矸石粉基胶结充填材料析水特性试验研究

为了探明矸石粉基胶结充填材料的析水特性,运用正交试验设计了以矸石粉、高水材料、水泥、粉煤灰为组合的胶结充填材料,采用极差分析、方差分析等方法,研究了矸石粉基质量浓度(A)、水泥含量(B)、粉煤灰含量(C)、高水材料含量(D)4个因素对胶结材料的析水率的影响情况;得到各因素对矸石粉基胶结充填材料析水特性影响的拟合公式。结果表明:基于极差分析的矸石粉基胶结充填材料的析水率影响程度为D>A>B>C,基于方差分析的材料析水率影响程度为D>B>A>C,析水率随着矸石粉浆质量分数的升高呈现下降趋势,随着水泥含量的增加则呈现先减少后增大再减少的趋势,随着粉煤灰质量增加呈现先减少后平稳的趋势,随着高水的增加呈现下降的趋势;高水含量对材料析水率的影响程度最大,矸石粉基质量分数与水泥质量对材料析水率影响相当,粉煤灰含量对材料析水率影响较小。

高浓度煤矸石胶结充填材料骨料级配优化研究

骨料占充填料浆体积的2/3左右,是影响胶结充填材料性能的重要因素。综合利用扫描电镜SEM、EDS能谱分析、X荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析和傅里叶变换红外光谱(FTIR)五种微观分析手段,对煤矸石骨料的微观形貌、元素组成、氧化物含量和矿物组成进行了分析探究。该煤矸石的成分和矿物结构决定了其具有一定的强度,作为胶结充填材料骨料使用能够产生良好的骨架强度。为改善煤矸石胶结充填材料的流动性和可泵送性,对煤矸石破碎骨料的颗粒级配进行了筛分析试验,并利用ORIGIN软件对颗粒级配进行非线性回归分析。借鉴混凝土配合比设计的经典理论,对煤矸石破碎骨料进行了优化设计,优化后的骨料级配递减指数n=0.4093,<0.3 mm的骨料占比为17.67%。试验对比了经优化的骨料和未优化的骨料配制的胶结充填材料的工作性和凝结硬化后的强度,经优化了的骨料配制的胶结充填材料流动性更好(坍落度为260 mm,扩展度为590 mm)、泌水率低(仅为4.3%)、凝结硬化后的强度合适(28 d抗压强度为5.81 MPa),工作性能与未经过优化的胶结充填材料相比性能有了很大的提高。研究配制的高浓度煤矸石胶结充填材料在晋能控股某矿采空区进行了充填施工,充填材料易于泵送,管输顺畅,未发生堵管现象。

高浓度高流动性煤矸石胶结充填材料试验研究

煤矸石胶结充填材料的高浓度高流动性往往不能很好的兼顾。为解决现有充填开采技术中充填材料要么用水量过高(浓度过低)导致井下脱水后影响作业环境,要么浓度过高,流动性和管输性能不好导致堵泵和堵管等问题。通过在胶结充填材料中掺加一定量的水泥、煤矸石粉料(≤0.075 mm)和高效减水剂,利用正交试验和极差分析的方法,研究分析了不同配比的充填材料的流动性和强度性能。综合利用扫描电镜SEM、EDS能谱分析、X荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR) 5种微观分析手段,对煤矸石的微观形貌、元素组成、氧化物含量和矿物组成进行了分析,并对煤矸石的组成和微观结构对宏观性能的影响进行了探究。揭示了决定充填材料性能的主要因素:减水剂是影响充填材料流动性的主要影响因素,水泥次之,煤矸石的组成和微观结构决定了其对于料浆的流动性亦有一定的影响;影响充填材料凝结硬化后强度的主要因素为水泥的用量和减水剂的用量,煤矸石粉料(≤0.075 mm)的用量亦有一定的影响。通过研究分析得出了适合充填开采工况需求的高浓度高流动性(流动度达到305 mm)的充填材料配比,该配比的充填材料凝结硬化后具有良好的强度性能。

粉煤灰-煤矸石基胶结充填材料制备与性能研究

为了解决我国煤矿采空区地表沉陷以及"三下"压煤资源浪费的问题,提出以粉煤灰-水泥熟料-脱硫石膏复合胶凝材料为胶结材,原状粉煤灰为细骨料,破碎后的煤矸石为粗骨料制备新型煤矿开采胶结充填材料。依据正交试验结果和各因素影响规律趋势图,确定充填材料的优化配合比。研究结果表明,适当增大水泥熟料掺量可缩短材料初凝时间,减小水胶比能使材料强度显著提高,而材料坍落度可通过选取适宜的浆体中的固体质量分数和灰矸比来有效调节,当胶凝材料中水泥含量为15%,脱硫石膏含量为8%,水胶比为2,灰矸比为2∶3,浆体中的固体质量分数为70%时,充填材料性能可达到最佳。通过试验优选材料各项参数,工业废弃物可以用来制备高质量的胶结充填材料。

