冻结孔水泥浆封水结构冻融损伤特性试验研究

水泥浆结石体强度及其与周围介质胶结面的粘结力的大小是影响冻结孔封孔防水效果的主要因素,且长期冻融作用下对水泥浆液结石体内部微观结构产生较大的损伤,使其封孔防水效果进一步劣化。针对此种情况,文章采用模拟试验方法,系统研究了不同配比缓凝水泥浆结石体强度及与冻结管、孔壁围岩胶结面粘结力在冻融作用下损伤变化规律。结果表明:冻融作用下其力学特性明显降低,提高结石体的强度且掺加适量的膨胀剂能够显著提高结石体与周围介质粘结力,有利于减小其冻融损伤,提高冻结孔封孔防水效果。     

西部地区深基岩冻结井筒井壁结构设计与优化

针对西部地区深基岩冻结井筒支护结构设计中出现的技术难题,通过室内冻胀试验结果表明：西部地区岩石冻胀性弱,冻结压力小,外壁设计主要应满足厚壁圆筒结构对厚度的要求。根据渗流场理论分析表明：在不进行壁后围岩注浆情况下,如果井壁基本不渗水,井壁将承受全水压;如果井壁出现渗漏水,则井壁承受的水压将大大减小,水压力折减系数主要取决于围岩渗透系数与井壁混凝土渗透系数的比值关系。在进行壁后注浆条件下,注浆效果越好,围岩渗透性越小,在井壁渗透系数相同情况下,井壁承受的水压力将得到大大减小。并提出可采用内、外壁间提前注浆技术、对壁后围岩进行深孔注浆等井壁结构优化途径。     

冻结管外环形空间封堵用的缓凝水泥浆材料研究

针对全深冻结法施工中的冻结管与冻结孔之间的环形空间封堵问题,研发了一种缓凝水泥浆材料。通过研究缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响规律,确定了缓凝剂的合理掺量。通过在缓凝水泥浆中掺加钠基膨润土和悬浮剂来控制缓凝水泥浆的沉淀性能,配制成了缓凝效果好、密度均匀、后期强度高的缓凝水泥浆材料,满足了现场施工对缓凝水泥浆性能的要求。该缓凝水泥浆材料应用于大海则煤矿立井冻结项目,效果良好。     

下向测压孔封孔技术应用研究

在注浆封孔法中,与上向穿层测压孔封孔相比,由于水泥浆和水的重力作用,下向穿层测压钻孔封孔时难以形成测压室,导致测压不准确。对下向测压钻孔封孔技术进行了研究,详细叙述了下向测压钻孔的钻孔施工、封孔材料、封孔要求及封孔过程。该技术在中平能化集团一矿得到现场应用,取得了较好的效果。     

新型深孔爆破快速封孔材料及封孔新工艺

为了解决大倾角深孔爆破施工过程中封孔难度大、效果差以及效率低下等问题,研制出一种新型深孔爆破快速封孔材料及新工艺。该材料具备快凝、易输送、早强等特性,0.8∶1水灰比条件下的材料凝固时间缩短至1.5 min,固结体1 h强度可达3.2 MPa、2 h强度高达10.5 MPa,同时对该材料进行了抗冲击能力分析;配合简单、快速的深孔爆破封孔材料泵送新工艺,实现快速、准确达到封孔长度的要求。将该材料及新工艺应用于工程实际,现场试验结果表明:单个炮孔封孔仅用时15 min,封孔作业人数减至2人,一次起爆3个孔仅需4 h,降低了作业难度、减少了作业时间,爆破后顶板完整,爆破效果良好。     

小倾角下向测压钻孔分段混合式封孔工艺

在查阅煤层瓦斯压力测试相关文献的基础上,总结分析目前小倾角下向测压孔封孔时存在的问题与不足,结合传统封孔方法的优点,并进行了改进,提出了聚氨酯与水泥浆间隔分段注入封孔方法即分段混合式封孔,并在现场进行了应用,取得了较好的效果。     

穿层瓦斯抽采钻孔封孔材料优化研究

为解决土城煤矿瓦斯底抽巷穿层抽采钻孔封孔质量差、抽采负压小、抽采浓度差的问题,采用了聚氨酯、水泥浆及高水材料3种封孔材料进行"两堵一注"封孔优化试验,通过试验发现:使用高水材料封孔抽采负压及钻孔瓦斯浓度基本不变;水泥浆液封孔抽采负压下降幅度20.1%,钻孔瓦斯浓度下降幅度40.3%,漏气相对较大;聚氨酯封孔抽采负压下降幅度55%,钻孔瓦斯浓度下降幅度68%,漏气严重;高水材料水料比在8∶1时,封孔效果最好,成本最小。     

