粉煤灰基胶结充填材料早强剂实验研究

针对粉煤灰大量加入胶结材料后降低材料性能的问题,通过实验室正交实验,找到一种早强剂配方,得到粉煤灰占充填材料固体质量80%以上,水固比为0.94,8 h抗压强度大于0.9MPa,1 d抗压强度大于3 MPa、3 d抗压强度大于4 MPa,平均初凝时间100 min的最终材料配方。按配方比例在桃山矿井下工业实验后,证明该材料能够适应井下环境,具有快凝、早强、接顶率高等优良特点。     

钻井泥浆的开发应用及固化处理

钻井法目前已广泛应用于矿山建设工程,但钻井泥浆的处理一直是钻井法难点问题之一.本文探讨了泥浆在工作面预注浆、壁后充填注浆、冒空区充填注浆和离层带充填注浆中的应用.并论述了泥浆的固化处理问题.     

沿空留巷高水充填材料改性试验及工程应用

为解决原有高水材料存在韧性差、可收缩量小等问题,通过分析现场充填体破坏特征,运用"让抗"支护机理将充填体划分为充填体层和让压层,采用正交配比试验对高水材料性能缺陷进行改进,并对改性前后的材料固结体进行微观对比分析。同时采用施加不同支护的方式模拟试验得到充填体在侧向约束条件下最优支护条件。试验结果表明:改性后的高水材料充填层28 d强度达到12.18 MPa,让压接顶层膨胀率为9.60%,引入发泡剂、纤维等外部添加物剂对材料生成钙矾石等水化产物无影响,侧向约束条件下最优支护组合表面位移仅占试样宽度的3.65%。最后,将改性后的高水材料应用现场,现场试验结果表明:充填体侧表面位移仅为229 mm,顶板下沉量控制在216 mm左右,改性后的高水材料能够很好地满足沿空留巷要求。     

添加细菌对充填材料性能的影响

为研究细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数对充填材料性能的影响,采用正交设计实验方法,开展充填材料制备实验,考察实验过程中抗压强度、持水量、体积收缩率等参数的变化,分析细菌来源、细菌溶液体积分数以及黏结剂质量分数对充填材料性能的影响规律;对选定的黏结剂进行细菌接种实验,研究黏结剂对细菌群落的影响。研究结果表明：黏结剂对细菌群落无明显影响;各因素对充填材料性能的影响程度按由大到小顺序排列依次为黏结剂质量分数、细菌溶液体积分数和细菌来源;当细菌溶液体积分数为100%、黏结剂质量分数为30%、细菌来源为A时,充填材料的体积收缩率、塌落度以及抗压强度分别为4.09%,18.94 cm以及5.19 MPa,在此条件下,充填材料性能最佳;添加细菌溶液可使Fe²⁺快速转化为Fe³⁺,Fe³⁺浓度增大,促进Fe³⁺水解形成沉淀物质,减少充填材料内部裂纹数量,提高充填材料性能。     

粉煤灰基胶结充填材料试验研究

针对目前性能优良的矿用胶结充填材料价格较高的问题,通过试验室正交实验的方法得到粉煤灰未经活化的最佳组分配比,而后通过对比实验找到1种粉煤灰活化剂,这种活化剂与粉煤灰、水搅拌陈放4~8 h后,能有效激发组分配方中粉煤灰的早期活性,活化后粉煤灰掺入组分配比后得到水灰比接近1∶1,粉煤灰占充填材料固体质量80%以上,8 h抗压强度大于0.8 MPa,1 d抗压强度大于3 MPa,3 d抗压强度大于4 MPa,初凝时间在90~120 min之间的材料配方。结果表明:材料8 h即形成大量针状钙矾石,3 d时产生C-H-S(水化硅酸钙)凝胶,7 d后钙矾石已被胶凝包裹。最后,按配方比例在桃山矿井下采空区进行充填工业试验,该材料虽掺入大量粉煤灰但仍能适应井下环境,具有快凝、早强、接顶率高等特点。     

