发泡水泥固化充填材料的研究及应用

针对矿井内因漏风而引起的矿井煤自燃事故,进行了用于矿井充填堵漏以水泥为基料,发泡剂、石膏、聚丙烯纤维为添加剂的发泡水泥固化充填材料的研究。通过单因素试验法,确定了影响发泡水泥固化充填材料抗压强度与膨胀倍率的主要组分的优化配比为水灰比0.5、发泡剂掺量1%、石膏掺量6%、聚丙烯纤维0.4%。以崔木矿为试验背景,通过设计合理有效的充填技术方案,对22306工作面下部21303风巷进行充填。结果表明:发泡水泥固化材料有效增强了该风巷的密闭性以及巷道支撑力。     

被保护松软厚煤层工作面煤自燃危险性分析与防治技术

随着煤层开采深度逐渐增加，保护层开采成为有效降低被保护煤层瓦斯突出的关键方案，但易造成被保护煤层漏风严重，煤自燃危险性加剧。针对被保护煤层回采工作面采空区煤自燃综合防治问题，通过分析被保护煤层膨胀变形量、裂隙发育情况、采空区蓄热环境、层间立体漏风等危险扰动因素，确定了被保护煤层采空区煤自燃危险区域分布范围；现场采集工作面煤体，通过对煤体自燃产气与放热测试，获得了煤自燃特征参数；制定了自然发火多方位监控分级预警与立体化综合治理双重防治机制；采取了大规模灌浆封堵与凝胶充填密封由“整体”到“局部”的漏风封堵，及采空区危险区域预防性注氮与工作面联合均压防灭火“动静结合”的煤自燃防治措施。数值模拟分析及现场监测结果表明：被保护煤层采空区煤自燃得到有效抑制。     

添加剂对高掺量粉煤灰浆液特性的影响

为了尽量减小采空区发火的概率,针对粉煤灰水泥固化材料不能完全有效地接顶,会在充填堵漏材料上部与顶板之间产生漏风裂隙的问题,以粉煤灰为基料,骨料、减水剂、早强剂、稳泡剂为添加剂开发研制了无机固化膨胀充填材料,研究了激发剂、稳泡剂、发泡剂对材料的影响,确定各组分的最佳配比。实验结果为防灭火充填材料研究提供了理论依据。     

对邻近废弃矿井采空区CO气体的防治技术

分析了与辛安煤矿1402辅运顺槽相邻近并已经废弃的原下漫沟煤矿采空区(火区)的安全隐患,为防止原下漫沟煤矿采空区(火区)CO气体经由采动裂隙涌入1402工作面而影响安全回采,通过实施注浆封堵固化保护煤柱的裂隙技术,不但封堵了保护煤柱的煤体裂隙,并且实现了固化煤(岩)体的作用。从而收到了有效防止原下漫沟煤矿采空区(火区)CO等有毒有害气体涌入1402工作面的理想效果。     

矿用轻质膏体防灭火材料研究与应用

我国煤层自燃火灾十分严重。为了防治煤层自燃火灾,根据巷道漏风通道封堵的重要性,提出了一种矿用轻质膏体材料的开发,研究了轻质膏体材料的组成部分及其比例,以及材料的性能。结果表明:该轻质膏体材料组成部分比例为PB型激发剂占20%,复合增强剂为2%,复合膨胀剂为1%,A料的添加量为77%,抗压强度、膨胀倍数、膨胀时间等性能最佳,是一种能有效封堵漏风通道的矿井防灭火材料。     

郭家河煤矿老巷围岩控制与充填防灭火技术

为解决郭家河煤矿1307工作面密闭墙及巷道围岩有裂隙、采空区遗煤氧化、有毒有害气体溢出、回风下山一氧化碳含量超标等问题,针对工作面条件,采用超高水材料充填技术,封堵了漏风裂隙,隔绝了氧气渗入通道,解决了煤矿遗煤自燃,有效支撑了巷道围岩,阻止巷道围岩裂隙进一步发育,保障矿井通风系统稳定可靠和生产系统正常运行。     

