粉煤灰替代部分水泥的膏体充填技术

针对膏体充填成本高、强度低及大量粉煤灰露天排放给环境造成污染的状况,金川二矿区采取了以粉煤灰替代部分水泥作为胶凝剂的方案。多年的生产实践与研究表明,粉煤灰具有良好的胶凝活性,在质量分数和水泥用量相同的条件下,添加粉煤灰可以大幅度提高后期强度,并且龄期强度随粉煤灰用量的增加而增大,对提高胶结充填质量、降低充填成本及实现工业废料综合利用发挥了重要作用。     

粉煤灰-水泥基胶结充填体早期强度及水化机理研究

针对粉煤灰降低胶结充填体早期强度的问题,对不同粉煤灰掺量的充填试块早期强度进行测试,并采用电镜扫描和进行能谱分析,从宏观、微观上研究粉煤灰胶结体早期强度及水化反应.结果表明:粉煤灰掺量会不同程度地降低胶凝充填体早期强度.粉煤灰掺量代替10％的水泥时,胶结体早期强度降幅最大达到48.5％.随着粉煤灰掺量比例提高,充填体试块内部紧密程度降低,针状钙矾石(AFt)不能错落相叉形成网状紧密结构,整体上充填体试块内部孔隙增多,不能组成致密结构,在物化角度说明了粉煤灰-水泥基胶凝充填试块早期强度低的原因,对提高粉煤灰胶结充填材料早期强度具有一定的理论意义.     

安庆铜矿分级尾砂胶凝材料配比试验及应用研究

根据安庆铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了分级尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。结果表明:在灰砂比为1∶10、质量浓度为70%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的1.9倍。通过数值模拟方法,计算典型一步骤采场充填体的实际强度需求为1.525 MPa,并在此基础上推荐充填浓度不低于70%,新型胶凝材料与分级尾砂比为1∶10进行工业充填试验。采场充填体现场取样测试结果表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.01 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求,胶凝材料用量降低了21.8%,从而节约了充填成本。     

促凝剂在粉煤灰基新型充填胶凝材料中的应用

金川矿床采用下向分层进路胶结充填采矿法,应用棒磨砂骨料和水泥胶凝材料进行高灰砂比、高浓度充填。针对金川降低充填成本、提高早期强度,试验选取酒钢渣粉为主要原料,添加促凝剂、生石灰和脱硫灰渣等复合激发剂制成粉煤灰基新型胶凝材料。通过正交试验考察了促凝剂、粉煤灰和生石灰等的添加量对新型胶凝材料充填体强度的影响,获得了粉煤灰基新型胶凝材料的最佳配合比,减少至少20%的水泥掺量,既降低了充填成本,又充分利用了固体废弃物,获得了显著的经济效益和社会效益。     

金川下向分层充填法采矿大掺量粉煤灰应用研究

金川镍矿采用下向进路胶结充填采矿法,要求3d和7d的充填体强度分别不小于1.5 MPa和2.5 MPa。由于掺加粉煤灰影响水泥胶结充填体的早期强度,因此目前粉煤灰掺量控制在10%以内。为了提高粉煤灰在金川矿山中的利用率,针对胶砂比为1∶4、料浆浓度为78%的充填浆体,开展了添加芒硝早强剂的早期强度试验。结果表明:当芒硝添加量为2.0%~2.5%时,掺加20%的粉煤灰,水泥胶结充填体的3d和7d强度分别达到2.5 MPa和3.0 MPa,完全满足金川矿山对充填体早期强度的要求,从而降低充填胶凝材料成本达到56元/t。该研究结果已在金川矿山应用,同时为减少废弃物排放和环境保护做出了有益探索。     

磷石膏作为胶结充填骨料性能的试验研究

在充填料中添加水泥,可提高充填料的初期强度,却使充填成本居高不下。虽然磷石膏不是理想的充填骨料,但利用具有活化剂作用的粉煤灰等工业废料作为水泥的代用品,在磷石膏、粉煤灰胶结充填过程中取代一部分水泥用量,可改善浆体的胶凝特性,延长管道使用寿命,对降低充填成本,减少环境污染,推动矿业资源的可持续性发展有重要意义,是充填工艺技术发展的一个重要方向。     

