基于正交试验的煤基膏体料浆配比优化研究

采用煤基膏体充填料浆实现预充开采是解决小煤窑旧采残留资源二次回采的创新尝试。以水泥为胶结料,原煤和粉煤灰为骨料,运用正交试验方法,研究了原煤、粉煤灰、减水剂比例和浓度对膏体性能指标的影响规律,并通过极差分析和方差分析确定了这些因素的主次顺序和影响程度。研究结果表明:原煤比例的增大会降低膏体强度,粉煤灰可增加膏体的流动性和保水性,膏体浓度对膏体流动性和泌水率影响最大。当原煤∶粉煤灰∶水泥为4∶3∶1,减水剂比例为1.0%,膏体浓度为78%时,膏体料浆的强度和可泵性达到最佳。     

减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成分散程度的影响试验

针对减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成的分散程度进行试验研究。试验中选择五种粉状组成(水泥、矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉和尾砂粉)和四种减水剂(聚羧酸系、萘系、氨基系和脂肪族系)作为研究对象,采用浆体流动度试验测定五种粉状组成的浆体流动度分别随四种减水剂掺量增加的变化规律。试验结果表明,对于水泥、矿渣粉和粉煤灰浆体,聚羧酸系高效减水剂是分散效果最好的减水剂;对于石灰石粉和尾砂粉浆体,脂肪族高效减水剂是分散效果最好的减水剂。由于脂肪族高效减水剂的单价约为聚羧酸系高效减水剂单价的1/4,因此,脂肪族高效减水剂将是制备全尾砂胶结膏体充填材料性价比最高的减水剂。     

减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成分散程度的试验研究

针对减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成的分散程度进行了试验研究,试验中选择了五种粉状组成（水泥、矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉和尾砂粉）和四种减水剂（聚羧酸系、萘系、氨基系和脂肪族系）作为研究对象,采用浆体流动度试验测定了五种粉状组成的浆体流动度分别随四种减水剂掺量增加的变化规律。试验结果表明：对于水泥、矿渣粉和粉煤灰浆体,聚羧酸系高效减水剂是分散效果最好的减水剂;对于石灰石粉和尾砂粉浆体,脂肪族高效减水剂是分散效果最好的减水剂。由于脂肪族高效减水剂的单价约为聚羧酸系高效减水剂单价的1/4,结论是脂肪族高效减水剂将是制备全尾砂胶结膏体充填材料的性价比最高的减水剂。     

煤矿高浓度胶结充填材料配比优化分析

汾西矿业有限公司新阳煤矿的高浓度胶结充填材料主要由煤矸石、粉煤灰、水泥和水4部分组成。针对高浓度胶结充填材料配比的优化,为了减少试验次数,提高实验的精确程度,对实验数据采用正交试验法进行处理。结果表明:当粉煤灰∶水泥∶煤矸石为2∶1∶4.8,料浆浓度为78%时,高浓度充填料浆坍落度为252 mm,泌水率为4.9%,充填体28 d强度为4.21 MPa,可以满足煤矿充填开采要求。     

粉煤灰对膏体充填材料特性影响试验

基于我国"三下压煤"现状,研究了以水泥为胶结料,原煤和粉煤灰为粗细骨料的充填材料。通过正交试验的方法,定量确定了水泥、粉煤灰和原煤在不同配比和在不同膏体浓度下对膏体材料各项性能指标的影响程度,以及指标随各因素变化趋势。     

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%。     

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。     

高浓度胶结充填体强度影响因素试验研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,以水泥、粉煤灰、料浆浓度、养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下四因素对胶结充填体强度的影响,以及不同水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下三因素对胶结充填体坍落度的影响。结果表明:养护龄期对充填抗压强度影响最大,最不敏感的是粉煤灰含量;水泥含量对充填体坍落度的影响最大,最不敏感的是料浆浓度。同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即水泥含量10%、粉煤灰含量20%、料浆浓度80%、养护时间为28 d,其单轴抗压强度为4.68 MPa,坍落度为243 mm,能够满足充填开采的要求。     

