减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成分散程度的影响试验

针对减水剂对全尾砂胶结膏体充填料浆中粉状组成的分散程度进行试验研究。试验中选择五种粉状组成(水泥、矿渣粉、粉煤灰、石灰石粉和尾砂粉)和四种减水剂(聚羧酸系、萘系、氨基系和脂肪族系)作为研究对象,采用浆体流动度试验测定五种粉状组成的浆体流动度分别随四种减水剂掺量增加的变化规律。试验结果表明,对于水泥、矿渣粉和粉煤灰浆体,聚羧酸系高效减水剂是分散效果最好的减水剂;对于石灰石粉和尾砂粉浆体,脂肪族高效减水剂是分散效果最好的减水剂。由于脂肪族高效减水剂的单价约为聚羧酸系高效减水剂单价的1/4,因此,脂肪族高效减水剂将是制备全尾砂胶结膏体充填材料性价比最高的减水剂。     

减水剂对磷尾矿胶结充填料浆输送流动性能影响研究

采用贵州某磷尾矿为骨料、粉煤灰和水泥为胶凝材料,制备了胶结充填料浆。采用扩展度法、流动度法及L型管法研究了聚羧酸系和萘系减水剂对磷尾矿充填料浆流动性能的影响。结果表明,聚羧酸系减水剂添加量为1.2%时对充填料浆流动性能的改变较大,萘系减水剂添加量为8%时料浆流动性可达到较好的效果;二者相比,聚羧酸系减水剂优于萘系减水剂。同时聚羧酸系减水剂对磷尾矿充填料浆具有较强的分散作用,能改变水泥絮凝结构,提高充填料浆的流动性能。     

高效减水剂对全尾砂充填料性能的影响

利用全尾砂作为集料制成全尾砂充填料对采空区进行充填,具有性能优、尾砂利用率高、能耗少、成本低等优点。根据某矿山现有充填工艺,采用全尾砂替代分级尾砂作为充填集料的技术,优化原有的胶结材料,并将尾砂充填料浆的固体浓度由68%提高到72%,结合使用减水剂来实现全尾砂充填料的自流输送。研究4种减水剂（萘系高效减水剂NSF、聚羧酸高效减水剂PC、氨基高效减水剂ASF以及脂肪族高效减水剂SAF）的不同掺量对全尾砂充填料浆的泌水率、流变性能和强度的影响。结果表明,减水剂的加入有效地提高了全尾砂充填料浆的流动性能,延缓了凝结时间,但却对充填体强度有不利的影响。综合4种减水剂的作用来看,在脂肪族减水剂掺量为1.6%时,既可以使料浆流动性增加幅度较大,又对充填体强度的不利影响较小。因此,选用脂肪族减水剂可以配制性能较优的自流型全尾砂充填材料。     

超塑化剂对微细粒料浆流动性的影响

全尾膏体胶结充填地下采空区成为建设环境友好、资源高效利用型地下矿山的必然选择。为解决尾矿砂粒度变细带来的全尾膏体流动性及浓度下降的问题,探索了聚羧酸系及萘系超塑化剂对水泥和微细尾砂净浆流动度的影响,并对试验产品的絮网结构进行了显微分析。结果表明：聚羧酸系超塑化剂能显著提高水泥和微细尾砂净浆的流动度;萘系超塑化剂对水泥净浆流动度也有明显提高,但对微细尾砂净浆流动度提高的幅度十分有限;显微镜下水泥和微细尾砂净浆在未掺超塑化剂时具有相似的絮网结构,由于微细尾砂粒度更细,因而其絮网结构更小、结合力更大;与基于静电斥力效应的萘系超塑化剂相比,基于空间位阻效应的聚羧酸系超塑化剂能打开结合力较强的絮网结构,释放更多自由水,使料浆流动度增大。因此,聚羧酸系超塑化剂将是制备全尾砂膏体胶结充填料浆的潜在优良外加剂。     

胶结剂种类及掺量对尾砂胶结膏体充填材料性能的影响

对三种胶结剂的不同掺量对粗、细尾砂胶结膏体充填材料性能的影响规律进行了试验研究,并对部分硬化体进行了扫描电镜分析。试验结果表明,无论尾砂是粗或细,均随胶结剂外掺量增加,硬化体7d和28d抗压强度增加,但对料浆析水率影响不大;对于细尾砂,在5%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比纯硅酸盐水泥(包括复合硅酸盐水泥)强;对于粗尾砂,在30%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比硅酸盐水泥弱。扫描电镜分析表明,在胶结膏体充填材料中矿渣基复合胶结剂水化产物比纯硅酸盐水泥水化产物分布均匀,前者比后者显微结构更密实。对胶结膏体充填材料的增强机理分析表明,增加充填集料之间的胶结连结、晶体连结能有效提高充填硬化体强度。结论是要制备低胶结剂掺量的胶结膏体充填材料,分散胶结剂水化产物是有效措施。     

