高水充填材料抗压强度研究_张海波
高水充填材料抗压强度研究
张海波，刘春风，冯丹丹，史海月，张刚，郭鹏飞，管学茂（河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作454000）
［摘要］高水材料作为煤矿开采充填材料具有很多优点，但目前关于水固比3∶1以上的材料强度研究较少。文章初步研究了原材料配比、水固比、研磨时间对高水材料抗压强度的影响规律。结果表明：水固比为3∶1的条件下，A料B料配比为1∶0.8时高水材料结石体强度最高，为3.11MPa；当水固比为5∶1时，结石体强度大幅度降低，但随A料B料配比增加，结石体抗压强度逐渐增加。A料研磨时间为10min、B料研磨时间为30min的组合，结石体抗压强度最高，3天单轴强度为1.23MPa。［关键词］高水充填材料；抗压强度；水固比［中图分类号］TD823.7［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2012）05-0014-02ResearchonCompressionStrengthofStowingMaterialWithHigh-waterContentZHANGHai-bo，LIUChun-feng，FENGDan-dan，SHIHai-yue，ZHANGGang，GUOPeng-fei，GUANXue-mao（MaterialScience＆EngineeringSchool，HenanUniversityofScience＆Technology，Jiaozuo454000，China）Abstract：High-watermaterialhasmanyadvantagesforminestowing．Currentresearchonmaterialstrengthwhoseratioofwatertosol-idisover3∶1isabsent．Thispaperresearchedtheinfluenceofproportioning，ratioofwatertosolid，grindtimeoncompressionstrengthofhigh-watermaterial．Resultsshowedthatunderthe3∶1ratioofwatertosolid，whenA∶Bwas1∶0.8high-watermaterialstrengthreachedlargest3.11MPa．Underthe5∶1ratioofwatertosolid，materialstrengthreducedlargely，butwithproportionofAtoBincreased，materialstrengthimproved．WhenAandB’sgrindtimewasrespectively10minand30min，materialun-axialstrengthreachedthelargest1.23MPaafter3days．Keywords：high-waterstowingmaterial；compressionstrength；ratioofwatertosolid
［收稿日期］2012－05－08［基金项目］教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20094116110001）；河南省杰出人才基金资助项目（114200510006）；矿业工程材料重点学科开放实验室基金资助项目（MEM11－9）［作者简介］张海波（1974－），男，河南焦作人，副教授，博士生，主要从事混凝土及其外加剂研究。绿色开采是矿山开采发展的方向，充填开采是绿色开采的重要组成部分，尤其是在“三下（水体、建筑物、铁路）”采煤时，必须保留60%以上的煤柱以防止地面沉降［1］，极大地浪费资源。从常用充填材料来看，我国充填工艺技术的发展，经历了废石干式充填、碎石混凝土胶结充填、分级尾砂水力充填和胶结充填、高浓度棒磨砂或分级尾砂胶结充填、全尾砂膏体胶结充填的发展过程［2］，但都存在着工艺复杂、增加运输量、劳动强度高、采空区密实效果不理想等缺点。高水材料具有价廉、使用方便、可泵送等优点［3］，作为充填材料，料浆在采空区不脱水，充填体接顶率高，尤其是在仰采情况下，可采用开放式充填工艺，采充周期短，提高采场生产能力，对井下环境基本无污染［4］。但目前研究还不够充分，尤其是在超高水固比下（水固比大于3∶1）的强度性能缺乏深入研究。