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。     

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。     

似膏体充填工艺在锡矿山锑矿采选厂的应用

锡矿山锑矿采选厂浅部中段残矿分布较广,充填高差较小且输送距离较远,原块石胶结充填系统的料浆采用自流输送,输送质量浓度低,采场脱水量大,充填密闭工作繁重,充填体不能充分接顶。为满足残矿安全回采要求,推广应用了似膏体充填工艺。该充填工艺采用水泥、粉煤灰、分级尾矿、水制成尾矿似膏体,采用内径为100mm的无缝钢管,使用柱塞泵高浓度输送至采场充填。结果表明,充填料浆输送质量浓度达到了74%～76%,充填料浆成本为62.18元/m3,充填体抗压强度1.5MPa,充填可充分接顶,满足了高分段回采工艺以及残矿安全回采的要求。     

煤矿高浓度胶结充填料浆流变特性试验研究

煤矿高浓度胶结充填材料由煤矸石、粉煤灰、水泥等材料混合而成,为得到充填料浆的流变特性,采用旋转流变仪,通过试验得到充填料浆的剪切速率-剪切应力流变曲线图,经回归分析确定了料浆的屈服应力和粘度系数,确定了流变模型和流变方程。分析了流变参数随时间的变化规律,得到了管道输送阻力损失算式,单位长度的管道输送阻力损失是管道内径、料浆输送剪切速率和时间的函数,分析结果可以为充填系统的设计提供技术参数和依据。     

煤矿高浓度胶结充填材料配比研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,在分析煤矿充填开采特点、煤矿对充填材料要求及高浓度胶结充填现状的基础上,分别研究了以粉煤灰、煤矸石、普通硅酸水泥及水为主要充填材料在未添加与添加外加剂时的合理质量配比。结果表明:未添加外加剂时,普通硅酸水泥、粉煤灰、煤矸石、水在质量配比10%∶20%∶50%∶20%时充填材料所形成的充填体效果较好,在该配比的基础上添加普通硅酸水泥质量8%的外加剂,制成的料浆浓度为79%,该充填料浆流动性好,不沁水,无离析,坍落度为280 mm,28 d后抗压强度达5.2 MPa,达到了较好的充填效果。     

基于半工业环管试验的某煤矿膏体充填管道输送性能研究

为保障煤矿膏体充填料浆在管道内的顺利输送,通过半工业环管试验探究了-5 mm煤矸石,添加粉煤灰、水泥、水所组成的充填材料在输送过程中的管道阻力.根据充填材料流动性试验,确定用浓度为78％、粉煤灰掺入量为10％(占煤矸石的质量比10％)的膏体料浆进行半工业环管试验,测试了其在不同流量(流速)下的管道输送阻力.试验结果表明...     

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。      

似膏体充填系统管网参数及泵送压力选择

湖南闪星锑业有限责任公司对浅部残矿进行回采,并采用高浓度的似膏体充填系统进行充填。通过从锡矿山选场选取尾砂充填体,在实验室测试其物理力学性质,同时测定不同浓度下不同配比的充填体的抗压强度及泌水率,得出适合矿山的充填材料配比为 1∶2∶8(水泥∶粉煤灰∶分级尾砂),质量浓度为70%~76%。通过充填管道输送参数计算,选用外径为0.114 m,壁厚为0.007 m的钢管,得出似膏体料浆的临界流速为0.97 m/s,充填料浆水力坡度为885.92 Pa/m,充填管道最大输送阻力为1.53 MPa,工业泵的启动压力2 MPa,得出泵的最小压力值为3.53 MPa,从而设计出适合锡矿山的似膏体充填系统,为矿区充填可靠性提供了保障。     

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。     

煤矸石高浓度充填料浆流变参数测试方法研究与应用

近年来,采用煤矸石为骨料的似膏体或膏体充填采煤技术开采"三下"压煤已成为煤矿绿色开采的一个重要方向。分析充填料浆流变参数是充填管输系统设计的基础工作。针对常规流变仪无法测试煤矸石高浓度充填料浆流变参数的实际问题,根据充填料浆粗骨料、粘度高的物料特征和流变参数测试原理,研制了煤矸石高浓度充填料浆流变参数测试仪和相应的测试方法。采用自制流变仪对公格营子矿似膏体充填料浆的流变参数进行了测试分析,确定了充填料浆管道输送的摩阻系数,为该矿充填管道系统优化设计提供了科学依据。     

