煤矿矸石粉煤灰充填技术探析

引言如何合理、高效地利用建筑物下的煤层,成为了一个十分关键的问题。结合高阳镇房屋受损问题,选择煤矿矸石粉煤灰充填技术进行处理,并利用工作面后方采空区进行充填,可以有效地抑制地面塌陷,保护矿区的生态环境,防止地下水的破坏,增加煤矿的采出率,改善矿井的安全生产,从而达到不迁移采煤的目的,这无疑是一种新的技术发展趋势。

粉煤灰充填复垦土壤理化性质分布特征及其对覆土厚度响应

以淮南市平圩电厂粉煤灰堆场复垦区为研究对象,采用经典统计和地统计学相结合的方法,从点和区域、水平与垂直等多维角度分析了不同覆土厚度下的复垦土壤主要理化性质分布特征,旨在揭示粉煤灰充填基质下复垦土壤理化性质分布特征及其与覆土厚度之间的响应关系。结果表明,随着覆土厚度的增加,土壤含水量均值呈现先增后减的趋势,各覆土厚度下土壤含水量基本在20%以上,覆土厚度20～30cm的土壤含水量最大,达到31.11%。在一定的覆土厚度下,含水量在粉煤灰重构剖面中间会出现一个突变层次,在土—灰界面将产生土壤水分的聚集。不同覆土厚度下表层土壤的容重出现明显的差异,随着覆土厚度的增加,土壤容重整体呈现上升趋势,覆土厚度40～60 cm时,土壤表层平均土壤容重达到1.75 g·cm-3,复垦后出现了不同程度的板结现象。不同覆土厚度下砂、粉和黏粒含量差异明显,总体上与该地区非重构土壤相似,基本属于粉砂质壤土。粉煤灰充填复垦后土壤颗粒组成由粉煤灰、覆土土源和覆土方式共同决定的,泥浆泵法覆土在不同水平间土壤颗粒组成差异较为明显。随着覆土厚度的增加,不同层次的有机质含量都有不同程度的提升,且提升程度与覆土厚度呈正相关。基于经验贝叶斯克里格法的复垦土壤含水量、容重、粉砂和有机质含量的RMSE分别为1.72、1.01、1.57和0.85;MSDR值分别为2.12、1.32、2.72和0.62,RMSE较小,预测精度较高,MSDR比较接近1,模型拟合效果较好。综合考虑各理化指标对覆土厚度的响应特征,冬小麦-夏玉米种植模式下覆土厚度40～50cm较为合理。经验贝叶斯克里格法比较适合粉煤灰充填复垦土壤理化指标空间预测。

不同覆土厚度下粉煤灰充填复垦土壤肥力综合评价

以安徽省淮南市平圩电厂粉煤灰堆场为例,选取土壤有机质、容重、土壤粘粒、含水量等指标作为评价因子,利用ArcGIS10.1软件和模糊数学方法对土壤肥力进行了综合评价,揭示不同覆土厚度下粉煤灰重构土壤肥力状况。结果表明:该区土壤肥力综合指数为0.50~0.65,肥力以中低产田为主,整体相对偏低。土壤肥力指标在不同覆土厚度整体表现出显著差异,覆土越厚,土壤肥力等级相对较高,且覆土厚度超过30cm后各土壤肥力指标变化缓慢,而覆土厚度达到40-50cm时,复垦土壤肥力综合指标基本不再变化,此时,复垦土壤肥力水平最高。相关研究成果为复垦土地管理和改良提供依据。

粉煤灰充填对控制岩层移动的理论研究

本文结合某矿粉煤灰充填课题实例,简要地介绍了电厂粉煤灰作为充填材料的物理力学特性。从煤柱强度实验出发,比较了有和没有侧限与侧限大小不同时的煤柱强度差异,说明煤柱侧限对其强度的影响。利用解析法分析了充填前后煤柱侧限力和铅垂应力的变化和充填前后岩层移动的变化,并进行了应力和岩层移动的有限单元法和解析法的定量计算,进而说明了充填对控制岩层移动的作用。

不同覆土厚度下粉煤灰充填复垦土壤肥力分析

以安徽省淮南市平圩电厂粉煤灰堆场为例,选取土壤有机质、容重、土壤粘粒、含水量等指标作为评价因子,利用ArcGIS10.1软件和模糊数学方法对土壤肥力进行了评价,揭示不同覆土厚度下粉煤灰重构土壤肥力状况。结果表明:土壤肥力指标在不同覆土厚度整体表现出显著差异,覆土越厚,土壤肥力等级相对较高,且覆土厚度超过30cm后各土壤肥力指标变化缓慢,而覆土厚度达到40-50cm时,复垦土壤肥力指标基本不再变化,此时,复垦土壤肥力水平最高。相关研究成果为复垦土地管理和改良提供依据。

