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%。     

减水剂在似膏体胶结充填中的应用

新汶矿业集团孙村煤矿煤矸石似膏体充填试验结果表明,添加减水剂后充填料浆的坍落度、坍落扩散度和稠度显著提高。减水效果:可以在料浆浓度不变的条件下,显著提高其流动性或在保持其流动性不变的情况下,大量减少其用水量,从而提高充填浆体质量浓度和充填体强度。减水剂按胶凝材料(水泥和粉煤灰)质量的1.0%~1.5%添加为宜。     

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.     

赤泥膏体和似膏体全尾砂胶结充填料研究

实验以赤泥、水淬高炉矿渣、脱硫石膏、全尾砂和少量水泥熟料制备出一种新型的膏体和似膏体全尾砂胶结充填材料,通过对体系质量浓度的考察,得出了质量浓度（水胶比）一坍落度、坍落度一强度关系曲线。膏体全尾砂胶结充填料的合适的质量浓度为79．4％～81．9％,所制备的试块60d强度达到4～6MPa;似膏体胶结充填料的合适的质量浓度...     

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...     

会宝岭铁矿全尾砂胶结充填最优配比试验研究

会宝岭铁矿拟采用全尾砂骨料和水泥胶凝剂进行嗣后充填,对料浆流动性及充填体强度开展全尾砂胶结充填料配比试验。采用回归正交组合设计方法对全尾砂料浆的坍落度、充填体养护28天和90天的强度性能进行了研究。结果表明:料浆浓度在70%~75%时可泵性较好;充填体养护28天和90天的抗压强度、弹性模量、内聚力随着料浆重量浓度、水泥用量的增加有增大的趋势;强度性能回归分析得出充填浓度75%、水泥用量10.5%的情况下,全尾砂胶结充填体达到满足该矿生产需要的最佳强度性能。     

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。     

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。     

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。     

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。     

煤基固废制备充填材料配比优化试验研究

为制备低成本、高强度的煤矿充填材料,以煤矸石做骨料,以粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣为 胶凝材料制作试件,并对其进行单轴抗压强度、坍落度、扩展度指标测试,研究了充填材料配比优 化前后的力学性能、各组分影响情况。 结果表明,脱硫石膏、硅钙渣在一定掺量范围内具有较强 的胶凝作用;随着粉煤灰掺量增加,充填材料初期强度增长较慢,应控制其掺量不高于6.67%;粉 煤灰与硅钙渣联合使用能激发硅钙渣的胶凝性能;煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、硅钙渣、水泥最优 质量比为70:6:3:12.5;8.5。 利用响应面法对结论进行了验证,试验结论与预测一致。     

粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响

为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%~69.8%,膏体流变性、泌水率、抗压强度和干缩率的变化情况。结果表明:1随粉煤灰掺量的增加,膏体流变性减弱,黏聚性增强,泌水率减小。2随粉煤灰掺量的增大,不同龄期膏体抗压强度变化不同,3 d强度变化不大,在0.5 MPa左右;7 d强度呈先增后降的趋势,在66.7%掺量时最大达到2.5 MPa;14 d强度于67.8%掺量前在4 MPa上下变化,在68.9%掺量时达到6.9 MPa;28 d强度发展缓慢,与14 d变化趋势相似。7~14 d水化作用显著,强度增长量能达到28 d强度的40%~60%。3膏体的干缩量随粉煤灰用量增加而减小,与龄期近似满足对数关系。且膏体干缩量曲线160 d开始趋于平稳,干缩率不超过0.2%。     

