煤矸石似膏体充填材料配比优化研究

为了解决煤矸石大量堆积引起的生态环境污染及膏体充填材料泵送性差、投资大等问题,以煤矸石、河砂为骨料,水泥和粉煤灰为胶结料,运用正交试验对煤矸石、粉煤灰、质量浓度等因素对似膏体充填材料性能的影响及矿用似膏体充填材料的最优配比进行了研究。结果表明:胶结料中水泥的比例越大,似膏体材料的强度越大;适当的增加煤矸石用量有利于提高材料的长期强度;提高粉煤灰比例、减小材料质量浓度及合理的粗细骨料比例可提高材料的泵送性能。获得的最优配比为:水泥、粉煤灰、煤矸石和河砂的质量比为1∶3∶5∶5,质量浓度为74%,早强剂含量为1%。     

黄土粉煤灰基新型煤矿充填材料配比试验研究

针对传统煤矿充填材料对粉煤灰的需求量较大、成本较高的问题,研究将西北地区广泛存在的黄土作为充填材料的可行性,通过试验得到煤矿新型充填材料的配比。试验采用黄土、粉煤灰为主料,水泥、石灰碱性材料为辅料,掺入适量的外加剂,根据粉煤灰的活性碱激发原理,利用正交原理进行五因素四水平试验,分析了试验各因素对试样主要指标的影响,得出了满足要求的试验配比方案。试验结果表明:将黄土作为原材料和粉煤灰共同作为煤矿充填材料是可行的,黄土粉煤灰料浆浓度宜为60%~65%;黄土粉煤灰质量比1∶1.5~1∶3;辅料占固料质量30%~33%,外添加剂占固料质量5%~7%,养护期为28d。     

神东矿区山砂基膏体充填材料配比优化试验

为制备成本低廉、配比合理和稳定优越的膏体充填材料，以山砂作为骨料，水泥和粉煤灰作为胶凝材料，分别对充填材料的物理力学性质、化学成分、膏体流动性、速凝特性和配比进行系统研究。结果表明：神东矿区山砂颗粒粒度中等偏细，SiO₂含量较高，有利于提高充填体强度；粉煤灰颗粒超细，具备部分活性，是良好的添加辅料；山砂基膏体的推荐质量浓度为水泥∶粉煤灰∶山砂=1∶2∶6、1∶2∶10、1∶4∶15、1∶4∶20时，质量浓度分别为83%、84.5%、84%、84.5%；水泥∶粉煤灰∶山砂=1∶4∶15时，3 d龄期抗压强度为1.44 MPa,28 d龄期抗压强度可达8.88 MPa，而配比为1∶4∶20时，膏体充填体强度略有降低；充填体的早期强度较高，能够满足充填技术要求。     

基于正交实验的赤泥-粉煤灰膏体充填材料配比优化

为了解决赤泥、粉煤灰等工业固废的堆放对环境产生的危害,同时降低矿山充填材料的高成本问题,试验采用拜耳法赤泥、粉煤灰制备矿山充填材料。采用正交试验方法以及MATLAB进行线性回归预测和3D可视化模型建立,得出影响赤泥基膏体充填强度及塌落度、泌水率的因素及回归方程。实验结果表明:料浆质量分数是影响塌落度的主要因素,其中58%料浆浓度的塌落度效果最好;赤泥粉煤灰比是影响充填料浆泌水率的主要因素,赤泥粉煤灰比为3∶2可以满足工艺要求;水泥掺量对试块的早期强度影响最大,料浆质量分数次之,赤泥粉煤灰比最小。因此,选择料浆浓度58%、赤泥粉煤灰比3∶2,水泥掺量10%为赤泥粉煤灰膏体充填的最优配比。     

