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。     

煤矿巷道底臌的模拟分析——以高河煤矿为例

以高河煤矿现场实际情况为依据,利用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,计算E2305工作面回采过程中胶带巷围岩应力的分布和峰值,模拟分析巷道变形、底臌形成过程及原因。模拟E2305工作面分别推进20～140 m时E2305工作面胶带巷煤柱帮应力及工作面侧帮应力分布情况。通过分析得出E2305胶带巷的应力峰值为37.5 MPa,距离巷帮5.6 m,巷道两侧的峰值应力分别为28.4 MPa和37.5 MPa,应力峰值均较高,巷道面临着高垂直应力作用,导致巷道底臌严重。     

利用煤矸石恢复治理新汶矿区沉陷土地探讨

新汶矿区在煤炭资源开采的同时,形成了大面积的沉陷区,并产生大量的煤矸石,通过技术可行性分析,得出利用煤矸石回填沉陷土地复土造田不会对农作物造成二次污染的结论.探讨了煤矸石回填塌陷区和采砂坑的设计方案,包括治理的方法、矸石回填的工作程序以及回填后复垦土地的利用.进行了经济效益分析,得出矸石回填沉陷土地复土造田不仅可以取得较好的生态效益,而且可获得可观的经济效益.     

锚栓网带矸石袋墙沿空留巷技术及其应用

针对矸石袋墙沿空留巷技术存在矸石袋压缩空间大、沿空留巷后围岩变形大等问题,建立沿空留巷围岩力学模型,结合无煤柱沿空留巷"大、小结构"理论,提出锚栓网带矸石袋墙沿空留巷技术。利用矸石袋相互重叠垒砌形成整面的墙体,墙体外侧铺设金属网,锚栓与防护钢带双向紧固墙体,使得墙体受力均匀、紧凑性强,提高矸石袋墙的抗压能力和整体支护性能,从而解决原有矸石袋墙沿空留巷技术所存在的问题。王楼煤矿现场应用表明,该技术缓解了煤矿采掘接替紧张局面,延长了矿山服务年限,经济效益和社会效益显著。     

巷旁泵送煤矸石胶结充填材料的应用

为了充分发挥煤矸石在煤矿井下巷旁支护过程中的作用开展了某矿井煤矸石相关物理性质测试试验研究了不同水灰比、外加剂对煤矸石胶结充填材料的坍落度、单轴抗压强度及初凝时间的影响。试验研究表明水∶水泥∶粗骨料∶细骨料∶外加剂＝1∶2∶5.6∶1.6∶0.02为现场沿空留巷巷旁泵送充填最佳配合比。在该配合比条件下煤矸石胶结充填材料的坍落度、28 d单轴抗压强度及初凝时间分别为210 mm、20.8 MPa、224 min能较好地满足现场支护要求并发现该配合比条件下的胶结充填材料实际初凝时间较室内提前约50 min。     

煤矸石制备玻化砖的实验研究

为研究峰峰煤矿矸石制备玻化砖的可行性,采用室内试验的方法,在峰峰煤矿矸石中掺加适量的伟晶花岗岩、长石、石英等岩石矿物制备瓷坯,实验研究了不同配比和烧成温度下瓷坯的膨胀性、吸水性和抗折强度。研究发现:煤矸石的最高掺量可达80%,瓷坯的收缩率、吸水率、抗折强度可分别达8.58%,0.11%,68.4MPa,均能满足制备玻化砖的要求。该研究对于煤矸石资源化利用具有指导作用。     