冻结孔封孔缓凝水泥浆液流变性能研究及可沉管分析

研究了缓凝水泥浆液的表观粘度及流变性能随养护时间的变化关系,推导了缓凝水泥浆液用于冻结孔封孔时,判断冻结管能否在规定时间内下沉到底部的理论公式。结果表明,缓凝水泥浆液的表观粘度随养护时间的延长而增长,且在20h左右出现粘度的突增点;缓凝水泥浆液的流变模型属于宾汉模型,且其动切力及动力粘度随养护时间的延长而增长;该缓凝水泥浆液及理论推导公式,已成功地应用于门克庆煤矿副井冻结孔封孔技术中。     

冻结立井壁后出水分析及处理

内蒙长城一矿东区风井采用冻结法凿井。冻结停机1个月后,井筒向下掘进时,冻结段井壁后面出现涌水,涌水量最大达60m3/h,影响施工安全。根据对壁后出水原因的分析,找到了导水通道位置。然后施工壁后探水注浆孔,采用化学注浆材料马丽散E,对导水通道进行封堵;只用了5d,就封堵住了壁后涌水,收到了预期效果。     

煤层二次封孔技术瓦斯压力测定

由于巷道围岩内存在压力集中,促进瓦斯钻孔周围裂隙发育,在进行煤层瓦斯压力测定过程中出现钻孔封孔不紧密,造成瓦斯泄漏,导致煤层瓦斯压力测定不准确,文中设计了二次封孔技术,对瓦斯压力探测孔封孔进行二次封孔技术,并在西二采区轨道下山进行瓦斯压力测定:1号和2号测压点压力分别为5.2MPa和4.1MPa。钻孔中水对瓦斯压力结果有一定的影响,需修正水压对测压结果的影响。煤层透气性系数小于,属于较难抽采煤层。     

碱矿渣水泥及其对铅锌尾砂的固化效果

通过水泥净浆强度试验和水泥-尾砂浆体流动性及其固化体的强度试验,确定了适宜于尾砂固化的碱矿渣水泥的较好的配合比,和尾砂固化中碱矿渣水泥的适宜掺量。采用低模数水玻璃,按14%与矿渣粉配合得到的碱矿渣水泥,可以获得较好的净浆硬化体抗压强度,最高可达3 d 69.6 MPa,7 d 84.0 MPa,28 d 91.8 MPa。在水泥-尾砂浆体固含量相同的情况下,碱矿渣水泥-尾砂浆体的流动性明显优于硅酸盐水泥-尾砂浆体的流动性,碱矿渣水泥-尾砂固化体强度高于硅酸盐水泥-尾砂固化体强度,尤其是后期强度更加明显。而在控制尾砂浆体流动度相同的情况下,前者固含量可以高于后者2%。SEM对水泥-尾砂固化体内部微观结构的观察表明,碱矿渣水泥-尾砂固化体内部结构显示出明显的胶结特征。固化体内部孔结构的MIP测定结果也表明,碱矿渣水泥用量增加时固化体总孔隙率减小,孔隙中大孔比例减少,小孔比例增加。综合水泥-尾砂浆体流动性和固化体强度两方面的试验结果,可以认为碱矿渣水泥比普通硅酸盐水泥更适合于用作尾砂胶结材料。     

柔模无机充填材料在巷道快速密闭中的应用

巷道快速密闭是防治煤矿自燃发火常用的技术,其中密闭充填材料的研究意义重大。通过室内正交实验研究了柔模无机充填材料不同配比的坍落度、稠化悬浮性、凝结时间、收缩性及抗压强度。优选出柔模无机充填材料配比,并用于巷道快速密闭实践工程。结果表明：影响料浆流动性能最主要的因素为悬浮剂掺量和水灰比。为保证浆液具有良好的流动性能,悬浮剂掺量应为2.5%,水灰比控制在0.43~0.46;当水灰比为0.46,增强剂掺量为1%时,强度较大;稠化悬浮性能测试及后期收缩性能测试表明浆液水灰比降低,悬浮剂增大,该性能更好;综合各影响因素及各个指标的重要程度,优化出配方在张家峁煤矿13102工作面成功应用。研究成果为巷道快速密闭无机充填材料的配比提供了借鉴。     

