矸石固体充填材料胶结性能的实验研究

通过对矸石粉煤灰、矸石黄土作为固体充填材料的胶结性能的实验研究,分析矸石粉煤灰、矸石黄土充填体强度性能,并以水泥作为胶结材料,重点分析了水泥对矸石黄土固体充填材料的强度影响。实验结果表明,以矸石黄土进行固体充填,充填体强度高于矸石粉煤灰充填体;在矸石黄土固体充填材料中加入水泥,并随着掺量的增加,充填体强度特别是早期强度得到大幅度提高,且可缩短充填采煤周期,降低生产成本。     

膏体注浆补强固体充填技术研究与应用

为了在控制成本的情况下提高固体充填的密实度,有效控制顶板下沉,提出在煤矸石与粉煤灰固体充填基础上进行膏体注浆补强。通过实验室的煤矸石级配优化以及配比实验确定抗压效果最好的配比方案,在此基础上进行膏体注浆补强,分析注浆补强对充填体密实充填率以及抗压强度的提升效果,进一步应用到现场。结果表明:煤矸石与粉煤灰1∶0.6配比条件下抗压效果最好;膏体注浆有效提升了充填体的密实充填率,抗压强度有了一定的提升。经过现场实践,膏体注浆补强固体充填使得开采对工作面所对应的地表建筑物及设施的影响较小,可以正常使用。     

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%。     

神东高强度开采煤矸石规模化利用模式研究

针对神东高强度开采矸石产量大且现有各种矸石利用、处置方式均存在一定局限性，导致矸石消化能力不足的问题，提出了神东高强度开采煤矸石规模化利用模式，分析了神东各矿井矸石产量及实际生产条件、神东矿区矿井实际情况及周边产业分布情况、各矿煤矸石利用途径，总结了煤矸石发电、煤矸石铺路、煤矸石生产建筑材料、煤矸石制高岭土、煤矸石用于农业和工业、煤矸石井下充填利用等，构建了神东矿区煤矸石规模化利用模式，实现煤矸石地面资源化利用，结合矿井回收煤柱、灾害治理等进行矸石充填开采，消耗剩余大部分矸石，且应用充填开采不得影响矿井产量，同时对充填方式进行适当优化，精准落实“一矿一策”,形成条带胶结膏体充填、综采膏体充填、注浆充填、固体充填、“采选充”一体化充填和多模式综合充填等神东井下分类精准化充填模式。这种“地面资源化利用+井下精准化充填”矸石规模化利用模式，能够实现经济效益和矸石处置、灾害治理效益最大化。     

固体充填胶结沿空留巷巷帮支护体优化设计

为提高固体充填胶结沿空留巷的效果,以唐口矿9301充填工作面为工程背景,对固体充填胶结沿空留巷巷帮支护体进行优化设计研究。通过对巷帮胶结充填材料的泌水率、强度等性能进行试验,分析了充填料浆的基本特性与胶结充填材料配比之间的内在联系与规律,最终确定了唐口矿巷帮胶结充填材料的配比。通过在唐口煤矿9301充填工作面进行工业性试验表明,优化设计的巷帮胶结充填体具有快凝早强,接顶良好的特点,沿空巷道变形量得到了有效控制。     

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.     

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．     

煤矸石粉对矸石基绿色胶结充填体性能的影响

针对煤矸石排放及粉煤灰应用带来的一系列环境问题,以及以粉煤灰为掺合料的矿山矸石胶结充填成本相对较高的工程问题,通过试验分析研究了煤矸石粉掺量对矸石基绿色胶结充填体工作性能、力学性能和耐水性能的影响规律,并通过SEM和XRD试验分析煤矸石粉对充填体性能的影响机理。结果表明：掺加简单机械活化煤矸石粉的矸石充填材料,能够满足矿山对于泵送输送的要求并具有一定的抗压强度,适合对强度要求相对较低的采空区使用;微观形态效应与微集料效应减弱了煤矸石骨料的“微泵吸水”和表面颗粒摩擦力,工作性能得到改善;微火山灰效应和微集料填充作用使充填体内部形成大量的C—S—H和C—A—S—H结晶体,其内部骨架得到密实,微观孔结构得到改善,有害孔数量减少,充填体的强度和耐水性得到提升。     

