用旋转流变仪,通过试验得到充填料浆的剪切速率-剪切应力流变曲线图,经回归分析确定了料浆的屈服应力和粘度系数,确定了流变模型和流变方程。分析了流变参数随时间的变化规律,得到了管道输送阻力损失算式,单位长度的管道输送阻力损失是管道内径、料浆输送剪切速率和时间的函数,分析结果可以为充填系统的设计提供技术参数和依据。

煤矿高浓度胶结充填料浆管道输送阻力试验研究

为研究煤矿高浓度胶结充填材料在管道输送过程中的阻力损失特性,进行了不同浓度和不同粉煤灰含量条件下充填料浆的环管试验,得到了高浓度胶结充填料浆管道输送过程中的沿程阻力损失值和局部阻力损失值。研究结果表明,高浓度胶结充填料浆管道输送阻力损失值随料浆浓度的增加而增加,随粉煤灰含量的增加而增加,料浆浓度增加0.5%,沿程阻力损失会增加6.17%~21.08%,局部阻力损失增加7.48%~12.24%;粉煤灰含量增加2%,沿程阻力损失会增加6.5%~15.24%,局部阻力损失增加2.16%~5.42%。

吴集铁矿(南段)采空区稳定性及处理措施研究

针对吴集铁矿矿体赋存特点,主要从应力变化方面分析了采空区失稳冒落的危害、主要原因和影响因素,并提出了高浓度全尾砂胶结充填的采空区治理措施,充填料浆浓度及尾砂利用率高,为矿山治理采空区和充分利用矿山废料提供了依据。

高浓度胶结充填材料在空洞型采空区中的应用

针对空洞型采空区充填治理传统水泥浆泌水率高、结石率低、水料分散性大、治理成本高昂等问题,提出高浓度胶结材料充填治理技术。以风积砂为充填骨料,通过室内试验开展高浓度胶结材料强度、凝结时间、坍落度、分层度、泌水率、结实率等物理力学与流变特性测试,优选出满足强度与输送要求的材料配比;以陕北某工业广场下伏废弃小窑采空区治理为对象,通过钻探、钻孔窥视与三维激光扫描综合探查采空区,查明了采空区赋存状态及煤柱分布,定量计算出了采空区空洞与空隙体积,为采空区精准设计提供依据;根据采空区探查结果与高浓度胶结材料性能进行设计及充填治理,综合钻探取芯验证、充填结实体强度测试、场地变形监测3种手段,说明高浓度胶结材料充填达到了采空区治理设计要求,同时充填材料成本降低了32.5%,为空洞型采空区低成本、高效治理提供了新途径。

山东黄金集团生产矿山充填技术现状与展望

充填采矿法是一种采矿回采率高、矿石贫化率低、作业安全性高、对地表环境破坏极小的采矿方法,国家已经倡导矿山企业应优先研究采用。山东黄金集团应用充填采矿技术由来已久,取得了十分显著的成效。但随着开采深度的不断加大,充填工艺与技术需要进一步提高和完善。介绍了充填采矿法的特点及新进展,总结了山东黄金集团生产矿山充填采矿法的应用状况,并对充填工艺、技术和材料进行了探索和思考,以期与矿业同行进行交流。

煤矿采空区充填高浓度胶结材料流变特性试验研究

为保证高浓度胶结材料顺利输送到采空区,并控制其堆积效果,选取水泥和粉煤灰为胶结材料,风积砂为骨料,对不同胶结材料配比下高浓度充填浆液流变特性的影响规律进行研究。结果表明:浆液浓度82%,胶骨比1∶5时,浆液的剪切应力、黏度和触变性随粉煤灰占比增大而减小。浆液浓度82%,胶结材料中水泥和粉煤灰比1∶3时,浆液的剪切应力和黏度均较小,触变性随浆体中骨料占比的减小而减小。胶骨比1∶3,胶结材料中水泥和粉煤灰比1∶3时,浆液的剪切应力、黏度和触变性随浆体浓度减小而减小。流动性好且触变性小的浆液材料有利于高浓度充填浆液泵送,即所选浆液需浓度和胶骨比相对较小,粉煤灰含量相对较大,此时浆液的剪切应力和黏度均较小,浆液的流动性较好,触变性较差。