铁尾砂基胶结剂制备及其性能研究

针对充填采矿法存在充填体强度较低,充填成本过高的问题,采用鞍钢某选矿厂铁尾砂作为原料,开展了新型铁尾砂基充填胶凝材料的研究。通过测定不同养护龄期、灰砂比和料浆浓度条件下的充填体抗压强度和料浆的流动性,对比分析P·S 32.5水泥和新型胶凝材料的充填体力学强度和流动性。结果表明：在相同条件下新型胶凝材料充填体强度略高于水泥,且在灰砂比和料浆浓度一定的条件下,铁尾砂基胶结剂料浆流动性高于水泥。同时利用SEM从微观层面对两种胶凝材料进行了对比分析,结果显示新型胶凝材料密实度更高。得出结论：采用鞍钢选矿尾砂制备的新型胶凝材料,其力学强度和流动性均满足矿山充填要求,可以替代水泥用于矿山充填,降低矿山充填成本。     

矿渣基胶凝材料充填试验及胶结体微观结构演化研究北大核心

采用矿粉-水泥复合胶凝材料作为胶结剂,细尾砂作为骨料,开展了不同浓度、砂灰比下充填流动度、泌水率、沉缩率及抗压强度试验。利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、压汞(MIP)对特定养护龄期下充填体中水化产物种类、分布及孔结构变化进行了表征。结果表明:充填浓度的提高,料浆流动度、泌水率及沉缩率明显降低,而砂灰比对其影响相对较小。充填浓度66%~72%时,料浆流动度为16.1~27.1cm,满足充填泵送及自流输送流动度要求;充填浓度74%时,料浆流动度仅为12.25~13.40cm,且泌水率及沉缩率均较小,不适宜于输送。充填体抗压强度随充填浓度的提高而增加,随砂灰比的提高而下降。养护早期(3d),充填体强度普遍较低,但后期强度发展较快,尤其是28~60d仍有一定幅度的增长。矿粉在水泥碱环境作用下持续发生火山灰反应并生成大量水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(AFt)等产物细化了充填体内部孔径,增加了体系密实程度是导致充填体强度稳定增长的重要原因。     

煤气化废渣用作煤矿充填材料的试验研究

为了降低煤矿充填的成本,采用煤气化废渣作为集料,以普通水泥作为胶凝材料配置了充填材料,测定了料浆的塌落度、脱水率和充填体的强度。结果表明:随着水泥含量的增加,料浆的塌落度增加,随着煤气化细渣含量的增加,料浆的脱水率降低,在水泥含量为6%时,充填体的强度即可满足自立的要求;采用煤气化废渣作为充填集料,充填材料的成本是可以接受的。     

新型胶凝材料对全尾砂固结堆体稳定性的影响

通过实验室正交试验、数值模拟等方法,对全尾砂固结排放过程中掺入的新型胶凝材料T.C的合理配比及其对堆体稳定性影响进行研究。以矿渣、石灰、石膏、硫铝水泥、孰料作为胶凝材料的原材料,通过正交试验得到各因素对固结体强度的影响大小依次为矿渣、石灰、硫铝水泥、石膏,并得到全尾砂新型胶凝材料T.C的最佳配比:矿渣∶石灰∶石膏∶硫铝水泥∶孰料=70∶6∶10∶4∶10。借助全面试验,对比普通硅酸盐水泥(P.O.42.5)、矿渣水泥(P.S.32.5)以及新型全尾砂胶凝材料T.C作用下固结体强度变化趋势,发现无论是早期强度还是后期强度,新型全尾砂胶凝材料T.C的固结效果要明显优于普通硅酸盐水泥与矿渣水泥。基于强度折减法并借助FLAC3D对堆体的稳定性进行分析,从而建议堆体的高度应小于50 m、堆排角小于60°、料浆浓度取76%~78%、灰砂比为1∶12~1∶9。     

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。     

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。     

自制膨胀材料在发耳煤矿瓦斯抽放钻孔封孔中的应用

自制膨胀封孔材料既具有聚氨酯发泡材料膨胀的性能,又具有水泥材料致密、强度高、粘接性能好的优点,且成本价格较低。自制膨胀材料通过自身的膨胀能够有效地填充钻孔周边裂隙圈,能达到较好的封孔效果,10个试验孔60 d内平均瓦斯体积分数高达71.3%,比矿方采用普通水泥的封孔工艺60 d内平均体积分数提高了17.4%。     

化学激发酸性矿渣粉胶砂性能试验研究

以28天最优配方激发酸性矿渣粉为胶凝材料进行试验,分析了质量浓度、灰砂比、减水剂掺量、搅拌时间4个因素对砂浆流动度、失水率、干缩率、抗压强度的影响规律,并且针对灰砂比这一因素将水泥与矿渣粉胶凝材料浆液性能进行了对比。最后选取了合适的比例进行正交试验来优化各因素组合,使砂浆综合性能达到最优。