红土膏体充填材料及其物理特性试验研究

充填开采是实现矿山安全绿色开采的重要途径,但要求充填材料来源广泛、成本低,且必须能满足充填工艺要求,为开发新型膏体充填材料,以广西百色州景煤矿为工程背景,使用取材方便、成本较低的红土代替粉煤灰,将其与煤矸石,胶结材料混合制成红土膏体充填材料。通过试验测量不同固体材料质量比,不同干料质量分数的红土膏体充填材料的坍落度、扩展度、泌水率,并使用RYL-600剪切流变仪进行单轴压缩试验,测其抗压强度与弹性模量,进而分析红土膏体充填材料的强度特性,以及材料配比与干料质量分数对其性能的影响规律。研究结果表明:同等条件下与传统粉煤灰型充填材料相比,红土型充填材料强度差别不大,并且红土具有成本低、取材方便以及对环境无污染等优势;干料质量分数对充填体强度影响最大,当为80%时性能最优;随着红土掺量增加,充填体强度会降低,数据显示,红土与水泥质量比在1∶1、1∶2、2∶1时均满足充填要求,矸石、红土、水泥质量比为6∶2∶1时,充填材料既符合膏体充填工艺要求,又能减少充填成本。     

矸石膏体充填材料配比优化

为了合理确定岱庄矿矸石膏体充填材料的合理配比,采用均匀设计方法开展了28组实验,研究粉煤灰、水泥、矸石的不同配比对膏体坍落度、分层度、泌水率、充填体早期强度和长期强度的影响规律。基于关键层理论提出了充填体长期强度的计算公式,并采用Matlab软件拟合出了矸石膏体充填最优配比,即粉煤灰∶水泥为3.2、矸石∶水泥为4.5、料浆质量浓度为75.3%。该条件下对应的充填性能参数分别为:坍落度184.44 mm、分层度13.87 mm、泌水率1.48%、充填体早期强度0.16 MPa、充填体长期强度3.89 MPa,与实验结果基本吻合。     

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。     

基于风积砂的膏体充填材料研制

以风积砂作为骨料的充填材料配制是一个新的研究课题。为给陕北某煤矿充填开采提供高质量、低价格的膏体充填材料配比依据,在24组单因素试验基础上,采用正交试验法研究了风积砂膏体充填材料坍落度、7d和28d抗压强度,并采用SEM对最优配比充填材料微观结构进行分析。结果表明:当粉煤灰的掺量小于380kg/m~3时,充填膏体坍落度呈现上升趋势,当掺量超过380kg/m~3时,膏体的坍落度呈下降趋势;随着粉煤灰掺量增加,充填膏体抗压强度随之增大,且7d变化较小,28d变化较明显;随着水泥掺量增加,充填材料坍落度缓慢下降,同龄期抗压强度也持续缓慢增加,但是同掺量7d和28d抗压强度相比,28d强度增加较大。综合分析,得出最优配比:粉煤灰掺量为440kg/m~3,水泥掺量为220kg/m~3,风积沙掺量为45%,质量浓度为76%。     

粉煤灰膏体充填置换条带煤柱强度研究

针对过去"三下"开采遗留的大量保护煤柱,因地制宜地提出了粉煤灰充填体整体置换回采条带煤柱的方法。依据采场上方"裂断拱"时空演化规律并结合裂断拱内岩石自重计算充填条带初期强度应大于0.49MPa,后期强度应大于4.42MPa。为了获得充填体的最优配比,设计了正交试验,分析了石灰含量、石膏含量和水泥含量对不同龄期强度的影响程度。结果表明:水泥含量是影响膏体前期1,3,7d抗压强度的主要因素;石灰含量是影响膏体后期28d抗压强度的主要因素。综合多种因素考虑,最终选择粉煤灰∶生石灰∶石膏∶水泥为68%∶15%∶12%∶5%的配比为最优配比。     

煤矿高浓度胶结充填材料配比研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,在分析煤矿充填开采特点、煤矿对充填材料要求及高浓度胶结充填现状的基础上,分别研究了以粉煤灰、煤矸石、普通硅酸水泥及水为主要充填材料在未添加与添加外加剂时的合理质量配比。结果表明:未添加外加剂时,普通硅酸水泥、粉煤灰、煤矸石、水在质量配比10%∶20%∶50%∶20%时充填材料所形成的充填体效果较好,在该配比的基础上添加普通硅酸水泥质量8%的外加剂,制成的料浆浓度为79%,该充填料浆流动性好,不沁水,无离析,坍落度为280 mm,28 d后抗压强度达5.2 MPa,达到了较好的充填效果。     

