建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭,最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本,采用化学优化剂对镁渣进行源头改性,抑制镁渣冷却粉化,稳定水化活性,协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废,研发了改性镁−煤渣基胶凝材料。采用改性镁−煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求,设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验,优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示,井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%,钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求,成功回收了建筑物下压覆煤炭资源,社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴,同时为我国大型煤炭基地的“煤−电−化−冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。

高寒露天矿区渣土基质粒度组成及养分特征

以青海省木里与江仓露天煤矿区渣土为研究对象,采集了矿区渣土样品20个,未受人为扰动和污染的沼泽草甸土壤样品17个作为背景值。通过测试分析矿区渣土和沼泽草甸土壤的粒径组成,发现两个矿区渣土粒级组成与沼泽草甸土壤相同,含量由高到低依次为粉粒-砂粒-黏粒,但是在组成比例上存在差异,沼泽草甸土壤粉粒的含量更为丰富。根据土壤质地分类标准,木里矿区的渣土归属于粉壤土,江仓矿区的渣土归属于粉壤土和壤土,以粉壤土为主,沼泽草甸土壤兼具粉壤土与壤土的特性。同时,对矿渣土的pH、有机碳、全钾、全磷、全氮、碱解氮、速效氮、有效磷、速效钾等指标进行统计分析,结果表明两个矿区的渣土pH值偏碱性且有机质含量低,全量养分与沼泽草甸土壤存在差异,其中全氮的含量远低于沼泽草甸土壤,全钾的含量略高于沼泽草甸土壤。速效养分中的速效氮含量非常贫瘠,有效磷与速效钾的平均含量均高于沼泽草甸土壤,尤其是速效钾更明显。相关性分析显示矿区渣土的黏粒与所有养分均呈正相关,粉粒、砂粒与养分关系逐渐减弱,因此在土壤修复和重构过程中不仅要关注渣土养分的变化,还应该改善渣土基质粒径的结构比例,加速土壤熟化,完善土壤-植物-微生物体系,构建适应高寒矿区植被生长的土壤。

钢渣在矿山充填胶凝材料中的水化硬化性能研究现状分析

将钢渣应用于制备矿山充填胶凝材料是资源利用的重要途径之一,本文分析了不同处理工艺和产地来源对钢渣物理和化学性质的影响规律,探讨了6种钢渣充填胶凝体系的水化硬化机理和协同作用机制,梳理了钢渣在矿山充填材料应用中的优势、不足和发展趋势。研究表明:(1)脱硫石膏可以促进钢渣的水化和溶解;水泥熟料、矿渣、粉煤灰可为钢渣水化提供碱性环境;硅灰能为钢渣水化提供大量的高反应活性硅。(2)钢渣可以改善充填料浆和易性并提高充填体后期强度,同时也会延长充填材料凝结时间,降低其早期强度。(3)钢渣的掺入可有效增强充填体的塑性变形特征,在煤矿冲击动力灾害风险防控方面有良好的应用前景。

基于矿冶废渣制备充填专用胶凝材料

首先测定了矿冶废渣及原材料的基本化学性质,并根据测试结果研发了复合型强碱性激发剂,用于激发矿冶废渣活性,从而制备出适用于矿山充填专用胶凝材料;通过XRD测试了充填专用胶凝材料硬化体中的水化反应产物,结果表明:支撑充填体强度的主要物质为钙矾石(AFt)和氢氧化钙(CH)、铝胶(AH 8-10)、水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)等。一个AFt分子形成会结合和吸附32个H_(2)O分子,表明矿山充填专用胶凝材料更适合含水量较大的尾砂充填料浆。同时采用SEM分析了不同龄期充填硬化体内部结构,揭露了充填硬化体强度增长规律,并分析了各阶段硬化体产生强度的机理;通过强度试验测试了不同条件下两种胶凝材料充填体强度,结果表明充填专用胶凝材料(KS)制备的充填体强度指标高于水泥(SN)制备的充填体强度,强度值相差1倍。

