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。

全尾砂-棒磨砂新型胶凝充填材料的制备

将某镍矿选矿全尾砂代替部分棒磨砂作为骨料,采用正交试验和神经网络预测模型,制备以铁矿渣粉为活性材料、以脱硫灰、生石灰为主要激发剂的全尾砂-棒磨砂新型胶凝充填材料,分析了该材料的微观结构及其水化产物。结果表明:全尾砂添加质量分数为30%时,新型胶凝充填材料3 d、7 d和28 d的抗压强度分别达到1.73 MPa、4.22 MPa和6.93MPa,比水泥分别提高了8.13%、51.8%和34.0%,满足镍矿的充填强度指标。新型胶凝充填材料的主要水化产物为C-S-H凝胶,团絮状C-S-H凝胶形成结构密实的胶凝体,将骨料紧密粘结在一起形成较高的力学强度。用这种新型胶凝充填材料可实现30%的全尾砂利用率。