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%。     

高峰公司胶结充填材料的试验研究

在对充填骨料主要物理力学性质和化学成分测定分析的基础上,进行了充填材料优化配比试验.试验表明,用尾砂和跳汰砂混合料作骨科可获得好的充填效果;粉煤灰具有潜在的胶结性能,可用作胶结充填胶凝材料替代部分水泥.试验确定适合高峰公司胶结充填的材料配比为水泥:粉煤灰:混合骨料=1:2:6.按此配比充填,与不添加粉煤灰相比可减少水泥消耗量26.5%,节省单位充填材料费用lO%左右,且能有效提高充填体后期强度.     

碱激发粉煤灰基铜尾砂充填膏体试块性能与环境效应研究

为促进矿产资源的可持续利用,保护矿山生态环境,采用一定掺量的碱激发粉煤灰替代水泥制备铜尾砂充填体,通过开展系统的力学、渗透和重金属析出试验,评估了铜尾砂充填膏体试块的强度、抗渗性能和环境效应,结合X射线衍射和扫描电镜结果分析了胶凝材料的矿物组成和充填膏体试块的微观结构特征,揭示了碱激发粉煤灰对充填膏体试块综合性能的影响及其微观作用机理。结果表明,碱激发可以显著提高粉煤灰的活性,在1 mol/L的Na OH碱激发剂作用下,掺量20%的粉煤灰基铜尾砂充填膏体试块经过28 d养护,其抗压强度较水泥胶凝试块提高了17.8%,渗透系数降低了68.0%,综合胶结效果显著;碱激发粉煤灰的掺入减少了铜尾砂充填膏体试块硬化过程中的重金属析出,有助于控制地下水资源的污染;利用粉煤灰的微细颗粒填充效应和复合胶凝效应,可有效降低铜尾砂的孔隙率,并形成新的水化产物,增强尾砂颗粒间的结合力,从而提高材料的强度和稳定性。     

化学激发水泥-粉煤灰充填膏体胶凝性实验研究

为提高粉煤灰在矿山膏体充填中的利用率,采用控制变量法及力学分析法,分别研究了掺量为2%、4%和6%的硫酸钠和硅酸钠对水泥-粉煤灰基充填膏体的标准稠度用水量、初终凝时间以及各龄期单轴抗压强度的影响效果,使用扫描电镜分析激发后胶结体的微观结构。结果表明,两种激发剂都能增加胶凝体系的标准稠度用水量;硫酸钠可促进胶结体的早凝,且其后期强度提升显著,掺量为4%时效果最佳;硅酸钠的早凝作用优于硫酸钠,其对胶结体强度的提升主要表现在早期,最佳掺量为2%。扫描电镜结果显示,掺硫酸钠的胶结体反应前期水化产物以水化硅酸钙为主,后期针状钙矾石产量增多,充填在胶结体孔隙中;掺硅酸钠的胶结体水化前期生成大量絮状水化硅酸钙,后期基本没有新的物质产生。     

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。     

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%。     

含氨粉煤灰对充填膏体性能影响试验研究

针对含氨粉煤灰对煤矿充填环境和充填膏体性能的影响,以岱庄煤矿粉煤灰为研究对象,分析测定了其含氨来源和含氨量,并对含氨粉煤灰对充填体的性能影响进行实验研究和机理分析。结果表明：粉煤灰氨含量为0.16%,超过正常标准,导致在充填过程中有刺激性气体释放,影响采空区的施工环境|粉煤灰含氨会导致充填膏体凝结时间延长、强度降低,且随着含氨量的增加,对膏体性能影响更加严重。     