用粗磷尾矿制备胶结充填材料

为解决湖北三宁矿业挑水河磷矿选厂重介质作业尾矿直接堆存存在的污染环境和土地占用等问题,在对该尾矿进行性能测定的基础上,开展了将其作为胶结材料用于充填采矿的可行性试验。结果表明：磷尾矿颗粒表面粗糙,有害元素含量低,可以作为胶结材料;磷尾矿为骨料制备的充填体不同龄期抗压强度均随灰砂比和料浆浓度增加而增强,但料浆浓度对充填体抗压强度影响相对较大;充填料浆坍落度、坍落扩散度和稠度均随灰砂比和料浆浓度增大而增大。为进一步降低胶结材料成本,还进行了粉煤灰部分替代水泥作为胶结材料的可行性正交试验。结果表明：粉煤灰的添加有利于充填体强度的增高,尤其是后期强度的增长;充填料浆坍落度随灰砂比、料浆浓度和粉煤灰掺量增大均先增后减,且影响程度由强到弱依次为灰砂比>料浆浓度>粉煤灰掺量。由于粉煤灰颗粒粒度细,且部分颗粒呈球形,使其在料浆中可以发挥滚珠轴承效应,减小了磷尾矿颗粒之间的摩擦力,进而提高了料浆的和易性;粉煤灰内部空隙多,随着粉煤灰掺量的增加,需水量也随之增大,导致充填料浆的黏稠性增大,阻碍了料浆中骨料的移动,进而使得坍落度和稠度随粉煤灰掺量增加呈现先增后降的规律。试验确定的胶结材料最佳配比为灰砂比0.250、料浆浓度80%、粉煤灰掺量1.00。利用粉煤灰和粗磷尾矿进行胶结充填具有显著的经济、环境和社会效益。     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

矸石膏体充填材料力学特性试验

以淄博矿业集团岱庄煤矿膏体充填为研究背景,在对煤矸石、粉煤灰等充填材料物化性能研究的基础上,通过均匀试验得出了膏体充填材料最优配比,同时对养护28 d后的膏体材料力学性能进行了系统研究并与所置换的煤的力学性能做了对比分析。研究结果表明膏体充填材料在有围压作用下有较高的残余强度,表现出明显塑性强化特征,同时得出膏体材料的内摩擦角和黏结系数;与充填置换的煤的力学性能对比表明膏体材料塑性变形比煤更显著。     

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。     

全尾砂戈壁集料膏体凝结性与流动性研究

以某矿戈壁集料为粗骨料的充填膏体为试验料浆,采用正交设计法设计试验方案,研究质量浓度、灰砂比、尾砂与戈壁集料比及泵送剂添加量对抗压强度和塌落度的影响规律。对试验结果运用极差分析和多元回归分析方法分析。结果表明：灰砂比对膏体抗压强度的影响最大,各因素对塌落度的影响基本相当。根据矿山强度要求,假底充填配比应为：浓度77%~78%,尾砂与戈壁集料比2.5~3.5,灰砂比0.16~0.17,泵送剂添加量为1.5%~2.0%;打顶充填配比为：浓度77%~78%,尾砂与戈壁集料比3~4,灰砂比0.09~0.11,泵送剂添加量为1.5%~2.0%。     

高浓度胶结充填系统管网参数及泵机选择

高浓度胶结充填材料具有环保、经济、安全的特点。为了设计合理的管道泵压输送系统,对汾西矿业集团新阳矿区的充填管道进行分析设计。利用新阳矿堆放的煤矸石和附近灵石县南关电厂的粉煤灰作为细骨料,42.5#普通硅酸盐水泥为胶结材料,加入外加剂、水搅拌,试验得出适合新阳矿的高浓度料浆,充填材料配比为1︰2︰5(水泥︰粉煤灰︰煤矸石)、质量分数为78%~80%、坍落度为22.5~27.8cm。通过充填管道输送参数计算,充填料浆的流速为1.8m/s,选用内径为180mm、壁厚为18mm的耐压无缝钢管。充填料浆最大水力坡度为3.35kPa/m,总输送阻力损失为10.96 MPa,选用HGBS200.14.800型充填专用工业泵能够充分满足新阳矿的充填要求,并保证充填系统的高效、稳定运行。     

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。