粉煤灰灌浆固化膨胀充填工作面煤层自燃防治技术

为了保证云冈煤矿8617工作面不因自然发火而影响正常生产,针对该工作面特点,开发了大掺量粉煤灰灌浆固化膨胀充填技术,对该工作面开切眼、正常回采、末采及撤架期间进行预防性防火灌浆,通过对8617工作面生产过程中进行指标气体检测,检测结果表明工作面煤层氧化缓慢、无自燃现象,该项新技术为今后煤自燃防治提供了技术指导。

膨胀充填防火密闭墙构筑技术及应用

煤层自燃发火是煤矿安全生产的一大重要隐患,如何治理煤层自燃发火成了矿井安全生产的重点工程。基于膨胀充填防火密闭墙构筑技术在东坡煤矿斜风井防火应用实践,阐述了膨胀充填材料的组成及性能、充填构筑工艺、膨胀充填密闭墙井下构筑试验及其技术经济效果。应用实践表明,膨胀充填材料的初凝时间约为20～30min,抗压强度达到了3.3MPa,膨胀系数为20%左右。充填防火密闭墙密闭性能良好,充填后老巷无漏风、串风现象,取得了预期的效果。

膨胀充填材料工程力学特性的试验研究及应用

充填材料的工程力学性质对煤矿绿色开采有重要影响,是解决煤矿安全高效生产以及煤矿可持续发展的主要途径。本文以水泥、砂或粉煤灰为材料,双氧水为发泡剂制作的膨胀充填材料泡沫混凝土为研究对象,试验研究了密度为1000 kg/m^(3)、1200 kg/m^(3)、1400 kg/m^(3)含砂泡沫混凝土和含粉煤灰泡沫混凝土动静载力学特性。试验结果表明:两种膨胀充填材料在单轴抗压下经历了弹性阶段、应力下降阶段、平台阶段和压密阶段。在冲击荷载作用下的应力-应变曲线表现为线弹性阶段、屈服阶段和孔壁破坏阶段。含粉煤灰泡沫混凝土的抗压强度大于含砂泡沫混凝土的抗压强度,泡沫混凝土的抗压强度随密度的增大而增大。对比不同龄期下的膨胀充填材料可以看出,泡沫混凝土龄期越长,泡沫混凝土的固化程度越高,泡沫混凝土的抗压强度越大。现场应用表明,膨胀充填泡沫混凝土材料具有缓冲吸能作用,可以吸收顶板动静载荷能量,达到抗冲接顶目的,研究成果对膨胀充填材料泡沫混凝土在采矿绿色开采领域的使用提供了一定的参考指标。

建筑垃圾基浆体膨胀充填材料胶凝机理

对建筑垃圾制备浆体膨胀充填材料进行了可行性分析。运用XRD、SEM、TG-DSC等微观手段分析了建筑垃圾基浆体膨胀充填材料的前期水化产物主要是钙矾石,而后期多是一些硅铝凝胶类物质。并结合硅酸盐水泥、石灰、石膏的有关水化反应理论,分析出此类材料胶凝的主要原因是由于建筑垃圾粉料CaO-SiO2-Al2O3系统的不稳定玻璃体结构被打破,Si-O、Al-O键发生断裂而造成,并建立了建筑垃圾基浆体膨胀充填材料水化反应物理模型。

粒径对建筑垃圾基浆体膨胀充填材料强度的影响

采用改变建筑垃圾的粉磨时间,来获得不同粒径的建筑垃圾基浆体膨胀充填材料;并通过测定充填体的强度和微观结构变化,来分析不同基料粒径对材料强度的影响过程.研究结果表明:建筑垃圾充填材料28d强度随着粒径的减小呈现先增大后平缓的趋势;SEM扫描电镜观察可知:随着粒径的不断变小,充填体内部结构中还有的钙矾石、硅铝凝胶物质在不断增多.