高水充填材料含水量越高，充填成本越低，本文分别通过高效研磨的方法来提高高水充填材料结石体含水量，研究了结石体强度变化规律。1试验原料与制备1.1试验原料硫铝酸盐熟料：焦作华岩实业有限公司生产；混合料：以石膏为主要成分的无机矿物材料。为方便叙述，在下文中将硫铝酸盐熟料称为A料，混合料称为B料。1.2试样制备将A料和B料按设计水固比分别在快速研磨机中研磨规定时间，将2种浆液混合，注入40mm×40mm×40mm试模，人工将试模振动数下，排出浆体内气泡，室温养护1d脱模，继续养护3d，测定3d抗压强度。2试验结果与分析2.1A料B料配比对抗压强度的影响改变A料和B料质量比（如表1所示），分别
41第17卷第5期（总第108期）2012年10月煤矿开采CoalminingTechnologyVo1.17No.5（SeriesNo.108）October2012测试水固比为3∶1和5∶1时的结石体抗压强度，结果如图1所示。可以看出，水固比为3∶1时，随着A料B料配比逐渐增加，结石体强度呈现先增大后减小的趋势，在配比为1∶0.8时达到最大，3d抗压强度为3.1MPa。当水固比为5∶1时，随着A料B料配比逐渐增加，材料的强度呈连续增长趋势。表1硫铝酸盐熟料与混合料的配比试块硫铝酸盐熟料/g混合料/g外加剂/g3－150750.13－250600.13－350500.13－450450.13－550400.13－650350.13－750300.1注：3－1表示水固比为3∶1的第1组实验
图1A料和B料质量比对抗压强度的影响2.2水固比对抗压强度的影响选用A料B料配比1∶0.8，A料及B科研磨时间均为20min，分别试验了3∶1，5∶1，7∶1，9∶1四种水固比下结石体抗压强度，结果如图2所示。
图2不同水固比的强度变化曲线由图2可知，水固比提高，结石体抗压强度迅速降低。水固比为3∶1时结石体抗压强度为2.28MPa，水固比5∶1时为0.37MPa，水固比7∶1时为0.31MPa，水固比为9∶1时抗压强度虽然较低，但仍能达到0.13MPa左右。这是因为结石体含水量越高，其微结构中的钙矾石晶体越纤细，晶体间的空隙也越多［5］，从而强度越低。2.3研磨时间对抗压强度的影响选用A料B料配比1∶0.8，水固比为5∶1，研究A料B料的研磨时间对结石体抗压强度的影响，结果如图3所示。
图3A料与B料研磨时间与强度的关系由图3可知，A料研磨时间为10min、B料研磨时间为30min的组合，结石体抗压强度最高，为1.23MPa。研磨时间与强度的关系在很大程度上取决于研磨对材料粒度的影响。如图4，图5所示，随研磨时间的延长，A料最大粒径D95（累积分布95%的粒径）呈降低趋势，但降低速率逐渐减小，研磨时间为10min时，平均粒径D50为7.6μm。同样B料粒径随研磨时间的增加而降低，在测试时间内降低速率近似一致，研磨时间为30min时，平均粒径D50为5.0μm。
图4A料粒径随研磨时间的关系
图5B料粒径随研磨时间的关系以上结果表明，并非原料粒径越小，结石体强度越高，而是存在着一个最佳颗粒级配，在此颗粒级配下结石体可以在保证高含水量又可以获得高抗（下转69页）51张海波等：高水充填材料抗压强度研究2012年第5期
图2巷柱排距为1600mm的巷柱尺寸与配筋而言，条带开采区采用优化方案与原方案相比，采出率由40%增加至50%，采出率提高10%；采出量增加约10kt；生产利润由1163.7万元增加到1727.5万元；29U或36U型钢巷道支护成本52.5万元，锚杆支护成本为21.3万元，巷柱费用为25.3万元；优选方案节约支护成本5.9万元；优选方案比原方案多得经济效益579.8万元。同时，条采区采用巷柱式联合加固进行开采，有效地解放了大量宝贵的煤炭资源，增加了原煤产量，避免了国家资源的浪费，延长了矿井服务年限，经济效益和社会效益明显。3结论（1）对试验区原条带开采设计（采宽80m，留宽120m，采出率为40%）进行了优化，提出了优化方案：采宽100m，留宽100m，采出率为50%。（2）提出了巷柱式联合加固留设煤柱条带开采技术，并对试验区进行了设计，并给出了锚杆和巷柱的有关设计参数。（3）按照优化方案开采采出率由40%增加到50%，试验段150m可多采出煤量10kt，可取得良好的经济效益和社会效益，可为类似条件的开采提供借鉴。
［参考文献］
