煤矿采空区膏体充填材料物理力学试验研究

发布时间：2020-11-04 05:49

　　 膏体充填是目前解决煤矿“三下”压煤和控制地表沉陷最为有效的方法,也是防止煤矿开采引发各类环境破坏的重要技术措施,膏体充填技术还可以从源头上治理风积砂、粉煤灰无序堆积造成的环境污染,实现固体废物的合理利用,改变先污染后治理的现状,促进勘探—采煤—矿山环境治理全过程控制技术的发展。充填材料的性能是膏体充填技术的核心,充填材料性能的好坏直接决定充填的效果,而粉煤灰掺量、水泥掺量、风积砂掺量、膏体质量浓度又是决定充填材料性能的最重要因素。因此,本论文通过充填原材料矿物及化学成分分析、工作特性试验、力学特性试验等,对影响充填膏体材料性能的因素进行了研究。根据膏体充填的工艺流程及对上覆岩层的控制理论,充填开采中对膏体性能的要求主要有两个方面:一是膏体必须具有良好的流动性、可塑性和稳定性,以确保其能够按要求输送到采空区;二是充填膏体必须具有适当的早期和后期强度,以确保在开采过程中和开采后充填体能对上覆岩层起到稳定的支撑作用,以确保充填体接顶并对上覆岩层起到长期有效的支撑作用。因此,本试验主要以坍落度、扩展度和泌水率,不同龄期(7d,14d和28d)的立方体抗压强度,来选择最佳配合比。原材料的矿物成分对膏体的性能有重要的影响。本论文首先对沙沟岔煤矿周围的风积砂和西安灞桥发电厂粉煤灰的矿物成分进行X-射线衍射和电镜扫描分析,沙沟岔煤矿周围风积砂矿物成分中90%左右为石英、长石、云母等轻矿物,重矿物含量很少,颗粒大小与矿物成分有关,大于0.25mm几乎全是石英,0.05～0.25mm者以石英、长石、云母为主,性质比较稳定,适合作为膏体材料的骨料。西安灞桥发电厂粉煤灰中含有较低含量的氧化钙,属于低钙粉煤灰,具有一定的火山灰活性,可用于膏体充填配料,但早期火山灰反应不明显,后期较为显著。坍落度、扩展度和泌水率是衡量膏体工作性能的主要指标。本文进行了不同粉煤灰掺量、水泥掺量、风积砂掺量和质量浓度下的膏体坍落度、扩展度和泌水率变化试验,分析研究了粉煤灰掺量、水泥掺量、风积砂掺量和质量浓度对充填膏体的工作特性影响的变化规律,并结合试验结果理论分析了粉煤灰、水泥、风积砂掺量和质量浓度对充填膏体工作特性影响的作用机理。结果表明随着粉煤灰掺量、水泥掺量和质量浓度的增加,反映膏体工作特性的坍落度、扩展度和泌水率都呈现降低的变化规律,而随着风积砂掺量的增大,坍落度和扩展度先增大后减小,泌水率减小。立方体抗压强度是评价膏体力学性能的指标,本文进行了不同粉煤灰掺量、水泥掺量、风积砂掺量和质量浓度下的膏体不同龄期(7d,14d和28d)的立方体抗压强度试验,分析研究了粉煤灰掺量、水泥掺量、风积砂掺量和膏体质量浓度对充填膏体的力学特性影响的变化规律,以及充填膏体立方体抗压强度随龄期变化的发展规律,并进行了作用机理的分析。结果表明,对充填膏体早期强度的影响因素中,粉煤灰掺量影响不明显,质量浓度影响显著,水泥掺量次之,最后是风积砂掺量;对充填膏体7天强度的影响因素中,质量浓度影响较为显著,其他因素的影响作用相差不大;对充填膏体后期强度的影响因素中,粉煤灰掺量的影响最显著,而后是水泥掺量,然后是风积砂掺量,影响作用最不显著的是质量浓度;综合起来,粉煤灰主要影响充填膏体后期强度,质量浓度主要影响早期强度,风积砂掺量对强度有长期的影响作用,利用电镜扫描得到了不同龄期条件下的膏体材料的微观图像,探讨了不同龄期的膏体材料的微观变化特征,定性的分析了膏体材料在不同龄期条件下的微观变化规律,定量的分析了不同配比的膏体材料在不同龄期条件下的微观变化规律。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD823.7
【部分图文】：

学特性试验研究验，研究充填原材料性质，测定 24 组不同配比条件下膏体绘制不同配比下膏体强度特性曲线，然后进行试验结果对用的技术路线如图 1.1 所示。

2 膏体充填原材料的特性分析，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却速度有关。一般来说，冷却速度较快体含量较多；反之，玻璃体容易析晶。可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物矿物的混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿璃体含量占 50%以上。采用 XRD 对粉煤灰的矿物成分进行分析，得到 XRD 衍图 2.1 所示。

灞桥发电厂粉煤灰的SEM结果
【参考文献】

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本文编号：2869711