邢台矿矸石与粉煤灰充填开采地表移动规律分析

邢台矿7606工作面是邢台矿区充填采煤的第一个试验工作面,文中结合该试验工作面,对地面矿区铁路和重要建筑物的采动变形动态过程进行监测,通过监测结果分析矸石与粉煤灰充填开采地表变形规律,为以后"三下"压煤开采提供可靠的设计依据和技术参数;为科学评价矸石与粉煤灰充填开采地表沉陷控制效果提供数据支持。

新阳煤矿矸石粉煤灰充填开采技术

为了解决汾西集团新阳煤矿存在的大量"三下"压煤问题,提高资源采出率,新阳煤矿决定采用矸石、粉煤灰作为充填材料进行充填开采工业性试验工作。笔者系统介绍了新阳煤矿矸石、粉煤灰试验充填工作面管路布置、充填工艺、充填流程等关键技术。针对充填工作面存在的顶板支护以及采煤与充填工艺相矛盾等问题,特别研制了ZCY7200/16/26型两柱掩护式充填液压支架,对采煤与充填工作面空间顶板进行有效支护。采空区矸石、粉煤灰充填开采技术在新阳煤矿的应用与实践,将为我国大量的"三下"压煤进行充填开采提供经验与技术依据,并在地表开采沉陷控制、矿区环境保护等方面探索出一套成功的示范模式。

利用粉煤灰充填砂碹防火

本文介绍了利用粉煤灰充填砂碹隔绝供氧防火的研究与实践效果分析，并给出了粉煤灰充填砂碹防火的实例。

粉煤灰充填塌陷区复垦技术研究

通过对样本的实验检测数据分析,得出粉煤灰中重金属含量低于塌陷区土壤水体中的重金属元素含量,符合国家相关标准。依据粉煤灰充填塌陷区复垦技术对徐庄煤矿塌陷区进行复垦,与传统复垦相比,投入成本大幅减低。既恢复了塌陷区耕地,又利用了粉煤灰,经济和社会效益巨大。

密闭粉煤灰充填技术在尚庄矿的运用

密闭漏风是困绕煤矿井下安全生产的一大难题,粉煤灰充填以阻断漏风通道的技术,是对基于传统注浆技术而发展起来的一种新型充填堵漏技术,旨在克服传统注浆技术在实际运用中的局限性,并充分考虑到尚庄煤业井下的实际环境因素,使其在最大限度地得到完善。

浅析平行于工作面老巷粉煤灰充填技术

在进行综放工作面及巷道的部署时,原则上工作面开采范围内不会布置老巷,但最好将工作面倾斜方向与老巷之间布置成大夹角,或调整工作面推进方向,使工作面倾斜方向与老巷布置成大夹角关系。工作面渐进揭露的老巷面积很小,应采用平推正过的形式,通过平行于工作面的老巷之前,对老巷进行粉煤灰充填。所以,粉煤灰充填技术面对的问题和粉煤灰材料力学特征的分析尤为重要。

煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。

粉煤灰充填材料早龄期物理力学特性及其水化过程分析

针对粉煤灰充填材料早期强度低、变形量大、流动性差、泌水严重等缺陷,基于电阻率法和力学特性测试法研究3种配比粉煤灰充填材料早龄期的体积电阻率、孔隙溶液电阻率、单轴抗压强度和弹性模量随时间的变化规律;结合充填材料初始孔隙度和1 d孔隙度的测试结果,对孔隙度随时间的变化规律作进一步分析。结果表明:(1)材料的体积电阻率随时间呈升高、降低、再升高的变化规律,孔隙溶液的电阻率随时间呈先急剧下降后趋于稳定的变化规律,但材料的电阻率变化在时间上和数值上受粉煤灰掺量的影响;(2)材料的单轴抗压强度和弹性模量随水化时间的延长而增大,随粉煤灰掺量的增加而降低;(3)材料的孔隙度随水化时间的延长呈负指数规律降低,随粉煤灰掺量的增加先降低后增加;(4)在水化后期,材料的单轴抗压强度和弹性模量与其体积电阻率呈对数相关;(5)材料早龄期的水化过程可分为吸附期、溶解期、凝结期和硬化期4个阶段。研究结果为进一步了解、改善粉煤灰充填材料早龄期的物理力学特性和实现材料特性的无损检测提供了一定的理论与应用参考。

水泥粉煤灰浆液充填法在采空区公路路基治理中的应用

文中以焦平高速JPXX-2标段采空区实际情况为例,详细介绍了水泥粉煤灰浆液充填法施工工艺,深入探讨了水泥粉煤灰浆液充填法在焦平高速JPXX-2标段采空区治理工程中的应用,以期为类似工程提供参考。