建筑垃圾再生骨料膏体充填环管试验

在煤矿膏体泵送充填开采理论技术基础上,为分析以建筑垃圾为骨料、粉煤灰和添加剂为细集料的膏体充填材料的基本性能变化和流变特性,利用室内膏体充填模拟系统进行了膏体充填材料的配比试验和管道输送试验。膏体充填材料配比为添加剂∶粉煤灰∶建筑垃圾=1∶4∶6,试验采用质量浓度自高到低加水调制方案,操作包括3个步骤：试验准备、膏体充填材料制备、泵送试验和数据采集。试验结果表明：该种膏体充填材料的塌落度和分层度随泵送时间的增长而减小,质量浓度则稍有增加,经4 h管道输送后,质量浓度为76%的膏体充填材料塌落度、分层度分别达到18.5 cm、0.9 cm;膏体质量浓度、流速和充填管径是充填管道阻力损失的主要影响因素,质量浓度为76%,流速在0.8~1.1 m/s之间较为理想。     

似膏体充填材料配比的BP网络优化方法

为了探究似膏体充填材料各组分对材料性能的影响及最优配比,以实验室做的16组配比试验数据为样本,建立了材料组分等因素与分层度、塌落度及长期强度之间的5-10-3 BP网络模型,并利用该模型搜索的最优配比方案进行现场试验。结果表明：建立的网络模型最大相对预测误差为6.08%;胶结料与骨料共同决定充填体的强度;高比例煤矸石配以精确比例的胶结料和细骨料可形成强结构充填体;当粉煤灰掺量为水泥质量的3~4倍,河砂掺量约等于煤矸石质量时,材料的综合性能最好;利用优化后的材料配比方案进行巷旁充填,巷道围岩变形较小且较稳定。     

煤矸石充填材料配比试验研究

为科学合理确定陕西青岗坪煤矿煤矸石充填材料配比,分析充填材料组分对煤矸石充填体强度的影响,采用正交试验的方法分析粉煤灰与水泥质量比、矸石与粉煤灰质量比、质量分数3个因素对煤矸石充填体强度的影响,并进行单轴抗压力学性能试验。结果表明:选择粉煤灰与水泥质量比1:3、矸石与水泥质量比1:7、质量分数为75%进行配比时,矸石料浆坍落度及充填体强度均可以达到较好效果。     

磷石膏充填材料的管道输送研究

参照金属矿山膏体泵送充填理论技术,通过环管输送试验研究了以磷石膏、尾砂、水泥为膏体充填材料的输送性能和流变特性。根据采矿设计要求,在质量浓度为71%,膏体充填材料配比水泥∶尾砂∶磷石膏分别为1∶4∶12,1∶8∶24,1∶12∶36时,测试了不同配比情况下的料浆流变参数。试验结果表明3种配比均呈现宾汉流体的特性,得出料浆特性及管道输送参数,为充填采矿设计提供了依据。     

具有膨胀特性膏体充填材料的物理力学特性研究

针对煤矿采空区膏体充填材料无法充分接顶的现状,运用X射线衍射仪(XRD)及X射线荧光光谱分析仪(XRF)对膨润土、煤矸石、粉煤灰等膏体充填材料进行化学物相分析,结合自制的膨胀测定仪器,分析检测不同膨润土掺入比的膏体材料膨胀率随时间的变化关系,并对不同养护龄期下的膏体试件进行力学性能测试与微观水化机理研究。结果表明:配比P04为最优配比,即胶结料∶膨润土∶煤矸石∶粉煤灰为1∶0.6∶3∶4,质量浓度为72%,28d单轴抗压强度为4.85 MPa,膨胀率为2.25%。P04膏体衍射谱图表明,不同龄期的水化产物各物质含量各不相同,在水化初期8h内即生成一定量的钙矾石,28d生成大量的C-S-H凝胶。     