大斜度井管内循环砾石充填过程可视化数值模拟

大斜度井管内循环砾石充填实质是复杂条件下的固液两相流动及砂床运移过程,存在携砂液向地层的滤失以及冲筛环空与井筒环空之间的流体质量交换。分别建立井筒环空固液两相流和冲筛环空单相流动系统的的砾石、携砂液的质量和动量守恒方程,以及各两个流动系统间的耦合流动方程,得到了倾斜井筒条件下的大斜度井管内砾石循环充填过程的数学模型。模型求解后研制了开发了充填过程模拟器软件,用于可视化模拟大斜度井砾石充填过程。分析了充填过程特征及各项动态参数的变化规律。     

基于ANSYS的二步采场分段开挖过程模拟及稳定性分析

 为确保高应力大阶段二步采场高效安全回采,采用ANSYS对二步采场分段开挖过程进行稳定性分析,得到了各分段采场顶板和充填体的应力分布规律。结果表明,采场顶板处产生的最大拉应力(0.21～0.36MPa)大于矿体的抗拉强度值(0.17MPa);充填体距离采场顶板1m位置处有最大压力(0.90～2.00MPa),接近其抗压强度值(2.00MPa);随着开采分段向上推进,采场顶板的拉应力和充填体内的压应力均有降低趋势。针对数值模拟中二步采场存在的安全隐患,提出采用预护顶中深孔下向凿岩分段充填法回采二步矿房,预护顶采用预应力树脂锚杆+钢带(金属网)+喷浆联合支护方式,并根据数值模拟中获得的松动圈半径确定了支护参数。将支护方案应用到工程试验,试验采场安全效果较好。     

急倾斜煤层沿空留巷的巷旁充填技术

针对急倾斜煤层沿空留巷巷旁充填技术难题,分析了新强煤矿巷旁充填材料合理配比及充填体承载特性,利用FLAC3D数值模拟软件分析了巷旁充填体及巷道围岩变形规律。结果表明:试件在一定的充填料配比条件下,随着水灰比的增加其抗压强度明显降低,新强煤矿充填材料水、水泥、沙子、矸石理想配比为1∶2∶4∶4;留设巷道顶底板的活动剧烈程度与距工作面距离相关,导致巷道顶板移近量不同;巷旁充填材料配比强度高于10 MPa,可以满足新强煤矿巷道围岩变形及充填体强度要求。     

非破坏振动环境对粉煤灰混凝土渗透性能的影响

从正常服役状态的角度,对粉煤灰混凝土的渗透性进行了试验研究.试验中以受压构件作为材料受力状态的模拟对象,考察了非破坏振动环境对粉煤灰混凝土渗透性能的影响规律,发现非破坏振动作用虽不引起材料宏观强度上的破坏,但将使混凝土的抗渗性能劣化,并且分析了混凝土抗渗性能劣化的原因.对比研究了不同粉煤灰掺量在非破坏振动环境中的抗渗效果,结果表明:在试验范围内,当粉煤灰掺量(粉煤灰质量/(水泥质量 粉煤灰质量))从10%增加至20%时,抗渗性能的提高比较显著,当粉煤灰掺量超过20%后,粉煤灰的增加对抗渗性能的提高作用减小;具备抗非破坏振动特性的高性能混凝土的粉煤灰掺量应该大于20%.     

板集煤矿主井钻井法井壁下沉、永久井架安装和凿井大临工程三平行施工方法的应用

板集煤矿为缩短主井井筒工程建设周期,在钻井法施工表土段到钻爆法施工基岩段的工序转换过程中,突破传统的单项作业接替延续的施工方式,优化施工方案,合理布局,采取各工序平行交叉作业,即固井(壁后充填)、永久井架的安装、基岩段凿井大临工程等多项工序同时平行交叉作业的施工方式,填补各项工程施工间隙,有效地提高了工序转换效率,实现工序快速转换,为加快建井速度,缩短建井周期节省了宝贵的时间。     

赤泥基似膏体充填材料水化特性研究

以赤泥、煤矸石等工业固废为主要原料制备赤泥基似膏体充填材料,采用X射线衍射分析、傅氏转换红外线光谱分析、热重--示差扫描量热分析和扫描电子显微镜--能谱分析等测试手段研究赤泥基似膏体充填材料的水化特性.结果表明,本试验条件下,赤泥基似膏体充填材料的最优配比为编号E03试验,即胶结料:赤泥:煤矸石:添加剂质量比为1:16:5:11,固相的质量分数为70%,28 d单轴抗压强度为5.49 MPa.赤泥基似膏体充填材料不同龄期的水化产物主要为斜方钙沸石(CaAl2 Si2O8·4H2O)和钙矾石(AFt),随着水化反应的进行,水化产物的数量明显增多,且钙矾石由水化初期的针状逐渐转变为棒状,有助于充填体强度的发展.     

