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。     

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。     

建筑垃圾膏体充填材料配比优化试验研究

为优化建筑垃圾膏体充填材料技术参数,以建筑垃圾为骨料,粗粉煤灰基为胶结材料,采用正交试验方法分析料浆质量浓度、灰料比及细骨料所占比例对充填体的塌落度、分层度、泌水率及单轴抗压强度的影响。结果表明:灰料比对膏体塌落度和泌水率有重要影响,膏体质量浓度和灰料比是分层度、充填体抗压强度的主要影响因素;灰料比越大,膏体塌落度越大,泌水率越大;膏体质量浓度越大,分层度越小;细骨料所占比例对膏体塌落度、分层度和泌水率的影响不明显。综合考虑多种因素,最终选择灰料比为1∶2、质量浓度为76%、细骨料所占比例为45%为最佳配比方式。     

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。     

金川矿山混合充填材料配比试验

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生重要影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰3种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉降损失率的试验研究。试验结果显示,河砂与棒磨砂配比为2∶8的混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉降损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

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。     

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。     

粉煤灰膏体充填材料工作性能影响因素研究

为促进充填开采的推广应用,采用正交试验的方法,通过泌水率、坍落度和单轴抗压强度试验,研究了料浆质量浓度、矸石粒径、矸灰比和粉煤灰替代率对粉煤灰基膏体充填材料输送和力学性能指标的影响规律,给出了当前试验阶段充填材料的最佳配比.结果表明:料浆质量浓度是输送性能的主控因素,粉煤灰替代率和矸灰比次之,矸石粒径的影响较小;料浆质量浓度也是力学性能的主控因素,矸灰比次之,粉煤灰替代率和矸石粒径的影响较小;现阶段粉煤灰基膏体充填材料的较优配比为80％料浆质量浓度、0~5 mm 矸石粒径、1.0矸灰比以及30％粉煤灰替代率.研究成果对于降低充填成本具有重要意义.     

废弃混凝土粗骨料对充填膏体性能的影响

为解决废弃混凝土长期堆放占用土地资源,破坏周围生态环境的问题,利用废弃混凝土粗骨料替代煤矸石制备充填膏体,分别测定了其初始坍落度与扩展度、流变性能,以及静置2 h后的坍落度与扩展度、泌水率及单轴立方体抗压强度。结果表明：废弃混凝土粗骨料对初始流动性能的影响显著,随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,初始坍落度由25 cm逐渐减小到22 cm,而对充填膏体的静置流动性能影响较小;随着废弃混凝土粗骨料替代率的增加,屈服应力及塑性黏度均呈上升趋势;废弃混凝土粗骨料对充填膏体的泌水有很好的抑制作用,随废弃混凝土粗骨料替代率的增加,泌水率由5.56% 逐渐减小到4.61%;随着废弃混凝土粗骨料替代膏体矸石量的增加,废弃混凝土充填膏体试件的抗压强度先增大后减小,综合分析选取了废弃混凝土粗骨料替代矸石量的合理范围。     

泵送矸石膏体充填材料配比实验

为了缓解我国"三下"压煤严重并且保护环境,采用泵送矸石膏体充填采煤工艺。通过矸石充填材料配比实验得出了对充填材料的凝结时间、塌落度以及充填强度的影响因素。对比分析实验数据得出,粉煤灰合理比例为8%,水玻璃合理比例为2.5‰,水泥合理比例为3%,充填料浆质量浓度为85%。材料各项性能均能达到现场试验要求,提高煤矿的充填效果,保证煤矿安全回采。