［1］何国清，杨伦，凌赓娣，等.矿山开采沉陷学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1994.［2］郭文兵，邓喀中，邹友峰.条带开采的非线性理论研究及应用［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2005.［3］吴立新，王金庄，刘延安，等.建（构）筑物下压煤条带开采理论与实践［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1994.［4］吴立新，王金庄，郭增长.煤柱设计与监测基础［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2000.［5］任建华，康建荣，何万龙.锚杆加固条带煤柱的离散元模拟分析［J］.山西矿业学院学报，1997（2）：25－29.［6］段书武.煤柱锚杆加固机理与煤柱强度影响因素分析［J］.煤矿开采，2009，14（3）：62－64，115.［7］赵忠明，王建学，李德海，等.金桥煤矿首采区条带开采设计［J］.煤矿开采，2003（1）：40－41，57.［8］朱泽虎.锚固小条带煤柱承载能力的刚塑性分析［J］.煤矿开采，1997（S）：34－36.［9］朱泽虎.用锚固法解放“三下”压煤的基础性研究［J］.煤矿开采，1997（S）：75－78.［10］杨跃翔.房柱式开采煤柱设计及锚固法煤柱加固技术研究［D］.北京：煤炭科学研究总院，2002.［责任编辑：林健］檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷（上接15页）压强度。这可能是由于A料与B料各自矿物在水中的溶解扩散速率不同造成的。A料中的硫铝酸钙矿物水化较快，而B料中石膏水化溶解相对较慢，所以B料粒径需要更小一些，实现水化溶解速率与A料中水化速率相匹配，生成更多的钙矾石。3结论（1）水固比为3∶1时，随着A料B料配比逐渐增加，材料结石体的强度呈现先增大后减小的趋势，在配比为1∶0.8时达到最大。当水固比为5∶1时，随着A料B料配比逐渐增加，材料结石体的强度呈现增大的趋势。（2）水固比为3∶1时结石体抗压强度为2.28MPa，水固比5∶1时为0.37MPa，水固比7∶1时为0.3MPa，水固比为9∶1时，高水材料结石体仍具有可观的强度，其抗压强度仍可达到0.13MPa。（3）水固比5∶1时，A料研磨时间10min、B料研磨时间30min的组合，结石体抗压强度最高，为1.23MPa。并非原料粒径越小，结石体强度越高，而是存在着一个最佳颗粒级配，在此颗粒级配下结石体可以在保证高含水量下获得高抗压强度。
矿渣巷旁充填胶凝材料的制备与机理分析
第１５卷第２期（总第９３期） ２０１０年４月 煤 矿 开 采 Ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．１５Ｎｏ．２（Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ．９３） Ａｐｒｉｌ ２０１０
矿渣巷旁充填胶凝材料的制备与机理分析
勾密峰，管学茂，张海波
（河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作４５４００３）
［摘要］ 通过正交试验研究了石膏、石灰、硅酸钠对矿渣巷旁充填胶凝材料早期及后期强度
的影响；对胶凝材料硬化体进行了综合热分析和扫描电镜分析，探讨了矿渣巷旁充填胶凝材料的水化
机理。通过试验研究发现矿渣胶凝材料中石膏石灰均存在一个最佳掺量，制备出的胶凝材料早期强度
高，后期强度稳定，适合作为巷旁充填材料的胶凝材料。
［关键词］ 巷旁充填；矿渣；胶凝材料
［中图分类号］ＴＤ３５０．４ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００６—６２２５（２０１０）０２－００５９－０３
Ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ Ｓｔｏｗｉｎｇ ａｔ Ｏｎｅ Ｓｉｄｅ ｏｆ Ｒｏａｄｗａｙ ｗｉｔｈ
Ｓｌａｇ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｃ０Ｕ Ｍｉ．ｆｅｎｇ．ＧＵＡＮ Ｘｕｅ，Ｉｎａｏ．ＺＨＡＮＧ Ｈａｉ—ｂｏ
（Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｇｙｐｓｕｍ，ｌｉｍｅ ａｎｄ ｓｏｄｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｏｎ ｅａｒｌｙ ａｎｄ ｌａｔｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ
ｓｔｏｗｉｎｇ ａｔ ｏｎｅ ｓｉｄｅ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙ ｗｉｔｈ ｓｌａｇ ｂｙ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｍａｄｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏ－
充填采矿技术的问题与改进方法
充填采矿技术的问题与改进方法
摘 要:在实际的矿山采矿过程中，应当充分利用充填采矿技术来提升采矿的安全性，避免地表塌陷等安全事故的发生，从而提高矿产的回采率。但是充填采矿技术在实际的应用中依然存在较多问题，极大的影响了技术的正常实施和发展。因此，分析充填采矿技术中存在的问题并提出相应的改进方法对于提升矿产的回采率有着重要作用。
关键词：充填采矿技术；问题；改进方法
伴随着我国经济的迅速发展，采矿行业的市场空间得到了不断的拓宽，当前，充填采矿技术得到了各采矿企业的广泛应用，极大的提升了我国矿产资源的开发率和利用率。因此，增强对充填采矿技术应用问题深入研究，能有效提升采矿工程的安全性和开发率以及利用率，提高矿产企业的综合经济效益，加快我国矿产行业的发展步伐。
1 正确选择适合的充填采矿技术
一是不破坏生态环境。当对填充采矿技术进行选择时，应当先对采矿点周围的环境进行勘察，从而有效的降低充填经费，避免周围环境遭受到污染，与此同时，在实际的采矿中，还应当通过回收利用的方式提升矿产资源的可持续利用率，减少对环境的污染。
二是确保安全生产。在选择填充采矿技术时，安全生产是采矿工作中至关重要的执行指标，因此应当充分考虑低压措施和采矿方式，减少安全事故的发生，确保采矿工作的顺利进行。
三是结合实际情况选取适宜的充填系统。在矿区开采准备阶段，应当先对采充平衡问题进行充分的考虑，结合充填量的实际情况选择适宜的充填系统，从而避免潜在安全事故的发生。
2 充填采矿技术的问题
2.1 应当加强对充填采矿技术的深入研究
就当前采矿工程来说，绝大多数的采矿企业在选择充填技术时仍然不够科学合理，在开采前对矿山的实际情况和地质环境没用进行仔细的勘察，致使施工时难以选择适宜的采矿技术，从而导致采矿企业的开采效率和质量降低。在实际的采矿工作中，充填采矿技术起着较大的作用，对矿山开采工作的顺利开展产生直接的影响。基于此，在采矿工作的准备阶段，采矿企业的相关部门应当先详细的勘察矿山的实际情况以及地理环境，综合各方面的调查数据并深入分析和研究所集齐的数据资料，选择合适的充填采矿技术，从而提高矿山开采的实际效率和质量，回收可利用的物质材料，实现原材料的二次利用，降低对地质环境的污染。
不同含水率高固水充填材料压缩变形特性研究
不同含水率高固水充填材料压缩变形特性研究
周光明; 马永东; 李晓彤
【期刊名称】《《江苏建筑职业技术学院学报》》
【年(卷),期】2019(019)002
【总页数】6页(P1-6)
【关键词】充填材料; 承载压缩; 稳定性; 变形
【作 者】周光明; 马永东; 李晓彤
【作者单位】杭州建工集团有限责任公司 浙江杭州310013; 中国矿业大学深部岩土与地下工程国家重点实验室 江苏徐州221116
【正文语种】中 文
【中图分类】TD823.7
为响应国家对环境保护的号召,煤炭行业必须考虑煤炭资源与环境协调开采问题,实现煤炭资源绿色开采[1].充填采矿法有提高煤炭回采率、减小地面沉降及控制地压等优点,减小采煤引起的地面沉降,修复并保护矿区生态环境,越来越受到重视[2-4].经过近几十年的发展,高固水材料凭借其流动度高、成本低及长期稳定性好等特点,并且适用于井下低温、潮湿、封闭的采空环境,作为一种良好的胶结充填材料得到广泛推广[5-10].目前,在高固水材料的凝结时间、水化硬化机理、化学稳定性等方面已有大量的研究成果[11-15],而关于高固水材料在受压环境下的变形特性研究甚少.针对高固水材料随时间增长带来的充填体失稳破坏问题,本文从材料的抗压稳定性出发,通过不同含水率高固水材料的单轴试验,找寻其破坏规律,并分析材料在单轴压缩条件下的变形特性.
