煤矸石充填骨料替代品可行性研究

为解决华泰矿业有限公司地下采空区危害及煤矸石骨料不足的问题，通过现场调研、室内试验、理论分析，对煤矸石充填骨料替代品砂岩、页岩、钢渣的物化性能及其充填配比实验和胶结机理进行深入研究。结果表明，钢渣是合适的替代骨料，其胶结体具有较高的抗压和抗拉强度；推荐水泥∶粉煤灰∶钢渣＝1∶8∶15，质量分数Cw＝70％～72％，减水剂添加量为水泥与粉煤灰质量总和的0.5％～1.0％。应用于华泰矿业的结果表明，该技术是可行的，钢渣的利用率高达100％，充填体的抗压强度高达2.0 MPa，顶板最大下沉量仅1.207 mm，未发生地表塌陷，矿石回收率达82.37％。应用该技术可以充分回收“三下”煤炭资源，具有较高的经济效益。     

煤为骨料的巷旁充填材料试验研究

巷旁充填材料的主要组成是胶凝材料、骨料、水和适量的外加剂。在自制的两种胶凝材料基础上,采用煤作为骨料来制备巷旁充填材料。试验结果表明,煤作为骨料是可行的,这样就扩大了充填骨料来源,大幅减少了运输环节,降低了充填支护成本,从而为巷旁充填研究提供参考。     

磷矿尾砂与尾泥对胶结充填材料性能的影响

文章以磷矿采选废弃物浮选尾砂、重选尾泥为细骨料,以磷尾矿为粗骨料,和水泥制备胶结充填材料。在料浆质量比为85%、水泥质量比为7%的情况下,研究添加不同掺量尾砂、混合添加尾砂和尾泥对胶结充填材料流动性、稳定性及力学强度性能的影响。结果表明:随着尾砂掺量的增加,坍落度、扩散度及稠度总体上都呈先增加后减小的趋势,泌水率呈逐渐减小趋势,分层度呈先增大后减小趋势,抗压强度呈逐渐增大的趋势;当混合添加尾砂和尾泥的质量占总干质量40%时,随着尾泥掺量增加,坍落度、扩散度、稠度、泌水率、分层度及抗压强度总体上均呈逐渐减小的趋势。综合分析,当细骨料占干质量40%,w(尾砂)∶w(尾泥)为3∶1时,磷尾矿胶结充填材料的各项性能表现良好。     

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。     

固结粉胶凝材料开发与胶结充填体强度试验

针对金川矿山开采面临的采矿经济与环保压力,利用酒钢低活性酸性矿渣,开展新型充填胶凝材料开发,获得称为固结粉的早强型新型充填胶凝材料。为了实现固结粉在金川矿山工业化应用,针对金川矿山废石、棒磨砂、戈壁砂和河沙等骨料,开展了4种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度试验。结果表明,除了戈壁粗砂骨料胶结充填体3 d抗压强度小于设计抗压强度外,其他3种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度均满足金川矿山安全采矿要求,说明早强型固结粉胶凝材料应用于金川矿山充填法采矿中能够替代水泥。     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质(粒级组成、化学成分),并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示:全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水(1%~0.6%),充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

不同骨料固结粉胶结充填体强度试验与对比分析

为了将固结粉新型胶凝材料在金川矿山推广应用,针对目前矿山采用的4种充填骨料,开展固结粉胶结充填体强度试验研究.首先,针对龙首矿充填系统以及工业技术参数,进行4种充填骨料、3种胶凝材料和5种充填料浆浓度的试验方案设计.然后,针对4种充填骨料开展不同料浆浓度的充填体强度试验,获得了不同配比条件下胶结充填体强度.最后,针对固结粉胶凝材料进行4种骨料胶结充填体强度分析和对比研究.结果显示,除了戈壁粗砂骨料的胶结充填体3d和28d强度低于矿山设计强度外,其他3种骨料胶结充填体强度均满足金川矿山充填体设计强度.由此可见,固结粉新型胶凝材料可以替代水泥在金川矿山推广应用.     

