新型充填材料颗粒级配试验研究

以煤矸石为主要充填材料,以粉煤灰为主要胶凝材料,采用复合激发剂对其活性进行激发,配制应用于煤矿的新型充填材料;在充填胶凝材料试验方案确定的条件下,采用均匀设计试验方法,研究不同粒径范围颗粒的分计筛余百分含量对充填材料强度及工作性能的影响,从而确定煤矸石的最优颗粒级配,并经SEM分析验证了较优颗粒级配对充填材料界面过渡区的优化作用。

基于煤矸石综合利用的新型充填材料性能研究

采用不同粒径煤矸石作充填骨料,研究水泥基充填材料和新型充填材料的流动性和抗压强度,并分析其微观结构。结果表明:当充填材料的流动性满足要求时,水泥基充填材料的28d抗压强度最高为1.5MPa,而新型充填材料的抗压强度最高达3.5MPa;粒径在1.18mm^0.075mm和0.6mm^0.075mm时,新型充填材料的28d抗压强度较水泥基的分别提高约1.9MPa和1.7MPa;微观结构表明,新型充填材料中骨料与凝胶体的结合非常紧密,且凝胶体密实,分布均匀;新型充填材料中的C-S-H凝胶体的Ca/Si有很大程度的降低。

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明:充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。

全尾砂新型充填胶凝材料开发及其水化机理探讨

针对司家营铁矿全尾砂,利用石灰、脱硫石膏、矿渣等固体废弃物开展替代水泥的新型充填胶凝材料试验研究,并通过电镜扫描(SEM)和X射线衍射(XRD)分析,研究新型充填胶凝材料激发剂的水化机理,确定激发剂优化配比。研究表明,当料浆质量分数为68%、胶砂比为1∶8、石灰质量分数为3.5%、脱硫石膏质量分数为16.0%时能够满足司家营铁矿南区嗣后充填法采矿对充填体强度的要求。结果显示,新型充填胶凝材料胶砂体与水泥胶砂体相比,结构更致密、产状更粗大,水化产物主要为AFt晶体和无定型C-S-H凝胶,从而大幅度提高了新型充填胶凝材料胶砂体的龄期强度。

矿用新型充填胶凝材料配比实验及其水化机理研究

以某充填矿山为背景,利用脱硫灰渣、水泥熟料、早强剂和矿渣进行矿用新型充填胶凝材料配比实验。采用正交实验确定胶凝材料最优配比,借助X射线衍射和扫描电镜研究新型充填胶凝材料的水化机理,最后进行验证实验和工业应用研究。结果表明:新型充填胶凝材料最优配方为水泥熟料∶脱硫灰渣∶早强剂∶矿渣=4∶17∶0.5∶78.5,最优配方下充填体7 d、28 d单轴抗压强度分别为1.355 MPa、3.870 MPa;新型充填胶凝材料水化产物主要为团絮状C-S-H凝胶和短棒状钙矾石,随龄期增加生成更多C-S-H凝胶和钙矾石,是充填体强度随龄期增加的原因;验证实验的充填体强度相对误差小于1%,强度可靠可进行工业应用;与32.5水泥相比,新型胶凝材料充填体7 d、28 d体积沉缩率分别低31.26%、33.50%,每吨节约成本73元,对提高充填体接顶率与节约矿山生产成本具有重要意义。

铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的开发及应用研究

全尾砂充填法采矿是未来铁矿石开采的发展趋势,降低采矿成本是铁矿充填法采矿的必由之路。以水淬渣粉作为主要原料,采用碱和盐复合激发剂激发,获得了一种全尾砂新型充填胶凝材料—矿山尾砂固结粉(简称矿尾粉,代号为KWF)。与水泥材料相比,矿尾粉成本低、强度高,对含泥量高的全尾砂充填料优势更显著。采用矿尾粉替代水泥用于铁矿充填法采矿,不仅能够降低充填采矿成本,而且还能够实现固体废弃物资源化利用,从而保护环境和无废开采。矿尾粉新型充填胶凝材料已在唐龙新型建材有限公司工业化生产,在东凯矿业公司铁矿山应用,获得了显著的经济效益和社会效益;为在建设中的司家营地区大型贫铁矿充填法采矿奠定了基础。

新型充填胶凝材料在焦家金矿的应用实践

介绍两种新型胶凝材料高水固结材料和尾砂固结材料在焦家金矿的应用效果。新型胶凝材料的突出特点主要是凝固时间短、强度高、成本低、易输送、易生产,适合焦家金矿下向和上向进路充填采矿工艺,在充填实践中取得了良好的效果,新型充填胶凝材料具有广阔的发展前景。