高水速凝尾砂胶结充填工艺在凡口铅锌矿的试验及应用

本文介绍了高水速凝尾砂胶结充填工艺在凡口铅锌矿的试验研究及应用,并分析了该充填工艺的应用效果和影响充填质量的因素,提出了一些有待进一步探讨的问题.该充填工艺与传统的尾砂胶结充填相比,克服了采场充填脱水、漏浆、充填接顶差等方面的问题,而且降低了充填成本,提高尾砂利用率,缩短了作业循环时间,因而具有较好的经济效益和社会效益.

高浓度胶结充填系统管网参数及泵机选择

高浓度胶结充填材料具有环保、经济、安全的特点。为了设计合理的管道泵压输送系统,对汾西矿业集团新阳矿区的充填管道进行分析设计。利用新阳矿堆放的煤矸石和附近灵石县南关电厂的粉煤灰作为细骨料,42.5#普通硅酸盐水泥为胶结材料,加入外加剂、水搅拌,试验得出适合新阳矿的高浓度料浆,充填材料配比为1︰2︰5（水泥︰粉煤灰︰煤矸石）、质量分数为78%~80%、坍落度为22.5~27.8cm。通过充填管道输送参数计算,充填料浆的流速为1.8m/s,选用内径为180mm、壁厚为18mm的耐压无缝钢管。充填料浆最大水力坡度为3.35kPa/m,总输送阻力损失为10.96 MPa,选用HGBS200.14.800型充填专用工业泵能够充分满足新阳矿的充填要求,并保证充填系统的高效、稳定运行。

细粒级尾砂高浓度胶结充填试验研究与工业应用

以某金矿细粒级尾砂高浓度胶结充填为研究背景,通过试验对比分析了料浆浓度和灰砂比对充填体性能和料浆流动性的影响。结果表明:料浆浓度和灰砂比的增加,能显著提高充填体强度;料浆浓度的提高以及灰砂比的降低,均能够提高料浆的流变参数(屈服应力和塑性黏度),使得料浆流动性降低。为提高计量精度和料浆搅拌效果,提出间歇制备连续充填工艺,并进行了料浆浓度为60%和64%的现场工业试验,为细粒级尾砂充填提供技术参考。

安庆铜矿高浓度尾砂结构流充填工艺参数设计

为解决安庆铜矿充填系统工艺技术问题,将现有的分级尾砂充填系统改造为高浓度结构流充填系统。通过对该矿尾砂材料进行取样,在实验室分别进行了全尾砂粒径、物理化学参数测定试验,沉降及泌水试验以及充填料浆扩散度测定试验。根据料浆的沉降性能和扩散度试验结果,设计了48组充填料浆配比试验,并对试块进行了单轴抗压强度测定。研究表明:(1)在该矿现有的分级尾砂中添加一定比例的细尾砂(添加量占总尾砂量15%~20%),可使得充填料浆的均匀性得到较大提升,可以实现充填料浆由现有的两相流转变为结构流;(2)在结构流充填料浆中,当灰砂比为1∶10~1∶4、浓度为70%~72%、28 d标准养护龄期的充填体强度为0.9~3.47 MPa时,可以满足该矿大直径深孔嗣后充填采矿工艺对充填体强度的要求。

高浓度全尾砂充填在上向水平分层胶结充填采矿法中的应用

针对福建源鑫矿业有限公司分级溢流尾砂高浓度充填系统与原分级尾砂充填系统并行运行,存在溢流尾砂井下充填不凝固,存在安全隐患,大量遗留矿柱无法回采;双系统运行工艺复杂、工人劳动强度大、运行成本高、管理难度大和充填质量不易控制等问题,对此进行实验研究以找出科学合理的解决方案。通过研究其他矿山的充填工艺,并对相关文献资料进行分析研究,结合本矿山生产实际,大胆提出了采用高浓度全尾砂胶结充填工艺,并取得了成功。