外加剂对膨胀充填材料性能的影响

充填采矿法因其具有矿石回收率高、矿石损失贫化小以及能有效控制采场地压等优点而在国内外金属矿山得到广泛应用。但充填料浆泌水沉降、空区形状不规则等原因造成充填体不能充分接顶,这将严重影响井下安全生产和地表构筑物的稳定性。为解决此类问题,本工作通过向充填料浆中添加外加剂来制备可以主动接顶的膨胀充填材料,并探讨了外加剂用量对充填料浆的流动性、膨胀充填体的单轴抗压强度(UCS)、表观密度和孔隙率的影响。研究结果表明:在试验选取的掺量范围内,增稠剂、发泡剂会降低充填料浆的流动性和表观密度,当增稠剂掺量为0.6%(质量分数,下同)时,充填体UCS达到最大值1.16 MPa;稳泡剂通过改善气泡稳定性会轻微提高充填体强度,当稳泡剂掺量为0.5%~0.7%时,充填体UCS提高约2.7%;膨胀充填体基本在30 min内停止体积增长,当发泡剂掺量从1.5%增加到3%时,充填体28 d强度和孔隙率相应地降低了37.3%和提高了13.9%。

膨胀充填材料综述

充填接顶率直接影响和决定采矿安全程度和充填成本高低,水泥用量直接决定采矿成本,使用膨胀充填材料能有效地提高接顶率、降低水泥用量。概述了膨胀材料在土建、交通、石油、采矿等行业的研究现状,分析膨胀材料在应用中存在的几点问题,针对研究现状及存在的问题对膨胀充填材料的研究提出几点建议。

泡沫膨胀充填材料膨胀性能研究

针对传统胶结充填材料充填到地下采空区后存在的充填不接顶的问题,应用化学添加剂,在传统充填材料的基础上,发明了一种泡沫膨胀充填材料。采用试验数据的表图分析对影响充填体膨胀率的因素进行了研究。试验结果表明:发泡剂添加比例对充填体膨胀率有较大影响,3.75%~8.75%的发泡剂添加量可以使不同浓度的充填试样产生-2.97%~16.54%的膨胀率;料浆浓度对充填体膨胀率也有一定影响,灰砂比与膨胀率之间关系不明显。最后根据强度与膨胀率关系,结合矿山实际充填工作,从27个试验方案中优选出了若干适合矿山分层充填及嗣后充填的试验方案。

煤矿用高水无机膨胀充填材料泌水分析表征

通过化学方法检测分析了榆阳煤矿高水无机充填材料的泌水组分,分析确定硫酸根离子的浓度为1 344 mg/L;红外分析发现,溶液中含有机物量少,且都是对人体无害的水泥添加剂组分;原子吸收光谱检测钙、镁离子、硅酸根浓度,其中硅酸根和钙离子超出了仪器的检测范围,即>1 000 mg/L,Mg2+含量为362 mg/L。综合检测分析发现,充填泌水主要为高水充填材料中的石膏、水泥、粉煤灰、水泥外加剂等可溶成分。

新型膨胀充填材料在通风网络优化及防灭火中的应用

膨胀充填材料是用于井下防止漏风和火灾治理的主要材料之一,本文通过研究一种膨胀充填材料,通过将膨胀充填材料充入漏风区域,迅速在漏风区域建立隔离带,降低风能损失,减小总回负压,从而防止煤氧复合反应发生自然发火的可能。在已经发火的自燃区域,通过将膨胀充填材料注入火区,进一步封堵火区裂隙,隔绝氧气,降低火区温度,从而熄灭火源。

膨胀充填材料在井下防火密闭墙构筑中的应用

介绍了膨胀充填材料的组成、性能等,对其在井下防火密闭墙构筑中应用的工艺方式、试验结果进行了分析,并进行了经济分析。一系列试验表明,膨胀充填材料的初始凝聚时间在30 min左右,同时抗压强度也高达0.3 MPa,膨胀率在10%~30%之间。在充填膨胀充填材料之后可实现无漏风和串风现象,达到预期效果。

充填膨胀剂在充填采矿技术中的应用

膨胀剂作为充填外加剂的一种,在保持充填体达到设计强度的前提下,可以大幅减少水泥用量,使充填成本降低,在国内外充填采矿领域必将得到广泛的应用。介绍了某矿在充填料浆里添加膨胀剂进行井下充填采矿的实例:当膨胀剂用量为0.02%时,充填料浆产生10.68%的体积膨胀率,节约充填成本可达到10%以上。因此,研究开发与推广应用充填膨胀剂,对促进矿山充填技术进步具有十分重要的意义。