减水剂-粉煤灰复合掺料膏体力学性能及水化机理研究

煤矿井下胶结充填技术可有效解决固废地表堆存和煤炭开采引发系列地质灾害等问题,针对粉煤灰基复合掺料井下充填中料浆流动性和力学性能系统研究的不足,开展坍落度为220 mm时掺减水剂、水泥及粉煤灰复合掺料膏体状态下含水率、抗压强度、凝结时间、SEM和压汞实验研究,从宏观和微观分析并探讨复合材料膏体强度演化规律与水化机理。结果表明,掺减水剂可保障低水灰比下充填料浆的坍落度,选择合适类型与剂量的减水剂可提高复合掺料膏体强度达33%;掺减水剂可降低充填料浆含水率,与未掺减水剂充填料浆相比,减水率达3%～7%;掺减水剂和增加减水剂掺量可减少粉煤灰复合掺料充填料浆凝结时间,掺B型减水剂与掺A型减水剂、未掺减水剂相比,无论从短期强度还是长期强度均高于后者;掺减水剂粉煤灰膏体C-S-H凝胶中主要元素为Si和Al,未掺减水剂膏体凝胶中主要元素为Ca和O,已完全发育的C-S-H凝胶以晶体的形式填充于充填体孔隙和裂缝中,有助于提升充填体强度和耐久性;掺减水剂和增加减水剂掺量均可降低充填体孔隙率,使得充填体结构更为致密,更有利于充填体强度的提高。研究成果可丰富我国煤矿井下粉煤灰基胶结充填技术和固废处置等领域理论研...     

减水剂对磷尾矿胶结充填料浆输送流动性能影响研究

采用贵州某磷尾矿为骨料、粉煤灰和水泥为胶凝材料,制备了胶结充填料浆。采用扩展度法、流动度法及L型管法研究了聚羧酸系和萘系减水剂对磷尾矿充填料浆流动性能的影响。结果表明,聚羧酸系减水剂添加量为1.2%时对充填料浆流动性能的改变较大,萘系减水剂添加量为8%时料浆流动性可达到较好的效果;二者相比,聚羧酸系减水剂优于萘系减水剂。同时聚羧酸系减水剂对磷尾矿充填料浆具有较强的分散作用,能改变水泥絮凝结构,提高充填料浆的流动性能。     

煤矿新型胶凝充填材料配比试验及水化机理研究

针对新阳煤矿充填开采,利用粉煤灰、石灰、脱硫石膏等固体废弃物加少量水泥进行新型充填胶凝材料强度试验研究,采用正交试验法确定煤矿新型胶凝材料中水泥、石灰、脱硫石膏和粉煤灰的最佳配比。借助XRD衍射仪和扫描电镜(SEM)研究新型充填胶凝材料的水化机理,揭示了不同龄期胶凝材料的水化产物类型与微观发育形态,最后以该胶凝材料与煤矸石和水按一定比例混合制备充填料浆,并与相同质量浓度下的高浓度胶结充填料浆性能进行对比。结果表明:煤矿新型胶凝材料的最佳配比为水泥∶石灰∶脱硫石膏∶粉煤灰=10%∶1.8%∶9%∶79.2%;新型胶凝材料养护龄期3 d时,水化产物主要以针状存在,通过团絮状、丝状产物相联结;养护龄期到达28 d时,水化产物间主要以团状、块状或成片状物质形式存在,水化产物黏结得较紧密;相同质量浓度下,新型充填材料和高浓度胶结充填材料相比,尽管强度和泌水率等指标略低,但已经满足新阳煤矿充填开采的要求,并极大地降低了胶凝材料的成本。     

原料配比对煤矸石膏体工作性能和抗压强度的影响

针对充填材料成本过高、性能欠优的状况，结合煤矸石等大宗固废资源化再利用等问题，以煤矸石为骨料，粉煤灰、矿渣和水泥为胶凝材料，聚羧酸减水剂和水玻璃为外加剂，制备早强型煤矸石膏体充填材料。重点研究了胶凝材料用量及配比对煤矸石膏体工作性能和抗压强度的影响，结果表明，随着胶凝材料用量的减少，新鲜膏体坍落度先增大后减小，泌水率先减小后增大，胶凝材料最佳用量约为25%;随着胶凝材料中水泥掺比量的减少和矿渣用量的增加，膏体坍落度小幅增加，膏体试块3～28 d的抗压强度稳步上升，煤矸石膏体制备原料最优配比为煤矸石∶粉煤灰∶矿渣粉∶水泥=75∶13∶6∶6,而新鲜膏体坍落度为26.5 cm, 1 h后坍落度为25.1 cm,泌水率为6.21%,膏体无分层离析现象；膏体2 h后抗压强度可达0.06 MPa, 28 d抗压强度可达10.5 MPa。     

减水剂对煤矿胶结充填料浆输送性能影响研究

为了有效改善煤矿高浓度胶结充填料浆的输送性能,选用萘系和聚羧酸系2种高效减水剂,采用实验室试验的方法,借助流变仪对改性浆体的屈服应力、剪切应力等流变特性进行测试分析,并通过坍落度、扩展度和泌水率等因素对浆体的流动特性进行探究。结果表明:在充填料浆中添加掺量为1.5%萘系和0.4%聚羧酸系减水剂,浆体剪切屈服应力由634.4 Pa分别降低到301.6、314.7 Pa,塑性黏度由7.9 Pa·s分别提高到12.1、8.5 Pa·s;充填材料泌水率随减水剂掺量的增加不断增大,但聚羧酸减水剂泌水率更小,0.3%以下掺量时不泌水;结合环保要求考虑,建议优选聚羧酸系减水剂。     