丛枝菌根真菌对不同铅锌矿渣处理模式生态拦截效果的影响

【目的】丛枝菌根真菌(AMF)作为大多数植物的共生真菌,对植物富集重金属和提高植物耐受性具有积极作用,本研究通过分析丛枝菌根真菌的孢子数和侵染率对不同矿渣处理模式的土壤相关指标、植物生长指标、根系形态、土壤重金属流失量的差异性和相关性变化,揭示AMF对4种处理模式生态拦截效果的影响。【方法】以栾树为主要供试植物,设计4个处理组:CK(100%矿渣)、K0(90%矿渣+5%蘑菇渣+5%CaCO_(3))、S(栾树)、CP(栾树+夹竹桃+香根草),通过模拟矿山玻璃装置系统进行实验。【结果】1)4种矿渣处理模式的AMF土壤孢子密度CP>S>K0>CK,4种矿渣处理模式的土壤孔隙度、含水率、有机质含量变化趋势与孢子数变化趋势一致。脲酶、磷酸酶随着改良剂的增加和植物的种植而增加,与孢子数正相关,过氧化氢酶总体呈现出CK>K0>CP>S组的规律,且差异性显著,与4个处理组AMF孢子数呈现负相关。2)S组与CP组株高、生物量差异明显,S组AMF与植物生物量显著相关,复合种植后,AMF与植物株高、地上生物量和总生物量显著相关与地下生物量极显著相关,植物根系形态提升明显。3)Pb流失量呈现出CK>K0>S>CP的规律,与AMF孢子数负相关,添加改良剂后,土壤Pb流失量大幅度降低。栽种栾树后,土壤流失量逐渐趋于稳定,Zn流失量呈现出K0>CK>S>CP的规律,添加改良剂后,孢子数增加,Zn流失量高于空白组,种植栾树,AMF提升明显,Zn流失量显著减少,稳定性增加。【结论】AMF对土壤的酸碱度具有调节作用,同时AMF对植物的生长与发育存在一定的正向促进作用。植物复合种植根系更复杂,更能促进AMF的生长和传播以及增加植物之间的养分和水分共享,还能够渗透入土壤深层影响Pb和Zn元素的迁移和转化。植物Zn、Pb含量主要集中在根系部分,AMF与流入植物的Zn、Pb金属相关性主要体现在茎叶上。地下部分AMF对Zn元素的影响显著,在栾树生长阶段AMF作用主要体现在是提高Zn的迁移与转化,以及将其转运至地上茎叶部分,但该作用对于Pb元素的影响效果不明显。

硫酸盐还原菌修复四川某典型铜矿选冶渣复合重金属污染研究

为实现铜矿选冶渣复合重金属污染的修复治理,以四川某铜矿选冶渣为研究对象,采用硫酸盐还原菌为固化/稳定化微生物,探讨了其生长特性、溶液中重金属离子变化规律及修复效果。结果表明,硫酸盐还原菌在修复铜矿选冶渣时生长迅速,适合作为修复复合重金属污染的微生物;由于铁、锌、铜、铅等重金属活性差异较大,因此其固化效果亦有显著差异;修复30 d时,重金属Cu、Pb、Zn、Fe的最佳接种量分别为5%、10%、15%和15%,生物有效性降低率分别为72.36%、98.37%、43.01%和79.31%;随着固化时间的增加,溶液中重金属离子的浓度先增后减,但并不影响其修复效果。因此,硫酸盐还原菌可同时修复多种重金属离子,有效解决某铜矿选冶渣中铁锌铜铅的复合重金属污染。

赤泥基全固废矿井充填材料的制备与性能研究

为实现拜耳法赤泥的资源化利用,采用拜耳法赤泥、电石渣、矿粉和煤矸石等制备了赤泥基全固废矿井充填材料.研究了不同赤泥、电石渣掺量对充填材料力学性能与工作性能的影响,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜及能谱仪(SEM-EDS)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)等微观测试手段,分析了赤泥基全固废矿井充填料浆的水化产物、微观结构演变以及重金属浸出毒性.结果表明:矿井充填材料中,当赤泥占胶凝材料的50%,充填浓度为75%时,充填料浆的流动度可达230 mm,充填料浆硬化体7、28 d的抗压强度分别达到2.29、2.88 MPa,满足大多数矿井充填材料工作性能与力学性能的要求.使用赤泥制备矿井充填材料后,As、Cd、Cr、Pb等重金属离子的浸出浓度显著下降,远低于GB/T 14848—2017《地下水环境质量标准》要求的浸出毒性限制.