石灰石粉对胶结膏体充填材料性能的影响

为满足矿山对质优价廉、不同粒度分级尾砂胶结充填材料的需求,以粗、细两种分级尾砂胶结充填材料为对象,研究了外掺粗、细、超细石灰石粉对胶结充填材料性能的影响。结果表明：固体质量浓度为65%的细粒尾砂胶结充填料和固体质量浓度为75%的粗粒尾砂胶结充填料外掺15%的超细石灰石粉,均可制成胶结膏体充填材料,其充填料的坍落度均超过200 mm、脱水率均低于2%、28 d硬化体的抗压强度在0.3～1.2 MPa、28 d硬化体沉缩率均低于2%;继续增加超细石灰石粉的掺量,充填料的坍落度和脱水率下降,28 d硬化体的抗压强度略有提升、沉缩率进一步下降。如何提高28 d硬化体的抗压强度是今后研究的重点。     

充填体压实率对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制作用分析

以地面矸石、粉煤灰、黄土等固体废弃物为充填材料的综合机械化固体充填采煤技术为“三下”压煤的安全高效回收创造了条件.结合现场地质条件并根据等价采高的概念,分析了不同矸石与粉煤灰充填体压实率对等价采高的影响规律;并通过数值模拟分析了矸石与粉煤灰充填体不同压实率条件下对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制与地表沉陷的控制作用,提出了保持地表沉陷在允许范围之内的充填体压实率为15％;最后通过工程实践得出综合机械化固体充填采煤技术工作面的岩层移动及地表沉陷控制效果良好,基本没有影响到地表的建筑和设施的正常使用,研究成果可为综合机械化固体充填采煤技术的有效实施提供技术参考.     

矿山充填技术及其发展方向

介绍了矿山充填开采发展历程及应用现状,又分别总结了矸石、膏体、高水材料及超高水材料胶结充填工艺和特点。目前应用较多的膏体充填技术有着材料费用和充填成本高等缺点,而刚处于起步阶段的超高水材料充填技术充填率高、成本低、密实性好、工艺简单,值得进一步研究和推广应用。     

煤矿高浓度胶结充填料浆管道输送特性研究

将粉煤灰、煤矸石、水泥、水四种材料按不同比例混合,通过加入适量添加剂,经搅拌机充分搅拌而形成高浓度胶结充填材料。以输送阻力系数作为考察指标,分析了不同材料配比、不同料浆浓度时高浓度胶结充填材料浆体的流变特性,以期为得出充填料浆的最佳配比提供参考。     

煤矸石制充填材料配比试验探究

针对充填开采高成本的问题,本文以锦丘煤矿提供的煤矸石、粉煤灰固体为骨料,以水泥为胶结剂,进行充填材料试验探索。试验结果表明:胶结体中,煤矸石和粉煤灰最佳配比为5∶1,单体水泥用量为0.23～0.27 t/m3,浓度为76%时,材料可以达到较高应用强度。     

煤矿连采连充式胶结充填采煤技术与典型工程案例

为了解决煤矿胶结充填开采成本高、充填工艺复杂、采充矛盾突出等问题,研发了可实现采充并行作业的连采连充采煤工艺,研究了不同配比充填材料的流动特性与龄期强度变化规律,提出了适应于不同煤层倾角的充填料浆井下混合与地面混合输送系统,以及相应的工作面密实充填方法,形成了完善的连采连充式胶结充填采煤成套技术。研究了不同充填开采模式影响下,充填采煤过程采场围岩应力动态迁移规律;基于影响充填采场围岩变形的“三量”特征,提出了充填采场覆岩移动“三度”控制原则,即较快的充填速度、合理的采空区充实度与稳定的充填体强度。阐明了煤柱与充填体交替承载控顶机理,揭示了连采连充分步置换煤炭技术原理：煤柱与充填体交替承载控顶可保证稳定的充填空间,分步置换煤柱可保证充填材料具有合理的胶结固化时间,实现采煤和充填互不干扰,工作面可连续的开采和连续的充填,采充最大限度地平行作业,大幅提高胶结充填采煤效率。研究成果应用于内蒙古西部地区4个煤矿-生态园下采煤、复合顶板、处理固体废物、回收遗留大巷保护煤柱,并进行典型工程应用案例分析。现场试验结果表明：连采连充式胶结充填采煤技术在4个煤矿均取得了良好的工程应用效果,可有效控制岩层移...     