基于煤和粉煤灰的膏体充填材料特性试验

通过对多数重组煤矿井进行调查,发现大多数矿井都存在有破碎断层、空巷。对这类矿井需要必要的充填,才能方便工作面的推进与顶板支护管理。通过试验对能够满足煤矿膏体充填要求的胶结材料进行探索,试验采取正交试验的方法,比较了普通硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂与粉煤灰三者之间不同配比的胶结性能。试验的骨料为某重组矿井的原煤,胶结材料以粉煤灰与水泥为主,添加剂为聚羧酸减水剂。通过正交试验,得出最终结论:选取水泥∶原煤∶粉煤灰=1∶3∶4,膏体浓度78%,减水剂添加量1.0%时,可以满足巷道充填的要求。     

含气量对全尾砂膏体胶结充填料浆性能的影响

在掺入由聚羧酸系超塑化剂和引气剂复合而成的泵送剂的情况下,通过改变复合泵送剂中引气剂的用量来调整全尾砂膏体胶结充填料浆中的含气量,研究含气量对全尾砂膏体胶结充填料浆各项性能(坍落度、分层度、泌水率,硬化后的抗压强度等)的影响。结果表明:料浆中含气量的增加可以明显改善料浆的分层度和泌水性,并提高料浆的坍落度;但同时引气含量过高则会导致料浆硬化后的抗压强度的急剧下降。采用文中的原材料和泵送剂,全尾砂膏体胶结充填料浆最佳含气量为7.5%~9.5%。     

粉煤灰全尾砂膏体充填试验研究

电厂工业废料粉煤灰具有潜在胶凝活性。针对当前矿山膏体胶结充填成本高、强度低等现状,提出了以部分粉煤灰替代水泥作为胶凝剂。在对粉煤灰物删性能和化学成份测定分析的基础上,依不同的粉煤灰添加量进行了粉煤灰全尾砂胶结充填强度试验,并对粉煤灰在膏体充填料浆中的胶凝机理进行了探讨。结果表明：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。研究结果为提高胶结充填质量、降低充填成本,进一步综合利用人工火山奠定了一定的基础。     

不同温度场下充填体热稳定性特征

为揭示不同温度场下粉煤灰尾砂胶结充填体性能演变规律,以粉煤灰尾砂胶结充填体为研究对象,通过控制料浆温度和养护温度,采用单轴压缩试验,探讨了不同温度场下充填体抗压强度与加热时间的关系,以及不同料浆温度下充填体抗压强度与温度场的关系.结果表明,温度场一致时料浆温度越高,充填体抗压强度越大,加热时间越长,充填体抗压强度越小,即料浆温度与充填体抗压强度正相关、加热时间与充填体抗压强度负相关;温度场影响下,高料浆温度充填体的抗压强度均更大,且温度场温度越高,这种效应越显著,料浆温度合理调控对于抵抗高温下充填体强度损耗有积极作用.研究结果可为不同温度差异的尾砂胶结充填提供理论支撑.     

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...     

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。     

高硫尾砂胶结充填试验研究

普通硅酸盐水泥广泛用于高硫尾砂的胶结充填,但因硫酸盐侵蚀会导致充填体早期强度低而后期膨胀、开裂以及强度倒缩。本研究以矿渣为主要材料辅以少量激发剂配制成KL固化剂取代水泥固化高硫尾砂,相同条件下,试样7d和60d强度是水泥试样的2.3倍和6.0倍,早期强度高,后期强度不倒缩。KL固化剂中的低碱环境使得适量钙矾石在早期形成,不破坏水化硅酸钙凝胶结构,还能充当骨架降低孔隙率使试样更密实。综上可知,与水泥相比,KL固化剂固化高硫尾砂具有更好的强度和耐久性。     