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。     

矸石粉替代粉煤灰膏体充填材料性能研究

针对传统煤矿膏体充填材料对粉煤灰的需求量较大、成本较高的问题，研究矸石粉替代粉煤灰作为辅料时的膏体充填材料性能，采用正交试验方法以及MATLAB进行线性回归预测和3D可视化模型的建立，分析水掺量和水泥掺量对膏体充填材料流动性和力学性能的影响规律。试验结果表明：随着水泥掺量的增加，充填料浆流动性缓慢下降，同龄期抗压强度也持续缓慢增加，且1～3d变化较明显，3～28d变化较小|水掺量是影响流动性的主要因素，尤其是对充填料浆的扩展度的影响最为明显，随着水掺量的增加，同龄期抗压强度在显著减少，且龄期越长，结果越为明显。综合分析得出最优配比为15%水泥掺量，23%水掺量的充填材料，既满足充填强度要求也满足膏体的流动性要求。     

梁家煤矿似膏体连采连充技术及工程实践

为解决梁家煤矿三下压煤问题，以2112工作面开采为工程背景，提出了短壁连采连充似膏体充填开采方法，优选了一种以炉渣、粉煤灰为主的似膏体充填材料配比，构建了由充填材料地面制备、井上下输送系统及短壁工作面连采连充一体化的绿色循环开采系统，并进行了地表变形控制效果预计及实测。方案应用结果表明：当粉煤灰质量占比65%、炉渣26%、水泥熟料7%、早强剂1%、减水剂1%和水胶比0.5时，粉煤灰-炉渣似膏体充填材料料浆浓度为66.7%，充填体单轴抗压强度可达到9 MPa，满足工程要求；梁家煤矿采用短壁连采连充开采方法，实测地表最大沉陷200 mm，地表控制在Ⅰ级损坏范围内，实现了不迁村建下安全高效开采。该技术在梁家煤矿的成功运用丰富了充填技术体系，可为其他矿井提供工程技术借鉴。     

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。     

煤矸石膏体巷旁充填材料的研究

煤矸石膏体充填材料由煤矸石、粉煤灰、PL膏体胶结料和水组成.在目前PL膏体胶结料基础上,通过正交设计试验,改变煤矸石、膏体胶结料的用量,调整水灰比,测定充填材料的坍落度和抗压强度(1 d、3 d和7 d),在满足沿空留巷所需的力学性能条件下,得出了一种较为合理的配比方案,以及确定合理配比的方法,为煤矸石膏体巷旁充填材料的选择与应用提供了科学的依据.     

公格营子煤矿胶结充填材料试验

以公格营子煤矿为研究对象,通过单轴抗压强度试验对胶结充填体压缩特性进行研究,系统分析了白灰、粉煤灰、水泥、矸石不同配比方案,得出胶结充填体试块压缩特性和抗压强度随养护龄期的影响规律。试验结果表明:相同条件下,胶结充填材料强度与白灰掺量、粉煤灰掺量、料浆质量浓度和养护龄期成正比关系。通过单因素方差分析和显著性检验分析28 d充填料浆的抗压强度试验结果,得知质量浓度对充填体抗压强度的影响相对较大。公格营子煤矿现场充填体材料配比能够满足在开采过程中和开采后充填体对上覆岩层的整体性和长期稳定性的要求,能够指导类似煤矿后续的开采。     

基于黄土膏体充填材料配比优化试验研究

为寻求价格日益增长的粉煤灰膏体充填材料的替代品,以山西省某矿4901充填工作面为工程背景,采用理论分析、实验室试验和现场调研等方法,研究了黄土材料作为粉煤灰替代品的替换效果及最优配比。试验和现场应用结果表明:黄土膏体充填材料价格低廉,作为传统粉煤灰膏体充填材料的替代品替换效果较优;黄土膏体充填材料的最优配比方案为水固比(水与固体充填材料质量比)1∶1.6、固相比(矸石与水泥质量比)5∶5及土灰比(黄土与粉煤灰质量比)4∶2时,膏体充填材料稳定性高,材料的后期抗压强度高达5.5MPa;以水泥质量的6%作为膏体充填材料添加剂时,凝结时间缩短79.17%。该研究成果对西部地区有一定的借鉴和参考价值。