固体充填采煤充实率设计与控制理论研究

根据固体充填采煤密实充填体的不同充实率决定不同岩层移动控制效果及“等价采高”预计地表沉陷的原理,提出固体充填充实率设计的理论依据,定性分析影响充实率的主控因素,并分别基于等价采高、关键充填设备、工作面推进方向、固体充填材料力学特性、地质条件以及充填工艺实施等7个主控因素对充实率的不同影响机理进行理论分析,明确充实率设计的基本原理,建立不同覆岩条件及压煤类型条件下固体充填采煤充实率设计流程与方法,并提出充实率控制的基本原理及6项控制措施;结合济三矿固体充填采煤工程案例,对充实率的设计及控制理论进行了应用,充实率控制指标理论设计为88%,现场实测为90.3%。理论分析与实践表明,充填设备与地质条件对充实率的影响程度最显著,充实率的精确设计与良好控制是保证充填采煤技术成功实现岩层移动及地表沉陷控制的关键。     

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。     

风积沙充填开采应用现状及材料性能研究

风积沙充填开采可实现就地取材、变废为宝,实现煤矿开采与风积沙治理的协同处理。目前,风积沙充填主要应用于公路下伏采空区充填、煤矿充填开采及金属矿充填开采;在充填工艺方面,开发了采空区注浆投沙、固体充填开采、高水充填开采以及胶结充填开采等;在充填技术方面,采用了长壁式充填开采、条带式充填开采和巷式充填开采等。关于风积沙胶结材料性能研究集中于料浆流动性与充填体强度方面。通过分析不同配比与养护时间下风积沙胶结料浆的流变特性,以及采用聚丙烯纤维对风积沙充填体进行韧性改良,发现风积沙胶结料浆流变参数随养护时间而增加,纤维的加入显著改善了风积沙充填体的脆性特征。     

毛坪铅锌矿采场充填体放热特性试验研究

为了研究毛坪铅锌矿采场胶结充填体的水化产热及温度变化特性,基于现场采集的尾砂和机制砂,采用相似材料实验方法,配制八种不同水灰比、不同骨料比例的充填体试样,在实验室测定胶结充填体试样的温度变化曲线,然后计算充填体材料胶结过程中的水化热,最后分析充填材料水化热与产热量随时间的变化规律。结果表明：充填体试样呈现前期迅速升温,然后缓慢下降至环境温度的整体趋势;水化产热速率及温度变化与充填体材料的配比以及环境温度有关。得到的主要结论为：机制砂比例和水灰比越大,充填体材料胶结的产热量越大,而增大充填体材料的尾砂含量能有效降低充填体水化产热量;水含量对充填体的产热影响最大,因此降低水化产热量最有效的方法是降低水灰比,其次是增大骨料中的尾砂含量,为毛坪铅锌矿选择合理的充填体配比提供了依据。     

固体密实充填采煤方法在煤矿开采中的应用研究

介绍了固体密实填充采煤方法,结合固体密实充填采煤方法在煤矿开采中的具体应用实例,分析了固体密实充填采煤方法应用过程中充实率和支架支护强度设计的问题,阐述了充实率控制方法,对固体密实充填采煤方法的应用效果进行了分析,得出应用固体密实充填采煤方法,减小对地表建筑物以及地表设施产生的影响。