非自燃煤矸石粗骨料对混凝土力学性能的影响

非自燃煤矸石是煤炭开挖和分选等过程中产生的固体废弃物,为减少大量非自燃煤矸石堆积而造成的环境污染、资源浪费以及对天然砂石资源的过度利用,研究非自燃煤矸石的理化性能以及在不同粗骨料取代率、水灰比、附加用水量和骨料级配下的非自燃煤矸石混凝土基本力学性能.结果表明:与普通碎石相比,非自燃煤矸石的堆积密度与表观密度小、吸水率高、压碎值大.水灰比和非自燃煤矸石取代率对非自燃煤矸石混凝土坍落度的影响较为明显,随着非自燃煤矸石取代率和水灰比的增大,混凝土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量总体上逐渐减小,当取代率超过50%时,以上指标减小较为明显.附加用水量和骨料级配对非自燃煤矸石混凝土力学性能有一定的影响,饱和面干状态下的非自燃煤矸石粗骨料可以有效提高混凝土的抗压强度和弹性模量,但对抗拉强度不利.建议实际工程中非自燃煤矸石取代率小于50%,且当非自燃煤矸石取代率为50%、水灰质量比为0.35时,混凝土强度可以满足C40的设计要求.     

磨料射流割缝技术防突机理及应用

为改善李子垭南二井3102北机巷掘进碛头瓦斯预抽时间长、掘进速度慢的现状,通过对磨料射流使煤(岩)体损伤模型及防突机理的分析,研究了磨料射流切割破碎煤(岩)体的过程;利用磨料水射流切割煤矸石的实验研究,确定了磨料射流切割煤矸石的各种参数,并研制了一套新型的适合于现场应用的磨料水射流割缝装置。现场试验表明:磨料射流能够切穿单轴抗压强度为62MPa、60～80mm厚度的煤层夹矸,在煤层中形成缝槽,增大了瓦斯涌出自由面,促使煤体大范围快速卸压,增强煤层透气性,首月内瓦斯单孔平均抽采量提高了2.83倍。     

阜新矿区矸石山灾害与防治

作为已有百余年生产历史的老矿区，煤矸石的无序堆放势必成为一种主要的地质灾害。作者调查了阜新矿区矸石山堆积现状，探讨了由矸石山引发的大气污染、水体污染、景观污染等方面的灾害，并对灾害的程度和级别进行了分析，提出了相应的灾害解决策略：从煤矸石的热能利用、化工利用、建材利用等方面探讨了减少矸石山数量和体积的方法和途径。     

矸石井下充填绿色开采沉陷控制研究

针对地面矸石堆积污染环境的现状,在分析现有开采技术途径的基础上提出了采用矸石充填巷采进行开采通过对矸石充填巷采地表沉陷控制原理的分析研究,确定了矸石充填巷采地表沉陷控制方案设计的基本原则。     

大掺量煤矸石-粉煤灰制备树脂混凝土研究

针对煤矸石、粉煤灰等占用大量的耕地并对矿区生态环境造成的污染问题,在对阜新地区煤矸石、粉煤灰进行基本性质检测的基础上,将煤矸石破碎级配后作集料,粉煤灰作填料,钢纤维作增强材料与环氧树脂胶粘剂结合,成功配制出7d抗压强度57.32MPa、抗折强度15.37MPa的树脂混凝土.文中基于均匀试验设计了9组试验方案.利用SPSS软件处理试验数据建立了强度回归方程,用MATLAB技术得到树脂混凝土的最优配合比,并进行了机理分析.该项目吃＂渣＂大,煤矸石、粉煤灰取代天然砂石占树脂混凝土总质量85%左右,研究成果为阜新市经济转型开辟了一条新途径,对实现阜新地区资源-环境-经济共同发展具有重要意义.     

金刚煤矿矸石山煤矸石自燃机理分析

通过对金刚煤矿矸石山各类煤矸石样的H2O2氧化升温速率实验、实气氧化升温速率实验研究和对矸石山各类煤矸石各种形态硫的定量分析,以探索金刚煤矿矸石山煤矸石的自燃发火机理,从分析可见金刚煤矿矸石山煤矸石中硫铁矿含量很高,而硫铁矿中FeS2被空气中的氧气氧化并释放出大量的热量。热量不断积累、蓄热,当热量蓄累到一定温度时,煤矸石中的挥发分析出并着火燃烧,从而导致矸石山煤矸石的自然。     