1 试验设计
1.1 试验材料
高固水材料由甲料、乙料两种材料组成,甲料成分由水泥、粉煤灰、缓凝剂、悬浮剂组成,乙料由石膏、速凝剂、早强剂组成.其中水泥为硫铝酸盐水泥,主要矿物组成是由无水硫铝酸钙和硅酸二钙(C2 S)等矿物.石膏采用的是二水石膏,粉煤灰的主要成分为二氧化硅(SiO2)以及氧化铝(AL2 O3).缓凝剂、速凝剂、悬浮剂和早强剂四种外加剂的加入是为了使材料性状更加符合现场的充填条件.
1.2 试验方法
试样制备在20±2℃的室温下进行,通过控制水固比研究不同含水率高固水材料的强度性能.试验模具由直径50 mm、高100 mm 的硬质PVC管制作而成,材料搅拌完成后入模成型.根据现场的实际需求,本文主要针对61%、65%、69%含水率的高固水材料进行单轴压缩试验.试验仪器采用SANS微机控制电子万能试验机,荷载以0.2 mm/min的速率匀速加载,直至试件破坏.
高水材料结石体抗压强度环境效应试验研究
高水材料结石体抗压强度环境效应试验研究
何涛;刘长武;叶定阳;王宇
【期刊名称】《四川大学学报：工程科学版》
【年(卷),期】2014(0)S1
【摘 要】借助MTS力学试验系统、SEM电子扫描电镜和X射线衍射等分析设备,对在不同环境下高水速凝结石体的主要物理力学指标、结构特征及内部物质组成进行测试,研究高水结石体强度特征的环境效应。结果表明:高水结石体在不同p H值水环境中强度差异并非由其物质成分变化引起的,p H值主要通过影响结石体的微观结构而使其体现出不同的强度特征;空气环境中,结石体抗压强度值、变形常数及泊松比均大幅减小,力学性质差;水环境中,p H值5.5时试样的抗压强度值最大,变形常数和泊松比在不同p H值环境中均减小,泊松比呈现随环境酸度或碱度的增大而迅速减小的趋势;不同环境中结石体应力-应变关系曲线相似,应力增长较快且体现蠕变特性。
【总页数】6页(P86-91)
【关键词】高水结石体;强度特征;环境效应;微观特征
【作 者】何涛;刘长武;叶定阳;王宇
【作者单位】四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室;四川大学水利水电学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ177 【相关文献】
1.高水充填材料抗压强度研究 [J], 张海波;刘春风;冯丹丹;史海月;张刚;郭鹏飞;管学茂
2.凝石胶凝材料作为人工鱼礁材料的可行性研究I——凝石供试体的抗压强度、浸泡海水的pH及其与水泥供试体的比较 [J], 陈勇;田涛;倪文;赵子仪;刘永虎
3.凝石胶凝材料作为人工鱼礁材料的可行性研究Ⅰ——凝石供试体的抗压强度、浸泡海水的pH及其与水泥供试体的比较 [J], 陈勇;田涛;倪文;赵子仪;刘永虎
4.矿用高水速凝材料结石体材料强度特征的试验研究 [J], 祝贤忠;周智;邱正勇;陈立虎;李正安
5.含水率对高水材料结石体变形特性的影响分析 [J], 谢辉;刘长武
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高水充填材料的制备技术研究
高水充填材料的技术研究
我国煤矿开采普遍采用自然垮落法管理顶板、处理采空区，已造成严重的环境问题，地表塌陷、建筑物压煤、地下水资源破坏、煤矸石环境污染等问题尤为突出。为适应可持续发展的要求，2003年，钱鸣高院士依据循环经济的思想，提出了“绿色开采”技术的概念，其基本内涵是防止或尽可能减轻煤炭开采对环境和其它资源的造成的不良影响，其目标是取得最佳的经济效益和社会效益，其中的主要内容就包括充填开采技术。
一、 国内煤矿充填开采研究进展