单轴压缩下尾砂胶结充填材料次声波特性试验研究

尾砂胶结充填体常作为地下矿山重要承载单元,其稳定性对矿山的安全开采十分重要。近年来,国内外学者对岩石变形破坏过程中的次声波信号开展了试验研究,但对尾砂胶结充填体变形破坏过程中次声波信号的研究却鲜有报道。为此,开展了尾砂胶结充填材料的次声波试验研究。制备了3种不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件,在RMT-150C岩石力学试验加载系统上进行了单轴压缩次声波试验。首先,研究了不同灰砂比尾砂胶结充填材料试件破坏过程力学特性;其次,着重研究了不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件破坏过程中的次声波信号能率、累计能率、能率关联分形维数、主要频率、频带能量等特征。试验结果分析表明:①随着灰砂比的增加,充填材料试件屈服强度点的相对应变水平和峰值应力呈增大趋势,屈服强度点的相对应力水平和峰值应变呈减小趋势;②不同灰砂比的充填材料试件在单轴压缩破坏全过程均有次声波信号产生,在屈服强度点附近次声波信号能率均出现明显的突增现象。灰砂比越小的试件,次声波信号能率突增点所对应的相对应力水平越高;③采用G-P算法得到不同灰砂比充填材料试件次声波信号能率的关联维数,表明进入屈服强度点后次声波信号能率的关联维数快速降低至最小值,灰砂比越小的试件,次声波信号能率关联维数最小值所对应的相对应力水平越高;④次声波信号的主要频率与灰砂比没有相关性,峰值应力前主要频率集中在0~4 Hz,不同灰砂比充填材料试件出现的次声波信号主要频段(0~1.25,1.25~2.50,2.50~3.75 Hz)能量占比变化规律具有一致性,峰值应力前,0~1.25 Hz频段次声波信号能量占比上升至最大值,2.50~3.75 Hz频段能量占比则降至最小值。

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。

全尾砂胶结充填材料配合比及性能研究

以矿渣、水泥、半水石膏、脱硫石膏与生石灰作为胶凝材料,并且加入少量萘系高效减水剂,制备全尾砂胶结充填材料。采用正交试验,进行极差分析和方差分析,分析出影响3 d抗压强度与膨胀性能的最主要因素为半水石膏与脱硫石膏的比例,影响流动性最主要因素为生石灰掺量,其次为半水石膏和二水石膏比例和石膏总掺量,确定出最佳配合比为A3B2C3。结果表明,采用最佳配合比,全尾砂胶结充填材料3 d抗压强度可达到0.75 MPa,28 d抗压强度可达到2.92 MPa,料浆流动性为173 mm,充填体高度为64.47 mm。

巷旁泵送煤矸石胶结充填材料的应用

为了充分发挥煤矸石在煤矿井下巷旁支护过程中的作用,开展了某矿井煤矸石相关物理性质测试试验,研究了不同水灰比、外加剂对煤矸石胶结充填材料的坍落度、单轴抗压强度及初凝时间的影响。试验研究表明,水∶水泥∶粗骨料∶细骨料∶外加剂=1∶2∶5.6∶1.6∶0.02为现场沿空留巷巷旁泵送充填最佳配合比。在该配合比条件下,煤矸石胶结充填材料的坍落度、28d单轴抗压强度及初凝时间分别为210mm、20.8MPa、224min,能较好地满足现场支护要求,并发现该配合比条件下的胶结充填材料实际初凝时间较室内提前约50min。

基于MATLAB的胶结充填材料BP神经网络质量模型

用BP神经网络的方法建立胶结充填材料质量与主要影响因素胶结剂、浓度、骨料、温度和粒级的关系模型 ,并用MATLAB实现对该模型的训练和系统仿真。不论用什么样的骨料和胶结剂 ,只要用一定的试验数据对模型进行训练 ,然后对拟采用的胶结充填材料进行仿真 ,均可得到较为可靠的目标参数。

基于MATLAB的胶结充填材料线性回归研究

影响胶结充填材料质量的因素有 :胶结剂及用量、骨料、料浆浓度、温度、细粒级和化学成分。填充体质量控制的目标是 :填充体具有一定强度、充填材料成本低、流动性好、不脱水或少量脱水。采用数理统计的方法 ,对胶结填充体质量控制目标与填充体质量影响因素之间的关系进行处理 ,实践表明 ,当实际数据量足够多时 ,可用线性回归的方法找出目标与影响因素之间的近似关系表达式。

胶结剂性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响

针对胶凝材料性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响进行了试验研究,采用压汞测孔仪(AutoporeⅣ9500)测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明:当料浆固体浓度分别为70%、78%和86%并且胶凝材料掺量10%(以总固体质量计)时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了151%、127%和90%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量5%、养护龄期分别为7、14和28 d时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了68%、97%和141%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量分别为5%、10%、20%、30%和40%时,掺矿渣水泥比掺水泥的28 d固化体抗压强度分别提高了127%、89%、10%、-12%和-21%。结合压汞测孔数据和固化体抗压强度结果,得出结论:在高水胶比材料(即水胶比大于0.65)中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中孔径更细(即水化产物更多或更分散),导致固化体中骨料(包括填料)的黏结面积增加而增加固化体抗压强度;在低水胶比材料中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中总孔隙率大幅度增加,导致固化体中骨料的黏结强度降低而降低固化体抗压强度。

