深热井巷热害隔离材料复配体系及性能研究

本工作针对深热矿井掘进巷道围岩放热作为主要热源之一导致的井巷高温热害问题,提出延缓或者限制高温围岩向井巷传热的“主动阻/隔热”以实现源头治理热害的研究构想。基于矿山热害学和传热传质学,结合实际巷道的围岩岩性、风流参数等,计算结果证明采用低导热系数的热害隔离材料达到“主动阻/隔热”的理论可行性。运用混凝土学和胶体化学等知识,遴选和自配了热害隔离材料的胶凝材料、骨料、掺和料和外加剂。基于正交试验、实验测试和功效系数分析,获得了热害隔离材料的综合性能最优配比,即粉煤灰用量为水泥的30%(质量分数,下同),可再分散性乳胶粉和聚丙烯纤维掺量分别为胶凝材料的0.5%和0.4%,水灰比为0.6。通过黑红二值化处理和扫描电镜分析发现,最优配比下热害隔离材料的内部微孔密集,分布均匀,且为互不联通的闭孔结构,其数量远大于其他配比。研制出的新型井巷热害隔离材料,其关键性能参数:干密度为602.7 kg/m^(3),抗压强度为2.58 MPa,导热系数为0.1937 W/(m·K),导热系数仅为普通混凝土的0.1133倍,满足井巷高温围岩隔热要求,因此该材料具有广泛应用价值。