矿山充填有数百年的历史，但有计划的充填并作为一种技术发展在国外有近60年的历史，国内则是近40年的事，而且主要在金属矿发展的比较快和成熟。金属矿山充填经历了干式充填、水砂充填、胶结充填和全尾砂胶结充填等四个发展阶段，国内煤矿的充填开采是在金属矿山充填开采的基础上发展而来的，分为膏体充填开采和高水充填开采。
1、膏体充填开采
国内投入较大，采用充填技术较早的是太平煤矿。该矿从2003年开始先后投入6000多万元，料浆制备和输送采用德国技术，以泗河河砂、电厂粉煤灰加专用胶结料和水配制成膏状料浆，泵送至井下充填空区。
新矿集团的孙村煤矿则以破碎的陶化煤矸石经过粗碎和细碎后的新鲜煤矸石为主料，添加粉煤灰和早强剂配制成似膏体料浆，通过自流方式进行充填。 河北邢台矿也进行了膏体充填的试验研究，充填主料为粉煤灰。该矿进行的另一项试验研究是半饱和矸石与粉煤灰充填。方法是将矸石与粉煤灰以适当的比例混合后，通过投料系统、井下运输系统运至采煤工作面，再通过充填机充填到采空区，由捣实机进行捣实，达到解放建筑物下压煤并控制覆岩运动及地表沉陷的目的。
从充填技术看，国内煤矿与金属矿有着显著的不同。一是大多选用膏体或似膏体充填，二是充填主料主要是煤矸石和粉煤灰。原因可能在于：一是膏体或似膏体充填在金属矿的应用比较成熟，二是煤矿充填区的挡墙制做和密封困难，膏体或似膏体充填的防渗堵漏压力小，一般的编织袋挡墙即可满足要求；三是煤矿没有金属矿的尾矿，但煤矸石排放量大，粉煤灰的资源不难获得。
超高水材料采空区充填方法研究_冯光明
第35卷第12期煤 炭 学 报Vol.35 No.12
2010年12月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYDec. 2010
文章编号:0253-9993(2010)12-1963-06
超高水材料采空区充填方法研究
冯光明1,孙春东1,2,王成真1,周 振1
(1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221008;2.冀中能源集团有限责任公司邯郸矿业集团,河北邯郸 056000)
摘 要:为解放建筑物下压煤,结合超高水材料的基本性能,研究出超高水材料采空区充填开采技
术。该技术包括开放式、袋式、混合式和分段阻隔式4种充填方式,对各种充填方式的充填过程、优
缺点及适用条件进行了分析。结果表明:在井下潮湿、低温、封闭的环境中,超高水材料是一种理想
的采空区充填材料;该材料及相应的充填开采方法是未来采空区充填开采技术的发展方向之一。
关键词:超高水材料;充填开采方法;开放式;袋式;混合式;分段阻隔式
中图分类号:TD823.7 文献标志码:A
收稿日期:2010-07-20 责任编辑:柴海涛 作者简介:冯光明(1964—),男,山西垣曲人,副教授。E-mail:fgm20004@Researchongoaffillingmethodswithsuperhigh-watermaterial
FENGGuang-ming1,SUNChun-dong1,2,WANGCheng-zhen1,ZHOUZhen1
(1.SchoolofMines,ChinaUniversityofMining＆Technology,Xuzhou 221008,China;2.HandanMiningGroup,JizhongEnergyGroupCo.,Ltd.,Handan
056000,China)
Abstract:Basedonthebasicpropertiesofsuperhigh-watermaterial,thetechnologyofgoaffillingminingwithsuper
无机发泡充填材料试验研究
第38卷第2期 娃酸 盐通报
Vol.38
No.2
2019 年 2 月_______________
BULLETIN
OF
THE
CHINESE
CERAMIC