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。

矸石胶结充填材料中硫酸根离子扩散规律

为研究矿井水中硫酸根离子在胶结充填材料中的扩散规律,将经不同浓度硫酸盐侵蚀不同龄期的试件取出后进行分层取样,并采用化学试验法测定试样中硫酸根离子含量,依据Fick第二定律计算硫酸根离子扩散系数。结果表明:随着外部硫酸盐浓度增加,试件内硫酸根离子含量增加,硫酸根离子的扩散系数逐渐增大;碳酸氢根离子和镁离子的存在会影响硫酸根离子扩散速度,且碳酸氢根离子的影响作用大于镁离子;硫酸盐侵蚀过程中生成石膏和钙矾石,堵塞孔隙,改变离子的扩散路径,前期会快速降低离子扩散速度,随着反应时间的增加,反应产物增多,扩张裂缝,使得离子扩散速度缓慢降低。

用VC++6.0实现胶结充填材料质量控制

本文为实现对胶结充填材料的质量控制,依据实验数据建立了胶结充填材料数据库系统,并用ODBC开放数据库互连模式进行注册,与VC++6.0连接,在计算机上完成了胶结充填材料质量控制系统的构建。运用该系统,用户可根据自己所能接受的价格和所要求的强度,从中得到所推荐的胶结充填材料配比。该系统可适用于有色金属、煤炭等矿山。

粉煤灰基胶结充填材料泵送充填研究

为验证单管路泵送充填的可行性,应用粉煤灰基胶结充填材料在双鸭山新安煤矿进行了无煤柱沿空留巷泵送充填的现场试验。分析并计算了充填管路的输送阻力,对泵送充填各项参数进行了合理选择。数值模拟和现场试验结果表明,该泵送充填系统能有效地将粉煤灰基胶结充填材料泵送至工作面,满足煤矿沿空留巷巷旁充填的要求。

基于高浓度胶结充填材料的充填管路布置研究

充填开采正成为煤矿开采的发展方向之一,为了缓解开采过程中回采与充填的相互干扰以及满足充填量大的需求,使充填更好地服务于开采,对此进行了充填管路的敷设研究。新管路从地面沿充填钻孔敷设至基本顶上方,然后沿水平方向敷设到采空区上部,最后以倾斜管路贯通基本顶进行充填。该敷设方式以控制基本顶为目的,使回采、充填步距均增大,从开采-充填-固结为1周期合理考虑,实现了采充作业互不影响,提高了工作效率,同时能够满足足量充填的需求,使充填开采在煤矿回采过程中得到更好的应用。

低强度胶结充填材料抗压强度影响因素的研究

采用对比试验方法,对胶结充填材料抗压强度的影响因素进行了研究。研究结果表明:与对比样品相比,掺入复合胶凝材料、减水剂、矿物掺合料均能明显提高硬化试块的抗压强度,其原因是硬化体中孔径被细化。

早强剂对全尾砂胶结充填材料强度发展的影响

本文对水泥工业中常用的早强剂在全尾砂胶结充填材料中的作用进行了试验研究。结果表明 ,Na2 SO4、Na2 CO3、CaCl2 、NaOH在全尾砂胶结充填材料中都没明显的早强作用 ;NaOH对全尾砂胶结充填料有塑化作用。

用于研究纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩性能的新型人工智能模型

为降低纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩强度数据的获取难度,综合分析常规充填材料参数与纤维参数对其单轴压缩性能的影响,结合元启发式算法(樽海鞘算法, SSA)与极限学习机技术(ELM),提出一种新型人工智能模型(SSA-ELM)。为检验模型可靠性,开展720组不同灰砂质量比、固体质量浓度、纤维含量、纤维长度和养护时间的纤维尾砂胶结充填材料单轴抗压实验以建立充填材料强度性能数据库。研究结果表明,训练好的SSA-ELM模型能够准确地预测纤维尾砂胶结充填材料的单轴压缩强度,其性能优于ANN、SVR和ELM方法;纤维含量和纤维长度对纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩性能具有重要影响。

钼尾矿制备胶结充填材料的研究

以钼尾矿为原料制备地聚物材料作为充填采矿的胶凝材料,通过干法加碱煅烧活化方式提高钼尾矿在地聚物材料制备过程中的活性。考察了NaOH与钼尾矿质量比、煅烧温度、煅烧时间等因素对钼尾矿活化效果的影响,采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)仪、X射线衍射(XRD)仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪、扫描电镜(SEM)等对样品进行表征。结果表明,钼尾矿碱熔活化的最佳工艺条件为:钼尾矿颗粒控制在74μm以下,NaOH与钼尾矿质量比为1∶5,煅烧温度为450℃,煅烧时间为60 min。以此条件下活化的钼尾矿为胶凝材料,钼尾矿为骨料,在灰砂比1∶4、料浆质量分数为72%条件下制备胶结充填材料,3 d、7 d、28 d抗压强度分别为1.42 MPa、3.15 MPa、5.96 MPa,且具有良好的环境相容性。