利用黄河泥沙制备煤矿充填材料试验研究

发布时间：2017-06-26 02:21

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【摘要】：本文提出的利用黄河泥沙制备煤矿充填材料,主要是为了解决黄河库区泥沙淤积和现有煤矿充填材料原材料来源不足问题,而研发的一种新型煤矿充填材料。黄河泥沙煤矿充填材料由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、黄河泥沙、水和外加剂组成,为满足泵送要求需要料浆具有良好的流动性及和易性,为满足煤矿充填开采作业的连续性需要充填材料的凝结时间和抗压强度符合设计要求,因此黄河泥沙煤矿充填材料需要满足以下指标:坍落度为260~280 mm,不泌水,初凝时间为2~4 h,终凝时间为6~8 h,抗压强度不低于6 MPa。室内试验的主要内容分为两部分,第一部分是在未添加外加剂情况下,通过原材料最佳掺量的优选试验和正交试验两种试验方法设计试验配合比并成型试块,测试拌合物的坍落度、泌水率、凝结时间和基本力学性能,分析原材料掺量对黄河泥沙煤矿充填材料拌合物的和易性和基本力学性能的影响规律,确定黄河泥沙煤矿充填材料的最佳配合比,作为基础试验组;第二部分是在添加外加剂情况下,通过单因素试验设计方法确定减水剂、促凝剂和激发剂三种外加剂的最佳掺量,再将三种外加剂掺量作为变量,利用正交试验设计因素水平正交表L9(33),按照表中配合比成型多组试块,测试坍落度、泌水率、凝结时间和基本力学性能,分析三种外加剂对黄河泥沙煤矿充填材料拌合物的和易性和基本力学性能的影响规律,结合实际情况确定试验最优配合比为水泥掺量400kg/m3、粉煤灰掺量400 kg/m3、黄河泥沙掺量800 kg/m3、水掺量400 kg/m3、减水剂掺量4 kg/m3、促凝剂掺量8 kg/m3、激发剂掺量8 kg/m3。要实现将黄河泥沙煤矿充填材料应用于煤矿采空区的充填,除了需要实验室研究得到配合比外,还需要进行室外模拟试验。以实验室配合比为基础,在室外进行了0.8×0.8×0.8m3立方体大试块成型试验和充填池现场充填试验。试验表明,实验室提供的配合比可以满足工程施工要求,利用黄河泥沙制备煤矿充填材料在技术上是可行的。
【关键词】：煤矿采空区 充填材料 黄河泥沙 凝结时间 正交试验
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU578
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.1.1 黄河泥沙煤矿充填材料概念9-10
• 1.1.2 黄河泥沙煤矿充填材料的优势10
• 1.2 煤矿充填材料研究现状10-12
• 1.3 研究目的及意义12-13
• 1.4 研究内容和技术路线13-15
• 1.4.1 研究内容13-14
• 1.4.2 技术路线14-15
• 2 原材料15-19
• 2.1 原材料15-17
• 2.1.1 水泥15
• 2.1.2 粉煤灰15-16
• 2.1.3 黄河泥沙16
• 2.1.4 外加剂16-17
• 2.2 充填料浆的制备及试件制作17-19
• 3 黄河泥沙煤矿充填材料基准配合比设计19-31
• 3.1 优选试验原材料最佳掺量19-21
• 3.1.1 普通硅酸盐水泥最佳掺量研究19-20
• 3.1.2 粉煤灰最佳掺量研究20-21
• 3.2 黄河泥沙煤矿充填材料配合比设计21-23
• 3.3 正交试验结果23
• 3.4 正交试验结果分析23-29
• 3.4.1 各因素对黄河泥沙煤矿充填材料坍落度的影响23-24
• 3.4.2 各因素对黄河泥沙煤矿充填材料泌水率的影响24-25
• 3.4.3 各因素对黄河泥沙煤矿充填材料凝结时间的影响25-26
• 3.4.4 各因素对试件抗压强度的影响26-28
• 3.4.5 正交试验结果小结28-29
• 3.5 本章小结29-31
• 4 外加剂对充填材料性能的影响31-47
• 4.1 单因素试验设计31-38
• 4.1.1 减水剂为影响因素的单因素试验设计31-34
• 4.1.2 促凝剂为影响因素的单因素试验设计34-36
• 4.1.3 激发剂为影响因素的单因素试验设计36-38
• 4.2 正交试验设计38-39
• 4.3 正交试验结果39-40
• 4.4 正交试验结果分析40-46
• 4.4.1 各因素对黄河泥沙煤矿充填材料坍落度的影响40-41
• 4.4.2 各因素对黄河泥沙煤矿充填材料泌水率的影响41
• 4.4.3 各因素对黄河泥沙煤矿充填材料凝结时间的影响41-43
• 4.4.4 各因素对充填料浆试块抗压强度的影响43-45
• 4.4.5 正交试验结果小结45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 大试块成型及充填池充填试验47-55
• 5.1 大试块成型试验47-48
• 5.1.1 试块成型方法47
• 5.1.2 充填材料工作性能及强度检测47-48
• 5.2 室外充填池充填试验48-52
• 5.2.1 原材料的准备48-49
• 5.2.2 充填材料搅拌系统49-50
• 5.2.3 充填料浆泵送系统50
• 5.2.4 充填池50-51
• 5.2.5 充填池试验过程51-52
• 5.2.6 现场取样试验结果及分析52
• 5.3 现场试验中存在的问题及分析52
• 5.4 本章小结52-55
• 6 结论与展望55-57
• 6.1 结论55-56
• 6.2 展望56-57
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目57-59
• 致谢59-61
• 参考文献61-63

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