微动探测方法在煤矿废渣调查中的应用研究

在废弃煤矿环境问题日益凸显的形势下,堆弃矿渣及煤矸石引起的各种环境问题急需解决。针对煤矸石堆积体调查中遇到的基岩埋深问题,首次提出利用微动探测方法进行探查,并在中国东南部某矿区进行了场地实验,实验中将微动探测方法与钻探相结合,采用标定-推断-验证的工作流程,进行煤矸石-基岩分界面探查工作。研究发现微动探测方法能够较为精确地探测煤矸石堆积体与基岩分界面位置,相较于钻探方法,微动探测方法具有灵活、经济、高效等优点。

钢渣去除酸性矿山废水中硫酸盐的机理研究

我国酸性矿山废水(AMD)中硫酸盐含量普遍较高,寻找一种有效去除废水中硫酸盐的方法,对于酸性矿山废水的治理具有重要意义.鉴于转炉钢渣处理AMD具有较好的应用前景,本文采用单因素实验方法分析了硫酸盐在钢渣处理AMD中的去除效果及机理,结果表明钢渣粒度、废水pH值、固液比、硫酸盐浓度会影响硫酸盐去除效率.当钢渣粒径小于75μm,体系pH为2,固液比为70 g·L^(-1)时,初始硫酸盐质量浓度为2000 mg·L^(-1)时,硫酸盐的去除率最高为79.15%,吸附量分为36.79 mg·g^(-1);动力学分析及机理分析表明,硫酸盐的去除符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,钢渣与硫酸盐间的作用以多层化学吸附为主,同时伴随化学沉淀、静电吸附和表面络合作用.

煤气化细渣疏水-亲水双液炭/灰分离实验

这是一篇矿业工程领域的论文。煤气化细渣是煤气化过程中产生的一种固体废物,其中残炭严重制约了其资源化利用,从煤气化细渣中提取残炭是一个紧迫的问题。本研究应用疏水-亲水双液分离技术来提取煤气化细渣中残碳,其主要的影响因素有搅拌速度、搅拌时间、疏水液体用量、矿浆浓度、矿浆温度和疏水液体种类。疏水-亲水双液分离技术对煤气化细渣有优异的提碳降灰效果,其碳产品的灰分可达30%以下,灰质产品的灰分可达95%以上。通过表征分析揭示了分离机理,结果表明残炭对煤油的吸附强度远超灰质,使得煤油处理过的残炭疏水性大幅度增加,容易被油相捕获。本研究可为煤气化细渣的高效提碳降灰提供重要指导,有助于实现煤气化固废的综合利用。

高寒矿区蛇纹石渣土配制及其改良种植基质的试验——以青海威斯特铜矿为例

针对青藏高原高寒矿区“客土”资源缺乏、土壤结构质量差和植被建造困难等问题,研究蛇纹石渣土与当地原土配制和改良,为植被建造提供种植基质。以青海威斯特铜矿为例,通过土壤模拟、盆栽种植和田间小区试验方法,对矿区蛇纹石渣土与当地原土进行种植基质配制,并通过改良试验确定种植基质的改良方案。蛇纹石渣土与原土不同比例配制极大影响基质的理化性能。蛇纹石渣土与原土配制比例6∶4时,种植基质土壤密度、pH和土壤电导率分别与纯蛇纹石渣土对照(CK)降低2.20%、7.95%和19.88%,土壤毛管孔隙度、田间持水量,以及有效磷、速效钾、全氮和水解性氮的质量分数分别显著增加15.12%、7.02%、75.23%、328.88%、117.65%和32.38%,达到绿化基质基本要求;盆栽种植表明,蛇纹石渣土与原土配制比例6∶4时,单种植披碱草和混种6种草籽等牧草的出苗数较对照CK提高10.34%和25%,披碱草株高、地上生物量、地下生物量分别较对照CK提高7.25%、87.00%和246.95%;田间小区种植试验表明,蛇纹石渣土与原土配制比例为6∶4且添加TG改良剂1 kg/m^(2)、KM 3005保水剂12 g/m^(2)和羊板粪3.12 kg/m^(2)时,羊板粪和TG改良剂梯度试验出苗株高和生物量分别较对照提高38.30%和200.43%、21.43%和358.02%,并得到工程示范应用。蛇纹石渣土与原土按照6∶4配制并通过TG改良剂、保水剂和羊板粪改良后,能达到矿区生态修复的植物种植的基质要求,试验结果对促进青海高寒矿区的生态修复具有重要参考。