白象山铁矿微细粒级尾砂分级胶结充填试验研究

为改进白象山铁矿充填料浆流动性、沉降性以及充填体的强度等性能,开展了微细粒级尾砂分级胶结充填试验。结果表明:①产率35%和50%的分级尾砂属于粗粒尾砂,可直接制备充填料浆,其中产率50%的分级尾砂级配最佳。②随着尾砂分级产率的提高,泌水率及沉降速率呈下降趋势,且产率为50%以上时对沉降速率影响较大,反之较小。③产率50%的分级尾砂料浆流动性较好,满足自流输送的要求。④分级尾砂充填体强度比全尾砂胶结试块高,产率50%时达到最高,全尾砂最小。

某金矿全尾砂-人工砂高浓度胶结充填料浆工作特性的试验研究

某金矿拟采用全尾砂-人工砂高浓度胶结充填。为了研究充填料浆的工作特性及相关因素的影响规律,采用配合比正交试验,以料浆浓度、水泥含量和人工砂/尾砂为变量,以单轴抗压强度、塌落度和扩散度为研究目标,开展了对充填料浆强度和流动性的研究。结果表明:料浆浓度和人工砂/尾砂分别对充填料浆的强度和流动性影响最大。在实验范围内,料浆浓度和水泥含量与抗压强度成正相关,料浆浓度增加1%,强度可提高0.05 MPa,水泥含量增加1%,强度可提高0.06 MPa,人工砂/尾砂为4.2时,抗压强度可提高0.07MPa;料浆浓度与流动性成负相关,水泥含量与流动性成正相关,人工砂/尾砂比值为4.2时,塌落度可提高1.78cm,扩散度可提高10.47cm。试验得出的最佳配合比为:料浆浓度76%,水泥含量10%,人工砂/尾砂为4.2。

煤矿充填开采技术的发展方向探讨

通过对现有煤矿充填开采工业试验和实例的研究和分析,得出研究高浓度胶结充填材料以及相应的输送系统及装备、工作面充填开采工艺、充填综采液压支架及采动影响的监测与评价方法。

煤矿充填技术发展趋势与选用方法

从充填材料、浆体输送、充填效果以及矿山适用4个方面深入分析了目前煤矿广为应用的综合机械化固体充填技术、超高水材料充填技术、膏体充填技术和煤矿高浓度胶结充填技术的特点,剖析了这些技术间的差异,提出了煤矿高浓度胶结充填技术充填开采综合效果最好,是未来充填技术发展方向的论断。同时也探究了煤矿如何选择合适的充填方法,给出结合矿井自身特点,多角度考虑、多方面比对,利用矿井优势弥补充填技术的缺陷,力争充填效益最大化的选用原则和实用性建议,为煤矿选用充填技术提供了指导。

煤矿高浓度胶结充填料浆管道沿程阻力研究

以新阳煤矿充填开采项目为背景,通过流变试验研究高浓度胶结充填料浆的流变特性,确定其流变参数,并结合充填料浆沿程阻力损失的理论计算公式,计算出不同配比下料浆的沿程阻力,最后通过环管试验进行验证。结果表明:高浓度胶结充填料浆的屈服应力和黏度系数随粉煤灰掺量的增加而增大,其流变模型可近似用宾汉模型表示;基于宾汉模型,提出了高浓度胶结充填料浆沿程阻力损失的理论公式;运用该理论公式计算出料浆在水平直管中的阻力损失的理论值;利用环管试验进行验证,其结果与理论值相差不超过3%,无堵管现象,验证了理论公式在实际应用中的可靠性。

高浓度胶结充填体强度影响因素试验研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,以水泥、粉煤灰、料浆浓度、养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下四因素对胶结充填体强度的影响,以及不同水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下三因素对胶结充填体坍落度的影响。结果表明:养护龄期对充填抗压强度影响最大,最不敏感的是粉煤灰含量;水泥含量对充填体坍落度的影响最大,最不敏感的是料浆浓度。同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即水泥含量10%、粉煤灰含量20%、料浆浓度80%、养护时间为28 d,其单轴抗压强度为4.68 MPa,坍落度为243 mm,能够满足充填开采的要求。