采煤工作面囊袋封堵漏风技术

采煤工作面采空区漏风是导致煤氧化自燃的重要原因之一。为了解决龙王沟煤矿61601工作面在推采过程中存在两巷垮落困难,导致采空区漏风严重的的问题,提出了囊袋充填塑性材料技术;对塑性材料进行了配比实验,封堵漏风性能及塑性实验研究,得出了塑型封堵材料的最佳配比参数,证明了其具有良好的密封性及可塑性。现场应用结果表明,囊袋塑性封堵漏风技术达到了较好的封堵漏风效果,采空区氧气浓度最大降低了8%。该技术方案的实施,有效防治了采空区煤自燃,保证工作面安全回采,为后续工作面的开采也提供了宝贵的技术和经验。     

骨架式膏体充填采空区试验研究

结合观台矿的钻孔资料,对村庄下压煤进行了研究.采用相似材料模拟试验,对普通膏体充填与骨架式膏体充填的减沉效果进行对比,得出骨架式充填的减沉效果好于普通膏体充填.又通过计算机数值模拟,对全部垮落法、普通膏体充填和骨架式膏体充填处理采空区后引起的地表变形进行预测,得出对采空区进行充填能大幅度减少地表沉陷,采用骨架式膏体充填可以实现村庄下压煤开采后不破坏地表建筑物的目的.     

罗克休泡沫材料在煤矿防灭火中的应用

罗克休泡沫材料具有膨胀率高、抗压强度大等特点,广泛应用于煤矿井下密闭、高冒充填、封堵煤层裂隙、构筑防火墙等,岱庄煤矿在1301工作面煤自燃倾向区域压注罗克休泡沫材料,有效封堵了煤柱裂隙漏风,避免了自燃事故发生,使安全生产得到了保障。     

矿用新型无机固化膨胀充填材料特性试验研究

为了防治采空区或巷道等区域漏风引起的煤层自然发火,开发了一种以水泥和粉煤灰为骨料的新型无机固化膨胀充填材料,并研究了该材料的组分配比对其初凝时间、抗压强度及膨胀倍率的影响。该材料集无毒、封堵、膨胀、抗压于一体,是一种可以有效封堵漏风通道的新型矿用防灭火材料。     

固体泡沫防灭火材料试验研究及应用

针对一般防灭火技术和材料存在防灭火效果差、成本高、使用中易损坏设备且产生有毒有害气体损害人员身体健康等问题,提出用一种固定泡沫防灭火材料封堵密闭采空区防止煤层自然发火的技术。通过对固体发泡材料的原料A和发泡剂B的配比量进行试验对比分析,得出在不添加沙子条件下,原料A与B的最佳配比量为1∶1.2,最大发泡倍数为16.73;在添加沙子条件下,能够降低材料成本投入。现场应用结果表明,该种发泡材料能够对工作面采空区进行有效封堵密闭,达到防止采空区自然发火和瓦斯集中涌出的目的。     

某铅锌矿全尾砂膏体胶结充填料配比实验研究

云南某铅锌矿一直采用嗣后干式充填的房柱法回采,由于接顶不理想,形成大面积的采空区,对深部矿体的回采和矿柱的回收产生了较大的影响,另外地表尾砂堆置对环境影响较大,为满足采空区对充填体不同的强度要求和实现绿色开采,需开展全尾砂膏体胶结充填料配比实验研究。从全尾砂充填料的物理化学性能入手,测量充填料浆的坍落度并分析其流变性能以确定实验重量浓度范围,制备充填体试块,测量其3、7、14、28 d强度,分析膏体充填料的初凝强度、长期强度和固结性能。通过对充填料流变性能和强度性能的分析,得到了不同用途的灰砂比和充填料配比。     

聚丙烯纤维高水材料力学性能的试验研究

在充填开采中,高水材料作为一种新型的充填材料,近年来得到广泛应用。但纯高水材料充填体在受压后往往裂隙较多,导致其受压后的强度不高,强度保持不稳定。利用聚丙烯纤维对高水材料进行掺杂,借助ETM力学试验系统,对掺杂聚丙烯纤维后的高水材料的破坏过程、压缩强度和变形特性等进行测试研究。结果表明:聚丙烯纤维的长度和掺量对高水材料试样的强度均有影响;聚丙烯纤维几乎不会改变高水材料的破坏形式和应力—应变曲线的形状,掺杂试样依然是"X"型剪切—劈裂破坏;纤维的掺入使得试样的峰后力学性能表现增强,掺杂纤维试样的残余强度占峰值强度的65%~84%;聚丙烯纤维的阻裂效应使得高水材料具有更好的完整性和连续性,聚丙烯纤维对高水材料有补强效应,适合作为采空区高水材料充填体的补充材料。     