低品质固废协同制备绿色充填胶凝材料

随着国家对环境保护要求日趋严苛,水泥价格逐年提高,以水泥作为充填胶凝材料的充填采矿成本不断提高,利用低品质固废开发低成本绿色充填胶凝材料替代水泥,对于提高矿山经济效益具有重要的现实意义。以邯邢地区某磁铁矿选矿全尾砂为骨料,利用周边固废资源进行矿渣基胶凝材料配比优化试验研究,获得矿渣基胶凝材料的配比:盐激发剂13%+碱激发剂11%+矿渣粉76%。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂矿渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.42 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.1倍和2.5倍,成本约为42.5水泥成本的70%。在此基础上,进一步利用钢渣固废,开展钢渣基全固废绿色充填胶凝材料的配比试验研究,获得钢渣基胶凝材料的配比:33%钢渣微粉+14%硫酸盐激发剂+53%矿渣微粉。胶砂比1∶4、料浆浓度66%的全尾砂钢渣基胶凝材料胶结充填体7d、28d强度分别为3.28 MPa和4.50 MPa,分别为42.5水泥强度的3.2倍和2.5倍,成本约为42.5水泥的60%。研究结果可为低成本绿色胶凝材料研发提供新思路。

铝土矿矿碴弃土边坡生态修复及治理方案设计

铝土矿作为一种重要的矿产资源,在全球范围内被广泛开采。然而,铝土矿的开采过程中会产生大量的矿碴和弃土,形成铝土矿矿碴弃土边坡。针对这些问题,研究采用基于植被混凝土的生态修复方案,结合挂网加筋技术,对铝土矿矿碴弃土边坡进行治理。试验结果显示,在5个月内,边坡稳定性系数从1.05增至1.28,植被覆盖率从65%升至92%,证明该方案显著提升了边坡稳定性和生态环境质量。研究所提铝土矿边坡治理方案在提升土壤有机物含量、增强边坡稳定性及促进植被恢复方面表现优异,为矿区生态修复提供了有效手段。

一种无胶凝材料的充填材料:碳化养护镁渣基全固废充填材料

针对全球CO_(2)排放急剧增长和矿山充填材料(水泥)成本高昂两大问题,本研究提出将煤矸石(CG)、镁渣(MS)与粉煤灰(FA)混合,并通过碳化养护制备一种不使用胶凝材料的充填材料的新方法,制备出了两种高强度、低成本、可固碳的镁渣基全固废充填材料(CG-MS (CM))和(CG-MS-FA (CMF))。通过单轴抗压强度(UCS)、X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTG)、压汞(MIP)等试验方法,探究不同养护龄期、不同MS、FA含量对CM和CMF碳化性能的影响。结果表明:碳化养护显著提升了CM和CMF的早期强度,7 d时断裂面在酚酞指示剂下变为无色,达到完全碳化程度。当碳化养护7 d后,CM和CMF的抗压强度达到7.048 MPa和8.939 MPa,比标准养护增长了25.2倍和29.4倍,且CM的抗压强度随着MS含量增加而提升,CMF的抗压强度随着FA含量增加先提升后降低。碳化产物的填充作用使得CM和CMF的微观结构更加致密,同时改善了孔径分布,降低了累计孔隙体积和总孔隙率,促进了强度性能的提升。另外,通过此种碳化养护方式,CM和CMF最高可吸收16.34%的CO_(2)。因此,本研究证实了该方法不仅可以制备出一种不使用胶凝材料的CM和CMF,还可以为固废处置、低成本充填、CO_(2)封存相结合提供一种新的路径。

煤矿井下钻屑渣水分离技术研究

煤矿井下钻孔施工工作中,孔内会排出大量的岩土和煤粉。由于钻孔的特殊性,在钻孔施工时,需向孔内压入一定压力的水帮助排渣,排出的渣土和煤粉在巷道内堆积流动,会存在严重的安全隐患,且不符合文明生产规定。因此,针对上述存在的问题,设计一种煤矿井下煤、岩、水混合物的分离、收集、导流装置,保障施工现场的安全和文明生产。

熟料含量对矿井充填胶固粉质量影响研究

为了减少对自然环境的破坏,保证充填体强度,节约充填胶固粉生产成本,对胶固粉配比进行优化试验。通过调整胶固粉中辅料与矿渣配比以及辅料中熟料与石膏的配比,测试不同熟料含量的充填体试块3,7,28 d抗压强度,研究熟料含量对胶固粉、充填体试块的性能影响。试验结果表明,适当降低熟料含量能提高胶固粉前期抗压强度,并对后期强度影响较小;当石膏含量提升至17.4%、16.8%,熟料含量降低至1.2%、1.8%时,充填试块的前期强度达到最优值;在相同养护龄期下,辅料与矿渣配比为20∶80,熟料掺量为1.8%的充填体试块整体抗压强度最优,可使胶固粉单位生产成本降低约3元。