尾矿砂膏体充填材料工作与力学性能研究

采用流变性能与单轴抗压强度试验对5种配合比的膏体充填材料进行了测试,结果表明:以尾矿砂、粉煤灰、水泥为主要原料能够制备出满足采空区回填工作与力学性能要求的膏体充填材料;随粉煤灰掺量增加,膏体的屈服应力降低,塑性黏度无明显变化;随水泥用量增加,膏体的屈服应力与塑性黏度均降低,但在添加一定量水泥后,屈服应力有增长的趋势;随粉煤灰掺量增加,膏体早期强度降低,而随水泥用量增加,膏体的早期强度增大。     

全尾砂膏体充填粉煤灰活性效应研究

为降低膏体充填成本,提高粉煤灰利用率,以粉煤灰替代部分水泥作为膏体胶凝剂。通过化学方法激发粉煤灰活性,设计了激发剂选型实验和优化配比实验,研究了化学激发下掺粉煤灰膏体强度的变化规律,旨在解决掺粉煤灰膏体早期强度低的问题。结果表明:三乙醇胺、NaOH、CaO能有效提高粉煤灰活性,而Ca(OH)2、Na_2SO_4、CaSO_4·2H_2O和CaCl_2对粉煤灰活性激发效果不明显。不同龄期三乙醇胺的最佳掺量一致,为粉煤灰质量的1.2%;Na OH激发时掺粉煤灰膏体不同龄期的强度随其掺量增加不断提高,掺量超过3%时,强度增长速度逐渐降低;不同龄期的CaO最佳掺量不一致,3 d最佳掺量为4%、7 d为2%、14 d和28 d为6%,CaO激发膏体后期强度不显著。     

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

掺超细循环流化床粉煤灰的水泥性能试验研究

通过对新拌水泥浆体的流变特性和水泥胶砂强度的测定,结合MIP与SEM等微观测试手段,研究了超细循环流化床粉煤灰(UCFA)对不同掺量循环流化床粉煤灰(CFA)水泥物理性能和力学性能的影响。结果表明:单掺CFA水泥的需水量较大,流动性差,强度下降明显;而用5%UCFA(最佳掺量)部分替代CFA,相比于单掺CFA水泥,需水量相应减少,流动度增加,水泥浆体的屈服应力τ₀和塑性黏度η值均有所减小,浆体的工作性能得到明显改善。30%粉煤灰掺量的水泥3 d强度提高6%;60%粉煤灰掺量的水泥28 d强度提高5%,达到32.5等级水泥要求;UCFA的掺入能够促进CFA水泥生成更多的钙矾石和C-S-H凝胶,改善硬化水泥浆体的孔隙结构,提高水泥强度。     

尾矿砂膏体充填材料毛细吸水特性试验研究

采用ISAT法与吸水动力学法测试膏体充填材料的毛细吸水特性与孔结构变化情况,结果表明:增大粉煤灰与水泥用量均能降低膏体充填材料的表层毛细吸水性,且粉煤灰的效果更显著;增大粉煤灰与水泥用量均能降低充填体的平均毛细孔径;水泥用量增加,尾砂充填体的孔径均匀性系数减小,且均匀性系数随粉煤灰掺量的增加先增大后减小;确定粉煤灰最优掺量,适当增大水泥用量,能够优化膏体充填材料的孔结构,保证其耐久性能。     

充填膏体蠕变宏观硬化试验研究

为探索煤矿充填膏体的长期强度特征,采用水泥、粉煤灰、煤矸石等材料按照1∶4∶6配比制成充填膏体试件,对其进行了单轴压缩与蠕变试验。基于试验结果,分析了充填膏体试件的物理特性、蠕变瞬时变形模量等参数变化规律。研究表明:充填膏体致密性差、可压缩性强,在缓慢加载过程中试件趋于均匀、致密;蠕变试验过程中,在破坏前的各级应力水平上,随着应力水平提高和变形增加,充填膏体试件的瞬时变形模量增大,增长率为1.77×105%;同时,每级应力水平下弹性应变阶段的应变率随应力水平提高而逐渐减小;充填膏体蠕变强度大于单轴抗压强度,平均蠕变系数为1.09,充填膏体在蠕变过程中强度发生了宏观硬化。