免振捣微膨胀高性能混凝土研究与应用

随着混凝土工程不断大规模化、复杂化、超高层以及混凝土所处环境的恶化影响,为保证工程质量,促进施工管理,提高混凝土的耐久性,促进社会可持续发展,研究高性能混凝土也就显得势在必行和意义深远了。1、研究技术方案: 在材料科学理论的指导下,通过大量试验,采用新思路、新工艺研制出具有微膨胀,改善新拌混凝土工作性,改善混凝土耐久性,特别是抗渗性、抗冻等性能的新型矿物添加剂;研究免振捣混凝土材料组成、结构和性能之间的关系,将流变学和最紧密堆积原理应用于免振捣混凝土的配合比设计:将研制出的多功能矿物添加剂掺用到免振捣混凝土中,配制出工作性能良好,能有效控制坍落度经时损失,具有微膨胀或补偿收缩功能,具有优良耐久性的高性能混凝土;在上述基础上建立免振捣微膨胀高性能混凝土组成、结构、性能关系的理论模型,充实和发展混凝土科学理论:将研究的成果应用于工程,解决工程实际问题。     

高性能岩锚灌浆材料配制技术及养护环境研究

通过对DSP高性能岩锚灌浆材料进行配合比及养护环境对其性能影响的试验.研究了水胶比和纳米硅掺量对DSP材料抗压强度及流动度的影响，同时探讨了地下自然环境养护，标准养护和（80±2） ℃热水养护等不同养护环境对其力学性能的影响.获得了一组具有良好施工性能、在（80±2） ℃热水养护条件下48 h抗压强度127 MPa，标准养护7 d, 28 d抗压强度分别为99 MPa和120 MPa，地下自然环境养护7 d, 28 d抗压强度分别为81 MPa和109 MPa的高性能岩锚灌浆材料配比.     

添加CaCl2·6H2O/膨胀蛭石定形相变材料的尾砂基充填体热学与力学性能试验研究

采用常压浸渍法制备了CaCl₂·6H₂O/膨胀蛭石定形相变材料(CEV)，以金矿尾砂为充填材料骨料，制备添加CEV的充填体，对不同灰砂比和不同CEV添加比例下充填体的比热容、导热系数和单轴抗压强度(UCS)进行试验测试，分析了上述变量对充填体热学、力学性能的影响。结果表明:膨胀蛭石对CaCl₂·6H₂O的最大封装能力约为60%，CEV的熔化焓和凝固焓分别高达98.87 J/g和97.56 J/g。对于未添加CEV的充填体，比热容、导热系数和单轴抗压强度均随着灰砂比的降低而降低，对于添加CEV的充填体，比热容随CEV添加比例的增加显著提高，添加12% CEV后，其显热和潜热蓄热能力至少分别提高了10.74%和218.97%。然而CEV的添加会导致充填体孔隙增加，导热系数和单轴抗压强度均随CEV添加比例的增加而降低。当灰砂比为1:8，CEV添加比例分别为6%、9%、12%时，养护期为28天的充填体单轴抗压强度均小于1 MPa。综合考虑充填体蓄热能力和材料成本，推荐充填材料配比方案为灰砂比1:6、添加12% CEV，且添加CEV充填体的蓄热/释热温度区间推荐为20–40°C。本研究可为绿色矿山蓄热充填技术的应用提供理论依据。     

粉煤灰高性能混凝土性能的实验研究

在温度为20℃,湿度不小于50%的室内试拌,标准条件下养护,通过测定粉煤灰高性能混凝土的工作性、抗渗性、抗压强度等指标考察了粉煤灰掺量对混凝土性能的影响。试验结果表明,粉煤灰掺量小于40%时,粉煤灰的掺量与混凝土的工作性、抗渗性、56天抗压强度成正相关;掺量大于40%各项指标均有所下降。     