煤矸石陶粒混凝土微观孔结构特征及抗压强度

为了研究煤矸石陶粒对混凝土微观孔结构特征和抗压强度的影响,基于低场核磁共振(NMR)技术,对煤矸石陶粒体积取代率(0%,20%,40%,60%)的混凝土进行试验,测定煤矸石陶粒混凝土T2弛豫时间谱,进而转化为孔径分布曲线,并计算煤矸石陶粒混凝土孔隙率、最可几孔径和孔级占比等微观孔结构特征,同时通过力学性能试验测试不同取代率煤矸石陶粒混凝土的抗压强度。研究结果表明:煤矸石陶粒掺入混凝土后具有细化孔隙的作用,随着煤矸石陶粒取代率的增加,孔隙率先增大后有所减小,且无害孔占比和少害孔占比增多,有害孔占比和多害孔占比减少,最可几孔径减小,能够有效改善混凝土的微观孔结构特征。此外,随着煤矸石陶粒取代率增大,试件的抗压强度先变小,再由小变大,最后再变小,其中取代率40%时,其抗压强度最优。通过对煤矸石陶粒混凝土孔结构特征的测试,为分析煤矸石陶粒混凝土的耐久性能提供了一定的微观基础。     

煤矸石作为骨料对不同水泥基材料耐久性影响*

研究了我国四个地区所产煤矸石的基本性能及其作为骨料对C30混凝土和CFG桩抗冻性和抗酸侵蚀性能的影响。结果表明：本文所选各煤矸石主要组成分为石英、蒙脱石和菱铁矿等矿物,但氧化含量有较大不同;泡水饱和状态下各煤矸石单轴抗压强度均降低55%以上;冻融循环28次后,各煤矸石质量损失按产地从大到小为榆林,长治,太原和许昌;酸侵蚀下,长治煤矸石的压碎指标较酸侵蚀前增大最明显。许昌煤矸石配制的C30混凝土,当煤矸石取代石灰石粗骨料大于30%后,抗冻性能显著降低,随煤矸石掺量的增加,C30混凝土抗酸性能降低,但不显著。酸侵蚀140d时,CFG-长治质量损失率大于5%,抗压腐蚀系数低于0.8,抗酸性能显著降低,其它煤矸石CFG抗酸性能变化不显著。     

普通混凝土矸石带联合巷帮支护沿空留巷试验

基于薄煤层厚灰岩顶板沿空留巷矿山压力显现规律,论证了采用普通混凝土矸石带联合巷帮支护沿空留巷的可行性,采用FLAC3D模拟分析了3个支护方案的留巷效果。通过建立顶板断裂的力学模型,提出临界悬臂梁的概念,并以此为基础得出充填体切断顶板需要的支护阻力和宽度。实践表明,采用矸石带支护初期顶板,有效控制了顶板初期下沉,有效弥补了混凝土初凝时间长和初凝强度低的缺点,采用混凝土作为充填体材料,很好地适应了采空区厚灰岩顶板岩层的运动,达到预期的留巷效果。     

煤矿区固体废弃物-煤矸石的最佳利用途径

在综合分析国内外对煤矸石利用的基础上,针对我国人口多、人均耕地少的实际国情,为了改善矿区生态环境,贯彻“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地“的基本国策,实现矿区生态环境的可持续发展,研制规模化生产煤矸石砖,解放矸石山压占土地,向矸石山要耕地的同时,逐渐取代传统的砖瓦窑,减少其占用和挖损的良田。对缓解人地矛盾,实现土地资源可持续利用,为解决21世纪中期我国16亿人口的食物安全问题,倡导利用矸石研制生产建筑砖（瓦）,消灭地面矸石山,增加国土的有效耕地面积为煤矸石的最佳利用途径。其经济效益、环境效益和社会效益显著。     