含膨润土充填料浆泌水特性分析

为研究含膨润土全尾砂充填料浆的泌水特性与规律,以掺膨润土的良山铁矿全尾砂作为试验材料,进行以灰砂比、料浆浓度和膨润土掺量的三因素四水平正交试验,通过室内试验来观察料浆在不同膨润土掺量下的泌水现象,进而分析在全尾砂胶结充填中添加膨润土对料浆泌水性的影响。结果表明:在一定的变化范围内,总泌水率与各因素呈反比关系,其中料浆浓度对总泌水率的影响最大,其次是膨润土掺量,灰砂比最小;料浆的动态泌水过程大致划分为前期快速泌水和后期稳定泌水2个阶段,且每个阶段持续时间因不同配比条件的影响而不同;根据动态泌水过程,膨润土掺量对整个动态泌水率影响最明显,而料浆浓度和灰砂比的影响较小。

袋装充填及充填膨胀剂在大面积空区接顶充填中的应用探讨

针对充填治理大面积空区时,充填顶板形状不规则、顶部充填措施工程有限、充填接顶难度大,技术要求高等难题,研究提出了袋式多点下料贯通接顶充填技术,借助围堰式袋装充填,采取多点顺序下料充填、贯通式充填、最高点下料充填等技术措施,加上掺加专门研发了的充填用膨胀剂(掺量0.1%时,即可实现4.97%的膨胀率),现场充填接顶率由原来的40%~50%,提高至80%~90%,实现了主动接顶效果,其充填接顶技术和充填膨胀剂,易于操作成本低,对于空区条件复杂、充填接顶要求高的矿山具有推广应用意义。

充填外加剂发展前景的探讨

对充填外加剂的功能与特性、国内外发展趋势、市场前景与需求进行了阐述和分析。报告了充填膨胀剂、充填缓凝早强剂研究实例,并对其作用机理和使用效果进行了分析和说明。提出了充填外加剂在实际工程应用中仍需要解决的一些问题,如相容性、最佳掺量研究等。

隧道衬砌拱顶带模注浆新材料的相容性和结合性试验研究

针对隧道拱顶脱空问题,采用传统的水泥浆作为回填注浆材料,带来与衬砌混凝土之间因收缩变形、相容性和结合性不足,导致隧道拱顶仍出现脱空、开裂等质量缺陷,项目实验室研发出一种隧道拱顶微膨胀砂浆回填注浆材料,在此基础上系统研究了回填注浆材料与衬砌混凝土之间的相容性和结合性能。结果表明:所研制的高流动性微膨胀充填砂浆与衬砌混凝土在施工性方面完全兼容;微膨胀砂浆和衬砌混凝土之间的结合体的抗压、抗折强度均高于混凝土的强度;微膨胀砂浆的抗裂性能优于混凝土,在衬砌厚度不足时,微膨胀砂浆与混凝土结合体能够替代衬砌混凝土,达到整体的结构性能且满足设计要求。

隧道二次衬砌脱空带模注浆对衬砌结构受力影响的试验研究

隧道二次衬砌背后多空洞的存在会导致其结构受力状态的恶化,极易引起隧道衬砌开裂并直接影响隧道运营的安全,为解决此类问题,现场广泛采用带模注浆方式进行空洞充填。为此,文章结合某铁路隧道采用微膨胀注浆材料对二次衬砌空洞进行注浆补强的工程实例,在室内采用几何相似比为1∶30的模型进行高性能微膨胀充填材料注浆试验,研究在二次衬砌背后不同空洞位置进行带模注浆补强下,初期支护及二次衬砌的受力分布规律及特征。结果表明,弯矩在空洞处增长最快,二次衬砌处弯矩的增长要大于初期支护处的,其中拱顶空洞和拱顶+双拱肩空洞条件下增长最为明显;轴力在空洞处增长最快,且在拱顶和右拱肩部位变化最为明显。充填材料在注浆过程中引起结构的内力变化均在规定范围内,未发现开裂,有效验证了自主研发的水泥基充填材料的应用安全性。