磷石膏协同多元固废制备矿山充填材料

为解决磷石膏利用率低、对环境危害大与低成本矿山充填材料研制的问题,本文以粉煤灰、钢渣、高炉矿渣为胶凝材料组分,协同磷石膏制备一种新型的磷石膏基矿山充填材料。通过抗压强度、流动度、凝结时间、浸出毒性和微观试验研究了充填材料的工程与环境特性。结果表明:所研制的矿山充填材料的抗压强度、流动度、凝结时间均能满足规范,达到工程应用需求;在养护28 d后,充填材料的重金属元素的浸出浓度都可以满足地下水Ⅲ级标准的要求,不会污染环境和危害人体健康。当钢渣和高炉矿渣的掺量逐渐增加时,抗压强度逐渐升高,流动度和凝结时间逐渐降低;充填材料中主要的水化产物是钙矾石和C—(A)—S—H凝胶,两者都为充填材料提供了主要的强度,且C—(A)—S—H凝胶可以包裹住重金属离子。

地铁隧道盾构施工牵引运输机车车辆选型与计算

随着我国轨道交通行业的快速发展,城市地铁对我国交通路况的改善作用巨大。在地铁隧道施工中,由窄轨工矿电力机车牵引,渣土车、砂浆车、管片车等车辆组成的牵引运输系统具有运输体量较大、运输成本较低、系统维护难度小等优势,所以在地铁隧道施工牵引运输领域得到较好的应用并得到经济回报。然而,由工矿电力机车和运输车辆组成的牵引运输系统根据地铁隧道的盾构开挖直径、坡度、掘进模式、出渣方式等的不同造成各个专业运输机车车辆的选型不同。准确的选型可大大降低施工方设备采购的成本,提高施工过程中由于设备不匹配带来的安全隐患。文章根据不同的施工环境和不同的施工模式对牵引运输系统的工矿电力机车和运输车辆进行计算选型,以保证地铁隧道施工的安全性、可靠性和经济性。

电石渣—脱硫石膏复合激发充填材料性能及微观结构

针对传统充填材料高碳排放、高成本问题,以“绿色矿山”为理念,选用工业固废电石渣、脱硫石膏和矿渣为胶凝组分,以尾矿砂为骨料制备充填材料。利用X射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段研究充填料水化产物及微观形貌,并开展工作性能、力学性能和重金属固化性能试验。结果表明:所开发的充填材料凝结时间和流动度均满足矿山充填工程要求,充填体7、28 d抗压强度可达4.6、7.9 MPa,充填体浸出液中Pb、Zn浓度低于规定限值。电石渣内的氢氧化钙提供碱性环境,脱硫石膏提供硫酸根离子,两者对矿渣内的硅铝质原料复合激发,生成以钙矾石和C-A-S-H凝胶为主的水化产物。大量针棒状结构的钙矾石晶体及网状结构的C-A-S-H凝胶相互穿插,并且与尾砂颗粒紧密结合,随着龄期延长,结构更加致密,使充填体具有良好的力学性能。

酸性矿山废水(AMD)中和渣对As吸附机制研究

利用中和渣富含铁次生矿物的特性,探究其作为吸附材料对废水中As的处理效果及机制,对中和渣的资源化处理处置具有重要的实际指导意义。以石灰乳一段中和渣(一段渣)、二段中和渣(二段渣)、石灰中和渣(石灰渣)和石灰石中和渣(石灰石渣)4种废弃物为吸附材料,采用吸附实验辅以ICP、XRD、FTIR等光谱表征技术研究其对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附特性及机制以期实现以废治污。研究结果表明,4种中和渣对As(Ⅴ)的吸附效果优于As(Ⅲ),石灰石渣对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的拟合最大吸附量高于其他3种中和渣,分别为3.859 mg/g和4.988 mg/g。4种中和渣对As(Ⅲ)的吸附更符合准二级动力学和Freundlich模型,石灰石和石灰渣对As(Ⅴ)的吸附更符合Langmuir模型,吸附过程主要受化学吸附影响。中和渣对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的主要吸附机制为As(Ⅲ)和As(Ⅴ)与铁(氢)氧化物表面羟基官能团的表面络合和配位作用及铁矿物相转变过程中的络合和共沉淀作用。此外,石灰石、石灰和一段渣中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)与铁结合形成新的含砷铁羟基硫酸矿物也是As固定的重要机制。