赤泥-煤矸石基公路路面基层材料的耐久与环境性能

以拜耳法赤泥、煤矸石和粉煤灰等工业固废为基本原料在实验室制备了一种公路路面基层材料,并研究了其力学性能、耐久性能和环境性能.通过开展干湿循环以及冻融循环试验研究了该公路路面基层材料的耐久性能,并利用ICP浸出试验和放射性检测研究其环境性能.结果表明,赤泥-煤矸石基路面基层材料赤泥和煤矸石掺量之和75％、固废总掺量97％时,7d养护后无侧限抗压强度达到6 MPa以上;经过20个干湿循环后,矿渣掺量为5％的路面基层试块强度为5.98 MPa,满足国家标准;经过5个冻融循环后,路面基层材料的7d抗压强度仍然达到6.89 MPa,具有良好的耐久性能.浸出试验结果显示,浸出液中Na+浓度均符合国家饮用水标准,同时浸出液中Zn、Hg、Cu、Pb、Ni等重金属均未检测出;放射性试验结果表明,试验所用纯赤泥的放射性符合相应的国家标准.通过对该路面基层材料进行固碱分析以及能谱分析发现,硅铝体系能有效固结钠离子.此公路路面基层材料具有良好的环境效益和社会效益,拓宽了路面基层材料的选材范围.     

浅析煤矿矸石山自燃爆炸原因

煤矿矸石山自燃是煤矿普遍存在的问题,矸石山自燃后不仅对周围环境和矿区造成污染,而且会因矸石山自燃而引发煤矸石山坍塌、喷爆甚至爆炸等灾害性事故,给矿区人民的生产生活造成了极大的伤害和财产损失。煤矸石山自燃爆炸是由多种因素共同作用的结果,它不仅与内在自燃因素有关,还与煤矸石山所属的环境、气候条件等有关。近年来,煤矸石山爆炸事故不断发生,已对煤炭企业带来了不可估量的负面影响。     

煤矸石山植被自然恢复规律及其环境影响

采用植物群落数量分类方法研究植被和土壤恢复状况,利用烘干法、环刀法、电位法、凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度法和外加热法测定了土壤的理化性质,并采用TWINSPAN、DCA和DCCA法研究了河南义马矸石植被梯度变化规律及其与环境因子之间的关系。结果表明,煤矸石山大致可以分为三大类:排矸35 a的煤矸石山边坡;排矸30 a和35 a矸石山;排矸45 a和55 a以及有人为干预(排矸20 a)矸石山。DCA排序与TWINSPAN分类结果一致。DCA和DCCA排序图明显反映出排序轴的生态意义。不同类型矸石山自然植被的类型和生长情况差异明显,植物群落的梯度变化主要受土壤阳离子交换量、总孔隙度和土壤养分控制。直接种植具有土壤改良作用的刺槐林能加快矸石山植被的自然恢复和土壤改良进程。研究结果也表明,土壤理化性质改良,有助于自然植被恢复。边坡不稳定,植物难以自然定居,应采取措施稳固边坡;或与工程护坡措施相结合,种植一些抗干旱、耐瘠薄、深根性的植物,以加快边坡的生态恢复。     

冻融循环作用下煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖的损伤性能

大宗工业固废建材化利用是工业可持续发展的一项长远战略方针,利用煤矸石、铁尾矿生产烧结砖可为内蒙古地区大宗工业固废综合利用提供新思路。针对内蒙古地区自然环境特征,对煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件进行冻融循环试验,分析冻融前后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖外观、质量、抗压强度、吸水率和体积密度变化情况;基于Wiener过程对试样损伤规律进行分析,以相对质量损伤为指标建立可靠度模型,并对指标选取合理性进行验证,计算漂移系数和扩散系数求解冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖可靠度函数曲线;利用冻融寿命预测模型对室内外冻融循环次数进行转化,并对冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔在不同阈值条件进行寿命预测。结果表明：煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件抗压强度为10.6MPa,吸水率为13.3%,体积密度为1779.7kg/m₃^;煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖性能随冻融循环次数增加劣化程度加深,其质量、抗压强度、吸水率和体积密度损伤度分别为7.1%、38%、18%和3.6%,同时冻融循环后砖体表面出现隆起、微裂缝和轻微剥落现象;对可靠度函数曲线分析可知煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖损伤符合材料破坏特点,在阈值为0.2,0.3,0.4条件下,煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖耐久性寿命分别为11.1年,35.4年,85.6年。