SOCIETY___________________
February,2019
无机发泡充填材料试验研究
张高杰，张海波，汤博，白丹，靳小苑
(河南理工大学材料科学与工程学院，焦作
454000)
摘要:研制了一种无机发泡充填材料，研究了不同的固相比与水固比对该充填材料性能的影响。结果表明:在同一
固相比下，随着水固比的增加，充填材料流动性越好，凝结时间越长，抗压强度逐渐降低，水固比由
0.40升至
0.65,
其干密度呈下降趋势;在同一水固比下，随着固相比的增加，充填材料流动性越好，凝结时间越长，抗压强度逐渐降
低;该充填材料发泡起始时间在
10 min左右，整个发泡过程持续约
5 min，充填材料抗压强度随期龄的增加而小幅
度增强;随着充填材料水固比与固相比的提高，减少了铝胶与钙矾石的生成，降低了充填材料的强度。该成果对充
填材料的研究具有一定的参考价值和指导意义。
关键词:无机发泡充填材料；固相比；水固比；微观结构
中图分类号
:TD75 +3 文献标识码
:A 文章编号
:1001-1625(2019)02-0563-05
Experimental Study on Inorganic Foam Filling Material
ZHANG Gao-jie, ZHANG Hai-bo, TANG Bo, BAI Dan, JIN Xiao-yuan
(School of Materials Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China)
Abstract
：
The influence of inorganic foam filling material on solid phase ratio and water-solid ratio by a
充填采矿技术应用发展及存在问题研究
充填采矿技术应用发展及存在问题研究
摘要:矿产资源属于自然资源,具有巨大的利用价值,随着能源危机不断加剧,人们对于矿产资源的关注度也越来越高,因此,对采矿技术的应用发展及存在问题进行研究非常有必要。基于此,本文以《充填采矿技术应用发展及存在问题研究》为题,进行了以下几方面的分析与探讨。
关键词:矿产资源 充填采矿技术 应用与发展 问题
根据矿产资源的实际分布情况,采取相应的开采技术不仅能够保证采矿安全和采矿效率,还有助于提高采矿企业的经济效益。但是,随着采矿技术的应用,由于受到多种因素影响,难免存在一定的不足,所以,作为新时期背景下的采矿企业必须重视采矿技术的应用,针对应用中存在的不足,采取有效的解决方法,这样不仅有助于促进采矿技术的发展,还有助于促进企业的升级与转型。
1 充填采矿技术概述
1.1 充填采矿技术的优势
1.1.1 相较于其他采矿技术
充填采矿技术更加适用于深井矿产的开采作业,通过对深井中的采空区输送填充材料,使其成为填充体,以此加强围岩支撑强度,优秀的避免了围岩出现位移或损坏的情况,进一步提高了采矿质量与效率,确保了采矿安全。
1.1.2 在同一水平线上
充填开采技术所获取的采矿效率要高于其他采矿技术,不仅能够降低采矿区域的贫化率,还能进一步提高采矿企业的经济效益。另外,若是需开采的矿床具有自然倾向,那么采用充填采矿技术,不仅降低或避免火灾的发生机率,还能为采矿人员的人身安全提供可靠的保障。
1.1.3 充填采矿技术是一种机械化要求较高的采矿技术
要求在整个采矿过程中都应是机械化操作,所以,充填采矿技术所需的机械化设备与产品也较多。例如凿岩台车、矿石铲运机、锚杆机等等。机械化的采矿技术在采矿效率上要远高于人工作业的采矿效率,最终获取的经济效益也更加惊人。
1.2 充填采矿技术的发展历史