不同粒径组合对煤矸石基充填材料性能的影响

为解决胶结充填成本高、煤矸石和低品质粉煤灰等固废堆存占用大量土地及污染环境等问题,在充分利用煤矿固体废弃物、满足工程实际需求的前提下,制备了煤矸石基充填材料。根据不同胶凝材料的水化特性,研究了高活性辅助胶凝材料和低活性辅助胶凝材料的颗粒级配。通过组分筛选、配比优化、性能测试分析,获得了材料抗压强度、泌水率和流动度3项性能指标;利用XRD、SEM和压汞研究了不同粒径组合对充填材料性能的影响机理。研究表明:水泥熟料30%、煤矸石40%、粉煤灰20%、脱硫石膏10%为最优配比,此时早期强度发展较快,3 d强度达到0.83 MPa,后期强度最高,28 d强度达到9.92 MPa;煤矸石粒径变化对材料性能起主要作用,粉煤灰和脱硫石膏粒径变化起次要作用,并且存在最优的粒径组合,即煤矸石粒径0.075~0.106 mm、粉煤灰和脱硫石膏粒径0.053~0.075 mm的组合性能最优,材料的3 d抗压强度为0.78 MPa,28 d抗压强度达到12.1 MPa,流动度大于320mm,泌水率低。     

煤矸石-粉煤灰用作井下充填材料实验研究

黄金矿山由于尾矿氰化物含量较高无法用于井下采空区充填,但随着井下采空区逐渐扩大,亟需充填材料用于回填,实验研究利用煤矸石-粉煤灰用作骨料与水泥混合充填至采空区。岩质煤矸石的普氏硬度为2.74,易于破碎加工。电厂干排粉煤灰,测得细度为18.6%,颗粒较细。将煤矸石破碎至20mm以下用作粗骨料,粉煤灰为细骨料,当煤矸石-粉煤灰比为7:3时,混合骨料级配与Fuller理论曲线接近,级配良好。以水泥为胶凝材料配制1:7、1:9两种灰砂比的充填材料,混合料浆浓度为83%时,均能满足采空区管道高浓度输送的流动度要求。测定不同养护龄期下充填材料的单轴抗压强度,两种灰砂比材料在浓度为83%、82%下,28d的强度均超过4MPa,最高可达6.03MPa,可满足采空区顶底部或中心部位的充填强度要求。     

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。     

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。     

矸石膏体充填材料物化特性与配比试验研究

以岱庄煤矿矸石膏体充填为例,开展了煤矸石、粉煤灰等材料物化性能及优化配比试验。试验结果表明:岱庄煤矿二级破碎的矸石粒径分布基本符合要求;粉煤灰颗粒较粗,球状玻璃微珠量少,对管道润滑作用一般;配比试验表明p10可作为本次试验的优化配比结果,即胶结料∶粉煤灰∶煤矸石为1∶4∶6,质量浓度为74%。     

西部生态脆弱区村庄下固废绿色充填开采技术应用研究

针对西部生态脆弱区村庄下压煤及高强度开采产生的固废排放处置、地表沉陷控制难题,提出了短壁连采连充式胶结充填采煤技术。阐述了该技术的技术内涵和采充工艺,分析了充填材料的组成和强度,确定了适用于工程现场的充填材料矸石(炉渣)、粉煤灰、石膏、水泥、矿井水配比为74∶2∶2∶7∶15,料浆浓度为85%,该配比下充填体单轴抗压强度可达3.1MPa左右。该技术充填系统包括矸石运输系统、泥浆制备系统、监测系统、工作面充填系统四大部分。工程应用表明：该技术开采5.25m厚的煤层充实率可达98%以上,地面最大下沉量约为180mm,可处理工业固体废弃物40万t,充填效果良好。     

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。     

垃圾焚烧飞灰-矿渣基胶凝体系和固镉研究

本研究以城市垃圾焚烧飞灰、矿渣及脱硫石膏作为胶凝材料,以尾矿砂为骨料制取高性能胶结充填材料对飞灰中的重金属镉进行固化处理。在满足矿山充填要求及环境无害的前提下,探索飞灰-矿渣基胶凝体系制成的充填材料中飞灰的极限掺量、（胶凝材料之间的配比、飞灰-矿渣基胶凝体系的最佳料浆浓度及）矿渣的最佳比表面积,并运用X射线衍射（XRD）对制成的净浆试块进行分析。此研究为解决飞灰中有色金属镉的污染问题提供解决思路和方案,为含镉地下充填体的长期稳定性提供理论参考。     

煤矸石作为胶结充填骨料性能的实验研究

通过室内试验，探讨了在大掺量煤矸石的情况下，不同浓度、配合比以及不同外加荆用量的粉煤灰煤矸石胶结充填体单轴抗压强度。