含氨粉煤灰对充填膏体性能影响试验研究

针对含氨粉煤灰对煤矿充填环境和充填膏体性能的影响，以岱庄煤矿粉煤灰为研究对象，分析测定了其含氨来源和含氨量，并对含氨粉煤灰对充填体的性能影响进行实验研究和机理分析。结果表明：粉煤灰氨含量为0.16%，超过正常标准，导致在充填过程中有刺激性气体释放，影响采空区的施工环境|粉煤灰含氨会导致充填膏体凝结时间延长、强度降低，且随着含氨量的增加，对膏体性能影响更加严重。     

柔模无机充填材料在巷道快速密闭中的应用

巷道快速密闭是防治煤矿自燃发火常用的技术,其中密闭充填材料的研究意义重大。通过室内正交实验研究了柔模无机充填材料不同配比的坍落度、稠化悬浮性、凝结时间、收缩性及抗压强度。优选出柔模无机充填材料配比,并用于巷道快速密闭实践工程。结果表明：影响料浆流动性能最主要的因素为悬浮剂掺量和水灰比。为保证浆液具有良好的流动性能,悬浮剂掺量应为2.5%,水灰比控制在0.43~0.46;当水灰比为0.46,增强剂掺量为1%时,强度较大;稠化悬浮性能测试及后期收缩性能测试表明浆液水灰比降低,悬浮剂增大,该性能更好;综合各影响因素及各个指标的重要程度,优化出配方在张家峁煤矿13102工作面成功应用。研究成果为巷道快速密闭无机充填材料的配比提供了借鉴。     

含水粉煤灰泡沫混凝土力学性能退化试验研究

采用普通硅酸盐水泥、发泡剂、粉煤灰及外加剂制备采空区充填材料,通过室内试验研究不同含水率影响下充填体强度特性、蠕变特性、应力应变特性和变形特性退化规律。结果表明：自由水对充填体性能退化影响明显。具体表现为：随着含水率的增加,充填体抗压强度和抗剪强度递减,初期递减幅度较大,后期较小;充填体强度峰值、峰后残余强度及延性随着含水率增加而递减;随着含水率的增加,充填体弹性模量降低幅度较大,泊松比变化幅度较小,其他变形参数如剪切模量,体弹性模量均减小,充填体在水弱化情况下会进一步产生压缩,抗变形能力退化显著。     

膏体充填料浆流动堆积规律探索

掌握膏体充填料浆在采空区中的流动堆积特性,在实践过程中可以为控制充填质量和钻探成本提供依据。以此为出发点,首先引入了膏体充填料浆的堆积形态的描述方法,在此基础之上根据煤矿采空区的特性建立了关于空洞型采空区的充填计算方法,最后结合实例验证了该理论计算方法的可靠性。     

煤矸石膏体充填材料的试验研究

为了提高村庄下的压煤采出率和保护环境，采用煤矸石膏体充填采矿法解放村庄下煤炭．通过正交试验和线性回归，得出影响煤矸石膏体充填体强度和坍落度的因素及回归函数．结果表明：组成膏体充填材料的煤矸石，胶结料，粉煤灰及膏体质量浓度对强度均有不同程度影响，煤矸石对充填体的后期强度影响显著，胶结料对充填早期强度影响较显著，粉煤灰对充填强度影响不显著．煤矸石在加工成直径小于25mm后，还需进一步分级．提高细颗粒矸石加量和降低质量浓度可提高膏体的坍落度和可泵性，胶结料和粉煤灰对膏体的可泵性影响不如煤矸石和质量浓度影响显著．     

发泡剂用量对粉煤灰泡沫混凝土强度影响

为了制备适用于采空区充填的泡沫混凝土,探索发泡剂用量对粉煤灰泡沫混凝土抗压强度的影响规律,通过室内试验制备了发泡剂用量分别为3%、6%、9%的粉煤灰泡沫混凝土试块,并进行单轴压缩试验。结果表明:实验制备密度为513.6 kg/m3的粉煤灰泡沫混凝土,当增大发泡剂用量时,泡沫混凝土的峰值强度降低,其弹性模量出现较大幅度降低,对应达到峰值强度的应变增大。随着加载速率的降低,试块峰值强度有小幅度提高。说明发泡剂用量为3%时粉煤灰泡沫混凝土强度最高。