半水磷石膏基矿用复合充填材料及其管输特性研究

发布时间：2020-06-20 11:20

【摘要】：本文针对磷石膏堆存所产生的环境污染问题,以及传统充填材料和二水磷石膏充填技术存在充填成本高、水泥耗量大、固结体强度低等问题,依托国家自然科学基金项目“深井多场耦合作用下充填体强度演化规律及调控机制”(51674012)和横向课题“CH半水磷石膏充填胶凝材料及应用”,通过现场调研、室内试验、机理分析和工业化应用,开展半水磷石膏胶凝活性激发及矿井充填材料配比优化与应用技术研究,旨在为磷石膏的综合利用与矿井安全探索新的途径。本文完成的主要工作如下:(1)以半水磷石膏制备矿用充填复合材料为出发点,系统分析了半水磷石膏的物化性质,探明了半水磷石膏的胶凝性性能及其关键影响因素,提出其胶凝活性的控制方法。(2)以单因素试验、正交试验方法和数据可视化方法进行配比优化,首次以半水磷石膏成功研制了系列快凝早强、性能可调的矿用充填复合材料,实现了3天达到3MPa的强度目标,将充填材料成本降低90%以上。(3)从半水石膏的水化反应理论出发,以溶解析晶理论为指导,分析了半水磷石膏的水化反应过程;从微观角度分析了半水磷石膏基矿用充填复合材料的水化产物和原材料与惰性材料之间的相互作用;从化学反应动力学、力学分析等研究了不同原材料对充填材料的影响机理;为半水磷石膏基矿用充填复合材料的应用与推广提供了必要的理论基础。(4)确定了半水磷石膏基矿用充填复合材料管道输送的层流临界条件。获得了层流条件下充填料浆管道输送的解析解,探明了管道自流输送中自流流速与管径、充填倍线、表观粘度等流变参数的函数关系。开展了半水磷石膏基充填料浆流变试验和管道试验,基于方程3D可视化和平行坐标法,系统分析了充填料浆的可输送性能。(5)根据半水磷石膏基矿用充填复合材料特点及采空区充填要求,研制出半水磷石膏基矿用充填复合材料专用充填工艺系统。以半工业充填试验验证了半水磷石膏基矿用充填复合材料强度性能和输送性能,证明了半水磷石膏基矿用充填复合材料已经初步具备工业化应用条件。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD87;TB33
【图文】：

图１－１论文技术路线逡逑

和颗粒粒径的改变，在激光粒度仪中进行粒度分析时不能用水作为分散介质，逡逑因此本文利用ｗｉｍｉｅｒ２０００型激光粒度分析仪，采用无水乙醇作为试验介质对逡逑半水磷石膏的粒径分布与颗粒级配进行了分析，结果见图２－１和表２－４，可以逡逑看出半水磷石膏主要为粒径小于ｌＯＯ＾ｒｎｉ的颗粒，其中７０－１０（＾ｍ的占多数，逡逑可用于井下充填，有利于料浆制备和采场充填脱水。从半水磷石膏的物理性逡逑质来看，半水磷石膏比重、容重、细度与常见的矿山充填材料没有太大的区逡逑另ＩＩ，具备制备充填材料的可行性。逡逑表２－３半水磷石裔物理性质逡逑比重；￣松散容重／ｇｃｎ＾￣孔隙率／％逦渗透系数逦结晶水含量／％￣￣自由水含量／％逡逑２．６９逦１．２７逦５２．９５逦５．７１邋ｘｌ0－２ｃｍ／ｓ逦５．８４逦２３．５１逡逑表２－４激光粒度分析结果逡逑ＩＴ－！逦粒级组成化ｍ逦不均勾逡逑—逦逦Ｄｅｏ逦Ｄ９０逦Ｄａｖ逦系数邋Ｃｕ逡逑１０．３２逦２０．２０逦６５．２９逦９９．９５逦５９．１５逦３．２３逡逑１８邋，逦—逦逡逑１５－逦ｎ逡逑一邋卞５？水淲石

本文编号：2722341