我国深立井冻结法凿井安全现状与思考

在收集大量相关文献基础上,深入分析了我国中东部和西部地区水文与工程地质特点和采用人工冻结凿井法施工深立井的安全现状及存在问题,认为对于中、东部地区,深冻结井冻结管断裂、井筒破坏、冻结壁冻融后井筒出水、井筒连接硐室失稳破坏等是威胁冻结井筒安全的主要危险源;西部地区则是对其特殊地层认识不足,在冻结壁形成规律、井壁结构设计理论、施工工艺等诸多方面缺乏深入研究和工程实践,导致井壁破裂、淹井等事故时有发生。最后,针对引起安全事故的原因,提出急待解决的关键技术及技术途径。     

基于局部冻结的保温材料性能试验研究

在深立井和斜井冻结工程中,部分冻结管需采用局部冻结方式以减小冷量损失避免土层过分冻结以及资源浪费,但常用聚氨脂发泡材料在地压作用下保温效果并不理想.针对这一技术问题,以3种不同材质的新型隔热保温材料为研究对象,然后在1.5MPa、2.5MPa围压以及恒定冷媒作用下,分别对其进行保温性能试验研究.结果表明:在1.5MPa和2.5MPa压力下,阻燃橡塑海绵保温板保温效果最佳,压花方格铝板隔热保温棉保温效果良好,而日固力防水隔热保温涂料保温效果一般.通过本次试验获得了考虑实际工况下最佳局部冻结保温材料,可为冻结工程应用提供参考.     

顺北超深窄间隙固井技术应用

顺北区块超深窄间隙固井面临高温、井筒内压高交变以及高压盐水层等复杂工况,水泥环长效密封性难以保证。基于顺北12.7mm窄间隙固井工况,采用自主研制的窄间隙水泥环密封完整性评价装置,研究了水泥石密封失效机理,结果表明：加压养护的低弹性模量水泥石较常规水泥石具有更好的密封性能。在此基础上,通过优选弹性材料及配套外加剂,研制了增韧水泥浆体系,弹性模量可低至6.8GPa、抗压强度可达22.7MPa。进一步通过优化固井综合措施,形成了提高超深窄间隙井筒完整性的固井配套技术。基于该技术,现场应用1井次,固井质量优质,未发生水窜。研究成果对于超深井窄间隙固井具有重要借鉴意义,可有效推进顺北区块的长效、安全、高效开发。     

高温后高性能混凝土和细晶粒钢筋间粘结性能

配制了C100高性能混凝土,制作了标准立方体试块,并选用500 MPa级细晶粒钢筋制作了中心拔出粘结试件.分别对立方体试块和拔出试件进行了200,400,600,800 ℃的高温试验,完成了高温后的抗压强度试验和拔出粘结试验.基于试验结果,分析了高温作用对高性能混凝土抗压强度和粘结强度的影响,研究了高温后高性能混凝土抗压强度和粘结强度的关系,并通过与普通混凝土高温后粘结性能的对比,分析了高温后高性能混凝土和细晶粒钢筋间粘结性能的特点.     

水平井砾石充填可视化模拟及充填效果评价

水平井砾石充填过程是复杂条件下的固液两相变质量流动,存在携砂液向地层的滤失以及井筒环空、冲筛环空间的流体质量交换。根据井筒、冲筛环空两个独立流动系统的砂、液质量和动量守恒方程,以及各系统间的流动耦合方程,建立了描述α充填过程的时间相关数学模型。补充辅助方程后可数值求解,并提出了充填效果综合评价指标的计算方法。利用数值模型开发软件可对整个充填过程进行可视化模拟。结果表明,模型和软件对顺利充填和提前堵塞两种情况均可适用,并能预测是否堵塞、堵塞位置、充填率以及计算充填效果综合评价指标。分析了充填过程中的各动态参数的变化规律,在充填前沿位置,由于沉积砂床消失,系统间窜流最为明显,各动态参数在充填前沿前后均有剧烈变化。