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。     

粉煤灰基胶结材料在新安矿3832沿空留巷的应用

针对新安矿3832综采工作面围岩变形问题,依据围岩控制机理,结合工作面实况,采用粉煤灰基胶结材料作为充填材料进行沿空留巷巷旁充填工业实验。对工作面巷道围岩进行监测,利用FLAC3D软件模拟围岩变形情况。结果表明:在活化时间0.5 h、活化剂掺量0.1%的材料配比条件下进行实验,试块强度在24 h达到2.42 MPa,可以满足留巷对支护体的要求。现场实测数据和数值模拟结果吻合,为该研究增加了理论依据,也可以为类似矿区沿空留巷巷旁充填材料选取以及充填系统的设计提供借鉴。     

粉煤灰基胶结材料沿空留巷巷旁充填系统设计与试验

粉煤灰基胶结材料是针对双鸭山矿区资源条件试验成功的新型巷旁充填材料,结合该材料特性及新安矿3832综采工作面条件,进行沿空留巷巷旁充填系统的研发设计。工业试验表明该套系统运行安全可靠,完全满足了粉煤灰基胶结材料应用技术需求,对相似条件矿井实施沿空留巷具有一定参考价值。     

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.     

基于指标满意度的充填配比正交优化试验

建立基于指标满意度的多指标正交试验综合评价模型,选取质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量、减水剂掺量等4个因素,进行4因素3水平的正交试验,选取充填体28 d单轴抗压强度、28 d抗拉强度、塌落度、成本等4个指标进行基于指标满意度的多指标综合评价及敏感性分析.试验结果表明:质量浓度、灰砂比、粉煤灰掺量、减水剂掺量对充填体质量的敏感度分别为0.217、0.252、0.032和0.060,即灰砂比对充填体质量的影响最大;质量浓度对充填体质量有着明显的影响;粉煤灰掺量及减水剂掺量对充填体质量的影响相对较小.     

Influence of Coal Gangue Aggregate Grading on Strength Properties of Concrete

This paper investigates the feasibility of using coal gangue as coarse and fine aggregates in concrete as well as how the coal gangue aggregate grading affects concrete properties. Nine mixed concrete samples were prepared with the value n in Fuller's curve ranged from 0.44 to 0.68. The coal gangue aggregate with n = 0.62 shows the highest density, water absorption, cylinder strength and the lowest voids. The results indicate that using coal gangue as coarse and fine aggregate in concrete is technically feasible and useful. When n is 0.62, the values of the slump, 28-day compressive, splitting tensile strength, flexural strength and elasticity modulus of coal gangue concrete reach the highest. The highest 7-day and 28-day compressive strength were 24 MPa and 37 MPa in mix CG7, respectively. It is possible to produce grade 30 coal gangue concrete with coal gangue coarse and fine aggregate.     

煤矸石保温混凝土抗压强度与弹性模量试验研究

煤矸石保温混凝土是以玻化微珠为保温骨料,煤矸石取代部分天然石子为粗骨料的一种结构自保温材料。为研究煤矸石掺量对煤矸石保温混凝土抗压强度、弹性模量的影响,以煤矸石掺量为变量,研究掺量分别为0、30%、50%、70%、100%时,煤矸石保温混凝土的抗压强度和弹性模量。试验结果表明:煤矸石保温混凝土的强度、弹性模量随着煤矸石掺量的增加而降低,当煤矸石掺量为100%时,与玻化微珠保温混凝土相比,抗压强度和弹性模量分别降低了38.28%、39.79%;不宜采用《混凝土结构设计规范》中的计算公式计算煤矸石保温混凝土的弹性模量,通过回归分析得出了煤矸石保温混凝土弹性模量的计算公式。     

大掺量粉煤灰再生混凝土的试验研究

采用废弃混凝土再生骨料、普通硅酸盐水泥和粉煤灰等原材料,通过正交试验找出影响再生混凝土强度和坍落度的主要因素及大掺量粉煤灰再生混凝土的最优配比。试验结果表明,再生骨料替代率是影响再生混凝土强度和坍落度的显著因素,在普通成型工艺和养护条件下可以配制出抗压强度59M Pa,塌落度215 mm,粉煤灰掺量30%的高性能再生混凝土。     