我国充填采矿技术的发展历史主要能分为三个阶段:第一阶段,20世纪五、六十年代。该阶段的充填采矿技术主要包括水力充填技术和废石干式充填技术两种,其中废石干式充填技术占据着主导地位,但是该技术存在人工劳动量需求大、工作效率低下的情况,随着时代的进步和矿产业的发展,废石干式充填技术不再适应采矿企业的生产要求。第二阶段,20世纪七、八十年代。该阶段的填充采矿技术主要以尾砂凝结充填技术为主,其工作原理是采用水泥作为胶结剂,而后将尾砂和天然砂等填充材料进行胶结,以此完成作业。尾砂凝结充填技术具有人工劳动量需求小、工作效率高的优点,直至现今仍然有少数采矿企业在沿用该技术进行采矿作业。第三阶段,上世纪末至今。在该阶段中,充填采矿技术的发展趋势以可持续发展理念为基础,实现节能、环保、低耗为主的一种对采矿技术进行改革的有效手段。该阶段的充填采矿技术是一种混合充填采矿技术的模式。
高水充填材料
高水充填材料
高水充填材料，又称高水泥胶凝材料或高水灰凝材料，指的是与混凝土中的水水化反应并形成胶凝物质的材料。与传统的水泥不同，高水充填材料的水灰比一般大于1，因此在混凝土中能产生较高的水化反应，形成更多的胶凝物质，提高混凝土的强度和密实性。在建筑施工、地下工程、水电工程以及船舶修造等方面有着广泛应用。
高水充填材料的主要成分包括活性矿物材料、碳化材料和水泥等组成，其中活性矿物材料一般为矿渣粉、硅灰、石灰石粉等，碳化材料一般为硅溶胶、有机酸碳化石等。高水充填材料的制备一般分为两个步骤，首先将活性矿物材料与水泥进行脱碳反应，然后将碳化材料与脱碳产物进行反应，最终形成高水充填材料。
高水充填材料具有很多优点。首先，它可以减少混凝土中的孔隙率，提高混凝土的密实性，从而提高混凝土的强度和耐久性。其次，由于高水充填材料含有较多的活性矿物材料，使得混凝土的早期强度和晚期强度均有所提高。此外，高水充填材料还具有良好的流动性和自流体性，可以提高混凝土的施工性能，方便施工过程中的充填和振实。
在实际应用中，高水充填材料可以用于地下工程中的充填和加固，可以填补地下工程中的空洞和裂缝，提高地下工程的稳定性和承载力。此外，高水充填材料还可以用于水电工程中的淤泥固化，可以将水生沉积物作为高水充填材料的原料，通过反应生成胶凝物质，从而提高淤泥的固化效果。另外，高水充填材料还可以用于船舶修造中的舱壁充填，可以填补船舶内部的空间，提高船舶的结构稳定性和航行安全性。
总之，高水充填材料作为一种新型的胶凝材料，在建筑施工、地下工程、水电工程以及船舶修造等领域具有广泛的应用前景。通过调整配比和制备工艺，可以根据不同的工程要求和材料特性，生产出不同性能的高水充填材料，满足工程实际需求。同时，还需要进一步研究和探索高水充填材料的性能和应用，提高其实用性和经济性，推动其在实际工程中的应用。
矿用充填材料发泡水泥的抗压强度及稳定性优化研究
矿用充填材料发泡水泥的抗压强度及稳定性优化研究
由于整合或重组煤矿地质条件不清,乱采滥挖留下了许多后遗症,采掘工作面频繁穿越旧巷、老巷或空巷成了主要的难题,成为矿井安全管理的必修课,如果旧巷、老巷管理工作不够充分,会出现窒息、透水、顶板冒落、瓦斯涌出等事故,如何处理老巷、空巷成为了攻关的棘手难题。注浆填充是治理采空区和老巷空巷的重要方法,而注浆材料作为注浆技术的关键环节之一,其性能好坏直接影响充填工程的质量。
本文对低密度泡沫水泥的研究,旨在为充填注浆领域提供一种新型轻质充填材料。文中制备的低密度泡沫水泥是以硫铝酸盐水泥为基料,掺有偏高岭土和其它外加剂,最终获得抗压强度高,稳定性强、干密度小的超低密度泡沫水泥材料。
通过调整水泥中矿物掺料比例和实验水灰比,验证偏高岭土和水灰比对泡沫水泥抗压强度的作用规律;调整发泡液中稳泡剂浓度,提高泡沫稳定性;控制外加剂类型和用量,保证泡沫水泥内部气孔均匀分布等。最终结合各组试验结论,整合出各掺料和外加剂的最佳配比。
再对最终配方制成的泡沫水泥的流动性、干密度、初凝时间和膨胀倍数等指标进行测量,保证其满足注浆工艺要求,并进一步精确该配方下的用料成本。