矸石基新型固体充填材料配比优化试验研究

为了研发新型固体充填材料,降低充填采煤成本,提高充填开采效率,对以矸石为基础的单一材料、2种及2种以上的混合材料压实特性进行了研究;通过实验室试验、理论计算等研究方法对材料的宏观变形情况进行了分析,并采用SEM、XRD等技术手段对材料的微观结构和物相组成进行了表征。矸石粒径级配优化试验中,分析了最大粒径和级配系数对压实变形的交互影响,得出最佳级配组合为粒径D=30 mm,级配数n=0.3。矸石-河沙压实变形特性试验中,采用河沙对细矸进行替换,进一步提高了充填骨料的抗变形能力。固体混合材料试验中,基于正交重复试验原理中的极差和方差分析,得出最佳矸石用量为65%,最佳土灰比为2∶3,矸石用量对试验结果的影响高度显著。综上,确定了新型固体充填材料的配比为矸石:黄土:粉煤灰=65%∶14%∶21%,此种情况下充填材料承压能力最强,充填开采成本最低。

沿空留巷新型煤体充填材料的力学性能研究

通过参考典型煤矿沿空留巷的胶结充填体强度资料,并进行强度计算,获得经验方程,据此确定司马煤业公司1206工作面沿空留巷的新型煤体充填材料强度,得出充填料浆配比设计依据。以司马煤业公司工作面端头回收的煤和自行研发的胶结材料制备充填料浆,涉及的非煤材料有水泥、石子、沙子及特定的添加剂。以料浆各个材料的力学性能为基础,确定了最佳的充填配比。

矿山充填膨胀材料及其性能研究

针对自主研发的具有膨胀性及高固水的新型充填材料,分析膨胀及固化机理,并通过固水及膨胀性试验表明其最大水固比可达3∶1、充填体体积最大膨胀率为50.02%,开展充填体强度试验,结果表明:其最大单轴抗压强度可达到9.73MPa,同时采用最小二乘法拟合单轴抗压强度与抗折强度、抗拉强度的关系式;采用SEM对充填体进行微观结构分析,揭示了充胶结膨胀填体强度增长规律。

我国煤矿充填开采技术现状及发展方向

煤矿充填开采作为绿色开采技术体系的重要组成部分,是提高资源回收率、减少环境破坏的最有效方式。通过对我国现有煤矿充填开采技术进行总结和分类,分析了其开采工艺、充填材料、充填成本及工业应用等方面的特点。结合目前我国实际情况及未来发展趋势,提出了我国煤矿充填开采的发展方向:应大力发展深井充填技术,提高煤矿深部开采资源回收率;高效利用采空区空间,布局煤炭地下产业;重点研发以淤泥、流沙、黄土、建筑垃圾及生活垃圾等作为主要充填材料的煤矿新型充填开采技术。

外加剂对新型全尾砂充填胶凝材料强度影响研究

在全尾砂新型充填胶凝材料中添加少量的外加剂,可以改善充填料浆的流动性,提高充填体抗压强度,延长凝结时间,从而满足全尾砂胶结充填体强度和管道输送特性要求。结合司家营南区铁矿全尾砂充填材料和新型充填胶凝材料,采用正交试验、优化模型和验证试验,进行了萘系和氨基磺酸减水剂等外加剂对充填胶凝材料性能的影响研究。研究结果表明,在全尾砂新型充填胶凝材料中添加0.3%的氨基磺酸盐减水剂效果最好、性价比最高,从而为司家营南区铁矿充填使用全尾砂新型充填材料提供了理论基础。

基于冲击地压防治的深井沿空留巷充填材料研究

基于冲击地压防治的无煤柱开采,是深井开采防治冲击地压发展的重要方向之一。分析了深井留巷段覆岩层的运动规律,计算了顶板岩层的载荷与留巷充填体所需的支护强度;以地面和井下矸石为原材料,进行了井上破碎后矸石的筛分与统计分析,界定了破碎矸石的粗细骨料的粒径范围,进行了不同配比充填材料的强度试验和优选,确定了适用于孙村矿深井高应力条件的留巷充填支护材料;基于理论分析和试验研究结果,开展了可压缩充填体的成型出磨、养护等生产系统研究,进行了井下工业实验,取得了较好效果。

采煤工作面构造破碎带注浆加固技术研究

针对工作面过断层和陷落柱等破碎带时所引起的顶板破碎、围岩稳定性差等问题,以白羊岭煤业15111工作面过DF10、DF11断层和X12陷落柱为研究对象,通过对无机加固材料的各项物理参数进行测定后,选用JDAQ-4新型无机充填加固材料对工作面推进方向的断层破碎带进行注浆加固;在工作面和顺槽侧采用无机充填加固材料灌浆充填,对工作面推进方向所揭露的断层和陷落柱等进行注浆加固,从而实现回采工作面安全快速地通过破碎带区域。工程实践结果表明:通过采用注浆的方式对工作面煤壁及顶板进行注浆加固后,煤岩体胶结后的各项指标均符合回采工作面安全通过断层破碎带的要求,注浆加固效果良好。