铀尾砂膏体充填材料的流动性能研究

对不同灰砂比、膏体浓度、减水剂含量的铀尾砂膏体充填材料进行了坍落度试验和粘度试验, 并结合CFD方法对铀尾砂膏体充填材料流动性能进行了数值模拟研究。试验结果表明, 铀尾砂膏体充填材料满足管道输送的最优配比为:质量浓度75%、灰砂配比1∶5、减水剂含量0.6%~4.4%; 最优配比下屈服应力53.96~131.38 Pa, 塑性粘度0.866~1.325 Pa·s。数值模拟结果表明, 铀尾砂膏体充填材料的管道阻力损失随质量浓度增加呈非线性增大, 随流速增加呈线性增大, 随管径增加呈非线性减小, 随管道弯曲半径增加呈非线性减小。     

煤矿采空区膏体充填材料制备试验研究

以煤矸石和粉煤灰为原料、电石渣为外加剂,通过试验得到了适合内蒙古乌海某煤矿采空区膏体充填材料的优势配比。保持充填浆料的质量浓度为67%,当煤矸石、粉煤灰、水泥和外加剂的质量比为14∶10∶2∶3时所形成的充填体,28 d单轴抗压强度为5.71 MPa,可以满足该矿最低充填强度的需求。试验中采用外加剂中的氢氧化钙作为碱性激发剂,用以激发粉煤灰的活性;选用的粉煤灰含有大量的硫酸钙,会和氢氧化钙与活性氧化铝发生反应生成钙矾石,产生胶凝作用,从而形成良好的充填强度。     

矸石膏体优化配比及其力学性能基础试验研究

矸石膏体充填技术为"三下"压煤开采提供了一种新的方法。针对煤矿配制矸石膏体存在因素和水平较多的实际情况,提出用均匀设计法优化配比矸石膏体,并对固结后矸石膏体的力学性能进行了测试,结果表明:当煤矸石、粉煤灰、水泥的质量比为7.5∶3.5∶1,膏体材料的质量浓度为81%时,矸石膏体的管道输送和强度都满足要求,是本次试验的最优结果;矸石膏体的破坏主要发生在粗集料和胶结材料的界面,矸石膏体破坏前的变形较小,不超过2%。矸石膏体在不同围压作用下,充填体三轴压缩表现出线弹性变形阶段和塑性强化阶段的变形特征,基本不存在软化阶段。     

基于煤和粉煤灰的膏体充填材料特性试验

通过对多数重组煤矿井进行调查,发现大多数矿井都存在有破碎断层、空巷。对这类矿井需要必要的充填,才能方便工作面的推进与顶板支护管理。通过试验对能够满足煤矿膏体充填要求的胶结材料进行探索,试验采取正交试验的方法,比较了普通硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂与粉煤灰三者之间不同配比的胶结性能。试验的骨料为某重组矿井的原煤,胶结材料以粉煤灰与水泥为主,添加剂为聚羧酸减水剂。通过正交试验,得出最终结论:选取水泥∶原煤∶粉煤灰=1∶3∶4,膏体浓度78%,减水剂添加量1.0%时,可以满足巷道充填的要求。     

矿山固体废弃物制备高强度膏体充填材料的实验研究

为充分利用矿山固体废弃物进行深部膏体充填开采,以煤矸石、粉煤灰、尾砂和水泥为原料,制备高强度膏体充填材料,采用正交设计手段进行配合比设计,并采用坍落度实验和单轴压缩实验测试了不同配合比条件下膏体充填材料的坍落度、强度和弹性模量,基于实验数据进行了极差分析,探讨了质量分数、水胶比、砂率和粉煤灰用量对膏体充填材料性能的影响,确定了最优配合比。研究结果表明,采用煤矸石、尾砂、粉煤灰和水泥为原料,可以制备高强度满足深部开采要求的膏体充填材料,当质量分数为80%、水胶比为2、砂率为80%、粉煤灰用量为150 kg/m3时为最优配合比,此时坍落度为209 mm,28 d抗压强度为10.40 MPa,弹性模量为7.15 GPa,能够满足深部膏体充填开采的要求。