锡矿山南矿尾矿膏体充填技术研究及工程应用

对锡矿山南矿尾矿进行了膏体制备和充填相关研究。该尾矿浓缩至质量浓度64%可达到膏体状态; 膏体尾矿以新型胶结粉为胶凝材料,在全尾砂浓缩膏体浓度68%、灰砂比1∶8条件下,充填体固结块28 d抗压强度可达3.36 MPa。工程应用实践表明,该尾矿膏体充填系统运行良好,工艺指标优良。     

铀尾砂膏体充填材料的流动性能研究

对不同灰砂比、膏体浓度、减水剂含量的铀尾砂膏体充填材料进行了坍落度试验和粘度试验, 并结合CFD方法对铀尾砂膏体充填材料流动性能进行了数值模拟研究。试验结果表明, 铀尾砂膏体充填材料满足管道输送的最优配比为:质量浓度75%、灰砂配比1∶5、减水剂含量0.6%~4.4%; 最优配比下屈服应力53.96~131.38 Pa, 塑性粘度0.866~1.325 Pa·s。数值模拟结果表明, 铀尾砂膏体充填材料的管道阻力损失随质量浓度增加呈非线性增大, 随流速增加呈线性增大, 随管径增加呈非线性减小, 随管道弯曲半径增加呈非线性减小。     

大掺量铁尾矿高强混凝土材料的制备

将首钢密云铁矿尾矿按一定方法分级,取-0.08 mm粒级与水泥熟料、脱硫石膏通过三级混磨形成胶凝材料,然后将胶凝材料与作为骨料的+0.08 mm铁尾矿中的某一粒级混合,并加入减水剂制备成高强混凝土材料。在其他条件一定的情况下,通过正交试验着重考察了骨料粒度、第三级混磨时间、减水剂用量对制品抗压强度的影响。试验结果表明：第三级混磨时间是影响制品抗压强度的主要因素;在合适的条件下,制得的铁尾矿混凝土材料28 d抗压强度高达97.63 MPa,制品中铁尾矿掺量达到70%,。     

某金矿全尾膏体充填与排放联合处置技术

针对国内某金矿原分级尾砂胶结充填存在的采场充填料浓度低、水泥耗量高以及尾矿库库容不足等诸多问题,对充填系统进行优化改造,提出了一种基于深锥浓密机的全尾膏体充填和堆存联合处置方案。改造后的充填系统运行过程中,选厂全尾砂经泵站打入深锥浓密机。需要充填时,深锥底流经两段卧式搅拌机与水泥混合,制备出膏体自流或泵送至采场。不需要充填时,底流由柱塞泵泵送至尾矿库进行膏体堆存。通过计算和实践证明：改造后的方案可节约充填成本1 399万元/a,节约尾矿排放成本1 040万元/a;尾矿排放浓度由35%提高至68%以上,增加了尾矿的堆积角,提高了尾矿库服务年限。全尾膏体充填和堆存联合处置方案可以很好地同时解决采空区充填和尾矿堆存2个难题,具有巨大的经济和社会效益,符合“绿色矿山”的建设理念。     

全尾砂膏体料浆流动性影响因素的试验研究

采用电动跳桌仪对全尾砂膏体料浆流动性的影响因素进行了试验研究。结果表明：料浆浓度、细尾砂（-20 μm）掺量、超塑化剂掺量和粉煤灰品质及掺量均对全尾砂膏体料浆的流动性有显著影响;细尾砂对全尾砂膏体料浆流动性的影响在未掺和掺超塑化剂条件下有显著差异;在保持料浆流动性相同的条件下,掺适量超塑化剂可以提高料浆浓度4个百分点,或者提高细尾砂含量20个百分点。     

全尾砂膏体搅拌技术现状及发展趋势

搅拌作为胶结充填关键环节,它的优劣直接影响水泥分散效果、料浆输送性能,以及水泥单耗和充填体强度。然而目前膏体充填技术研究主要集中于尾砂浓密、管道输送及充填体力学性能等方面,极少涉及料浆的搅拌过程。随着膏体充填技术的发展,膏体搅拌环节的不足逐渐暴露：多尺度物料弥散效果差、均质化困难,致使胶凝材料水化不充分;单套搅拌设备能力不足,限制了整个系统充填能力的提升;颗粒混合弥散运移规律及低效区消除等关键问题无法解决。目前暂无性能优异的膏体专用搅拌机,主要借鉴混凝土搅拌设备及工艺,由于全尾砂物料细、料浆黏度高、屈服应力大,导致混合分散困难,设备适应性差、能力不足等。因此,发展大流量膏体专用搅拌工艺及其配套设备迫在眉睫。