煤矸石似膏体充填开采技术研究

充填开采是实现煤矿绿色开采的关键技术之一。结合孙村矿实验区的相关条件,采用矸石似膏体充填技术,对充填体组合料的最优配比技术参数进行分析,并对充填物料添加顺序进行了优化研究。研究结果表明,在煤矿井下运用矸石似膏体充填技术是可行的,可为其他类似矿井充填开采提供借鉴。     

似膏体充填体的早期强度及其影响因素研究

试验研究了胶凝材料类型、料浆浓度和凝石含量对似膏体充填体早期强度的影响,结果表明:凝石作胶凝材料的充填体强度高于以普通水泥作胶凝材料的充填体强度;似膏体充填体的8 h强度随料浆浓度和凝石含量的增加呈近似线性增加;料浆浓度和凝石含量对似膏体充填体的8 h强度具有近似相等的贡献。     

水泥-煤矸石充填浆体的性能及其充填过程

为使煤矸石在采空区充填中得到充分利用,将其破碎后制备充填浆体,系统地研究了煤矸石粉末对水泥-煤矸石充填浆体凝结时间及力学性能的影响,确定了煤矸石粉末在水泥-煤矸石充填浆体中的添加比例。     

煤矸石—粉煤灰似膏体充填料浆流变仪研制及应用

 根据流体力学等相关理论,研制了煤矸石—粉煤灰似膏体充填料浆流变参数测试仪器,并完成对自制流变仪器的标定,得出仪器相关转换系数,将测量的力学参数转变成电学量,使测量更容易实现自动化。研究成果不但具有一定的理论意义,而且对下一步似膏体充填管路设计和充填实践具有实用的参考价值。     

煤矸石作充填骨料的似膏体料浆流动性能试验研究

以山东新汶矿业集团孙村煤矿的实际情况作为研究背景,为保证地表及矿山主要井巷的安全,最大限度地回收留设的保安煤柱的技术问题,解决煤矸石排放问题和建成清洁绿色矿山,进行了煤矸石作为充填骨料的似膏体料浆流变特性试验研究.试验结果表明,制备出的煤矸石似膏体合乎设计要求,并能实现膏体完全自流充填.采用煤矸石充似膏体自流充填工艺既然经济又环保,为孙村煤矿实现绿色生产和可持续发展提供了技术支持.     

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。     

煤矸石充填胶凝材料活化技术

选取机械-化学活化复合方法作为煤矸石胶凝材料生产的活化方式。通过胶砂强度试验和激光粒度分析确定适合的机械活化时间和化学活化剂配比,以大幅度提高填充材料的早期强度,满足采矿对充填材料的要求。最后采用SPSS软件对数据处理建立回归方程,通过回归方程对化学活化剂的作用进行分析,为实际工业生产中的填充材料活化剂的配制提供了指导。     

煤矸石似膏体充填技术解决煤炭开采难题

新汶矿业集团孙村煤矿应用煤矸石似膏体充填技术，成功解决因采煤造成的地表塌陷、环境污染、资源回效率不高等问题。     

井下泵送矸石似膏体充填开采技术研究

井下泵送矸石似膏体充填开采是实现煤矿绿色开采的重要途径之一。结合王河煤矿采深已达800 m左右、煤炭资源日趋减少、矸石山生态环境污染严重等问题,为延长矿井生产年限,提高煤炭资源回收率,消灭矸石山,保护矿区村庄建筑,研发了井下泵送矸石似膏体充填技术,分析似膏体组合料的最优配比技术参数,并对似膏体充填原料进行了优化试验。实践结果表明,在煤矿井下运用泵送矸石似膏体充填技术是可行的,实现了煤矿无污染开采。     

似膏体充填工作面覆岩运动规律研究

为研究似膏体充填开采覆岩运动规律,采用自行研发的矿压传感器对曹庄煤矿81006似膏体充填工作面进行矿压观测,得到了81006工作面超前支承压力分布规律、充填体内垂直应力及已充填区域内顶底板移近量。结果表明:超前支承压力影响范围为10 m左右,煤壁前方应力场为单一的弹性应力分布;已充填区域内顶底板最大移近量为104 mm,充填体压缩率约为5.2%;充填体内应力计进入稳定状态后应力为15.06 MPa,与原岩应力13.75 MPa相近,充填体接顶效果较好,充填体可以支承上覆岩层的全部质量;工作面充填后,矿压显现较弱,覆岩较稳定,达到预期效果。     

煤矸石制备烧结砖的方法和性能研究

实验以煤矸石为主要原料,探究并确定煤矸石的粒度、成型压力对煤矸石砖的影响,确定最佳的煤矸石粒度和成型压力。实验结果表明:成型压力不变,烧结温度为1 000℃时,随着煤矸石粒度增大,样品吸水率增大,抗压强度和密度减小。煤矸石粒度、烧结温度不变时,随着成型压力增大,样品吸水率减小,抗压强度和密度增大。     