运用响应面法的无机聚合物混凝土性能分析

利用矿粉与固体激发剂,制备了适用于机场道面的快硬早强无机聚合物混凝土。基于响应面分析法,使用Design Expert软件对试验结果进行模型拟合,研究水胶比、胶凝材料用量、砂率各自变量及其交互作用对无机聚合物混凝土坍落度、初凝时间、7d抗折强度影响的显著程度。分析结果表明:坍落度影响方面,胶凝材料用量水胶比砂率;初凝时间方面,水胶比胶凝材料用量砂率;7d抗折强度影响方面,水胶比砂率胶凝材料用量;双因素交互作用的显著程度也各不相同,其中水胶比和胶凝材料用量对坍落度的交互作用最显著,胶凝材料用量和砂率对7d抗折强度的交互作用最显著,三因素两两之间对初凝时间的交互作用不显著。     

倾斜煤层沿空留巷力学模型分析

倾斜煤层走向长壁开采沿空留巷,可以采用区段上行式留风巷方案或区段下行式留机巷方案.为了研究二者顶板活动的差异,利用叠加连续层板模型和顶板载荷条带分割法,考虑煤层倾角的影响,得出了相应条件下的巷旁支护阻力计算公式.对比分析表明,巷旁支护所需支护阻力留机巷时比留风巷时大;采用风巷留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而减小;采用机巷沿空留巷,巷旁支护阻力随煤层倾角α增大而增大,但当α大于采空区冒落矸石自然安息角时,考虑矸石堆积支撑作用,有利于降低巷旁支护阻力.研究结果为倾斜煤层沿空留巷时区段开采顺序的选择提供一定参考依据.     

峰峰新三矿煤矸石山土壤水分特性研究*

为了解煤矸石基质土壤的水分特性,为煤矸石山水土保持、生态修复和复垦提供理论依据,试验选用峰峰新三矿6种不同煤矸石基质土壤,采用室内模拟试验的方法,测定土壤孔隙度、渗透系数和水分入渗规律。试验结果表明:混合基质土壤孔隙度随掺土比例的增大而增大,掺土后基质总孔隙度显著增加;基质土壤的渗透系数山脚山腰山顶;矸土比为7∶3、5∶5和3∶7的混合基质土壤的渗透系数分别是原矸石的0.643、0.517和0.459,掺土后渗透系数显著降低。山脚矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山腰的1.111和1.078倍;山腰矸石的初始入渗率和稳渗率分别为山顶的1.096和1.102倍;矸∶土/7∶3的初始入渗率和稳渗率分别为5∶5的1.152和1.149倍;矸土比5∶5的初始入渗率和稳渗率分别为矸土比3∶7的1.179和1.057倍。矸土混合土壤的初始入渗率、稳渗率均随矸土比的减小而迅速减小,入渗达到稳定状态的时间随矸土比的减小而增加。Kostiakov入渗模型更适合作为风化煤矸石的入渗模型,通用经验模型更适合作为掺土煤矸石的入渗模型。矸石掺土可以显著降低入渗率,提高累积入渗量,有益于煤矸石山的植物生长。     

煤矸石混凝土冻融损伤本构关系试验研究

通过对冻融后煤矸石混凝土的单轴受压试验,研究了冻融循环次数和煤矸石取代率对煤矸石混凝土力学性能的影响,提出了冻融作用下煤矸石混凝土峰值应力、峰值应变的退化规律,并拟合应力-应变曲线,提出了煤矸石混凝土冻融损伤单轴受压本构关系。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土峰值应力逐渐降低,峰值应变和极限应变逐渐增加,应力-应变曲线趋于扁平,受压早期压实效应尤为明显,弹性模量迅速降低,应力-应变曲线前端部分出现下凹。此本构关系精度较好,对煤矸石混凝土的推广应用和进一步改性研究有一定参考价值。     

一种页岩相似材料的配制及其力学性能的研究

以地质力学模型试验的相似理论和相似材料的选择原则为基础,以砂子为骨料,石蜡为胶结剂,石膏为调节剂作为相似材料制成了一批可以模拟页岩的模型试件。该相似材料满足相似原理,且具有取材方便、经济成本低、制作工艺简单、成型时间短以及变形量大等优点。对5种不同配比下的软岩相似材料试件进行了大量的单轴、三轴试验,验证了该相似材料模拟页岩具有可行性。结果表明,该相似材料的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角随砂胶质量比的增大而减小,泊松比随砂胶质量比的增大而增大。该研究为进一步的模型试验提供了理论指导。