粉煤灰充填材料管道输送弯管局部阻力数值模拟

采用Fluent(3D)从充填材料浓度、细矸石率、流速、管道内径及弯管曲率半径等5个方面对粉煤灰充填材料弯管局部阻力进行了数值模拟。结果表明:弯管局部阻力随充填材料浓度、细矸石率及流速的增加呈多项式规律增加,随管道内径和弯管曲率半径的增加呈多项式规律减小。不同因素对局部阻力影响程度的主次排序为:浓度>管道内径>细矸石率>流速>弯管曲率半径。研究结果为实际工程中的粉煤灰充填材料的配比及管道输送参数优化提供了参考。

水致弱化影响下粉煤灰泡沫混凝土充填体性能试验研究

以普通硅酸盐水泥、发泡剂、粉煤灰和外加剂为原料,制备采空区充填材料。通过试验研究,在不同含水率影响下,充填体的强度特性、应力-应变特性和变形特性。研究结果表明:自由水对充填体力学性能弱化较为明显。具体表现为:随含水率增加,制备的充填体试件抗压强度、抗剪强度递减,前期递减幅度较大,后期较小;充填体峰值强度、峰后残余强度以及延性均随含水率增加而递减;随含水率的增加,弹性模量降低幅度较大,泊松比变化幅度较小,剪切模量和体弹性模量均减小,水弱化影响下充填体会产生进一步压缩。

大掺量粉煤灰充填材料优化配比及性能研究

为获得一种经济、环保、高性能的浆体充填材料,以粉煤灰作主要材料,水泥、矿渣、石灰为辅助材料,采用正交试验方案,进行粉煤灰充填材料优化配比试验,探讨了水泥掺量、粉煤灰掺量、料浆质量浓度、石灰掺量对充填体流动性、凝结时间、抗压强度的影响,并对测试结果进行极差分析,结果表明:当水泥∶矿渣∶粉煤灰=6∶4∶90,石灰掺量为2%,质量浓度为62%时,充填材料各项性能指标均达到最优。

粉煤灰基胶结充填材料基本性能的实验研究

掌握粉煤灰基胶结充填材料的基本性能有利于其合理应用。以水、粉煤灰为主要原料,制备粉煤灰基胶结充填材料,通过实验分析材料抗压强度、凝结时间、流动性及显微结构。结果表明:粉煤灰基胶结充填材料具有速凝、早强、流动性好的性能。充填体高度越高,充填体顶、底部的抗压强度及凝结时间差异越大;灰浆和成浆的流动性与粉煤灰的活化时间密切相关;材料中钙矾石结构与石膏和石灰用量有关。袋式、挡板式充填开采工业试验结果证实,该材料是一种性能良好的采空区充填材料。

粉煤灰膏体充填材料水化放热特性的微量热测试与分析

采用TAM Air等温微量热仪对8种配比的粉煤灰膏体充填材料的水化放热速率和水化热进行了微量热测试与分析。结果表明:粉煤灰膏体充填材料水化放热速率明显表现出起始、诱导、加速、快速降速、缓慢降速和稳定等6个阶段;随粉煤灰和煤矸石掺量的增加,水化诱导和加速阶段时间延长、但放热速率和水化热降低;在所测材料配比范围内,水胶比对水化放热速率无明显影响,而添加剂仅加速了水化诱导阶段的水化放热速率。基于测试结果,在不考虑与外界热交换的理想条件下,计算出纯水泥、水泥∶粉煤灰=1∶3+添加剂和水泥∶粉煤灰∶煤矸石=1∶3∶5+添加剂等3种材料充填体7 d温度升高的理论预测值分别为69,22.9和10℃。

水压-氯盐侵蚀耦合作用下膏体充填材料力学性能实验研究

在膏体充填开采中,煤矸石-粉煤灰胶结充填材料(CGFB)可有效控制地表沉降。CGFB在被注入采空区后会受到水压影响和氯离子侵蚀。因此,研究水压和氯离子侵蚀对CGFB性能的影响对于实现有效的绿色开采至关重要。将CGFB试样在0、0.5、1.5或3.0 MPa的氯化钠溶液中浸泡15天,通过单轴压缩试验、声发射信号监测、数字散斑应变测量、扫描电子显微镜和X射线衍射研究了试样的力学性能和劣化机理。结果表明,随着浸泡压力的增加,试样单轴抗压强度先增大后减小。当浸泡压力从0 MPa增加到1.5 MPa时,平均单轴抗压强度增加了43.5%。当浸泡压力从1.5 MPa增加到3.0 MPa时,平均单轴抗压强度下降18.9%。此外,水压会促进氯离子进入CGFB内部并产生弗里德尔盐。较高的水压-氯盐耦合作用增加了CGFB的孔隙率,与0 MPa样品相比,3.0 MPa样品的孔隙率增加8.2%。高水压作用下,膏体充填体内部孔隙裂纹发育贯通,力学性能劣化,其密实度与抗压强度下降。