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。      

用活化煤矸石制备新型胶凝材料

采用脱硫石膏和分析纯CaO作为活性激发剂,通过3种方式活化北京房山煤矸石,并检测、分析用不同方式活化的煤矸石制成的胶凝材料的强度,进而研究了活性激发剂和混磨方式对试验材料热蚀变活化的影响。运用X射线衍射分析表征了煤矸石活化前后的微观特性;运用胶砂试块强度分析和扫描电镜（SEM）分析表征了煤矸石质胶凝材料的胶凝活性。结果表明：该煤矸石的主要活性来源是粘土类矿物,700 ℃煅烧时煤矸石中的高岭石和绿泥石脱水、分解,生成无定形SiO₂和Al₂O₃,与CaO发生固相反应,湿混工艺下固相反应完全,生成C₁₂A₇和C₂S两种水硬性活性物质,活化物料具有较高的胶凝活性。     

煤矸石制备地质聚合物注浆材料的研究进展

地质聚合物注浆材料是一种新型注浆材料。以煤矸石为原料制备地聚物注浆材料可以有效地解决煤矸石的堆积问题,同时减少不同注浆材料在使用和生产过程中产生的污染,对环境和资源都有重要意义。本文概述了近年来对煤矸石基地质聚合物注浆材料的研究,介绍了煤矸石基地质聚合物注浆材料各原料的选择、制备条件以及性能的增强方式,并对煤矸石基地质聚合物注浆材料目前存在的问题进行了分析。     

煤矸石泡沫混凝土性能研究

煤矸石泡沫混凝土是将煤矸石作为1种掺加物,混合到泡沫混凝土中,再加入其他的添加剂以满足工程的强度要求或其他特殊要求。通过试验研究确定发泡剂的最佳使用浓度,将煤矸石破碎筛选分级,通过水灰比对泡沫混凝土的坍塌度和力学特性影响的试验,得出在水灰比为0.2时,试配的泡沫混凝土具有良好流动性,其坍落度为13.8 cm,平均抗压强度为4.13 MPa;通过研究煤矸石掺量对泡沫混凝土的坍塌度和力学特性影响,得出煤矸石掺量的增加使得泡沫混凝土浆体的坍落度逐渐减小,浆体塑性增强,混凝土抗压强度在煤矸石掺量为60%左右时达到最大,之后随着煤矸石掺量的增加强度开始逐渐变小。     

浆体膨胀材料充填体稳定性研究

主要研究浆体膨胀材料充填体的稳定性能,从充填体的长期强度、抗冻融性能、抗热性能、抗碳化性能4个方面进行了试验研究。浆体膨胀材料充填体在井下环境中,其强度一直处于增长趋势且具有较高的后期强度,1~2次的冻害也不会使充填体整体失去强度和作用,在50℃的极端温度条件下,强度并没有明显的降低且前期强度增长较快,同时具有较好的抗碳化性能,可以在相当长的时间内保持强度。     

建筑物下压煤矸石散料充填研究

山西晋煤集团隆东煤矿建筑物下压煤多,后备煤炭资源储量已经出现不足。为了确保村庄下压煤开采合理,结合煤矿村庄下压煤储量,确定采用工作面架后矸石散料充填的压煤开采方法。采空区矸石配合水泥辅料,经地表移动变形模拟,结果表明:建筑物能基本保持在Ⅰ级破坏以内,同时具有较好的经济效益。     

煤矸石陶粒滤料的制备及性能研究

以煤矸石为原料,分别采用破碎法和成球法制成滤料生料,经快升温或慢升温焙烧获得陶粒滤料.对所制备陶粒滤料的气孔率、气孔孔径和酸碱可溶率等指标进行了分析比较.结果表明:各种陶粒滤料制品均性能优良;制品的气孔率都随着焙烧温度的升高由小变大,又逐渐降低,成球法制品的气孔率普遍要高于破碎法;快烧制品的气孔孔径分布范围较窄,慢烧制品的气孔孔径分布范围则很宽,2种焙烧方式所得制品中孔径大于100μm的气孔都随着焙烧温度的升高而增加;制品的酸碱可溶率均随焙烧温度的升高而降低.实际生产时,可根据煤矸石特性、产品的性能要求、生产成本等确定煤矸石陶粒滤料的制备工艺.     

基于ArcEngine的煤矸石充填开采适宜性评价

通过建立多级隶属函数模型,采用层次分析等方法计算相关影响因子权重,形成了一套煤矸石充填开采区适宜性评价模型体系和方法。在此基础上,利用C#结合ArcEngine开发包开发出相关系统,进行图形处理、空间分析及煤矸石充填开采适宜区划分评价,根据矿区的实际可利用煤矸石总量确定适宜充填的优先顺序,输出地表保护范围,为合理有效利用煤矸石、开采损害防护与三下开采方案确定提供技术支持。