粉煤灰无机固化充填材料性能研究

摘要

我国煤矿矿井普遍存在煤自燃发火问题，煤层自然发火的主要原因之一，是由于采空区或巷道等区域漏风造成的。为了防止煤层自燃或者有害气体扩散而影响安全生产，常常需要对煤矿井下工作面建立密闭墙，在巷道密闭、废旧巷道、松散煤体、漏风裂隙等区域进行密闭充填，以达到封堵漏风，将易自燃区或有害气体源进行隔离，进一步确保矿井安全生产。为了解决传统井下密闭墙构筑工程量大、劳动强度高，后期出现裂隙形成漏风通道，引起采空区浮煤自燃等问题，提出了井下密闭墙粉煤灰材料快速构筑方法。本文论证了粉煤灰作为骨料充填构筑密闭墙的可行性，实验测试了密闭墙充填材料的配比及固化特性，得出了不同配比情况下充填材料的胶凝时间、流动性、抗压强度等，最终确定适于井下密闭墙构筑的粉煤灰充填材料的最佳配比。
　　粉煤灰主要是电厂以煤为主要原料的生产产物，可以作为新型的井下密闭充填材料，并具有重要的绿色环保和经济效益。本文根据巷道密闭墙快速充填以及漏风通道封堵的重要性，结合目前国内外用于矿井工作面巷道密闭充填堵漏材料的特点，开发出以粉煤灰为骨料的新型无机固化充填材料，研究了粉煤灰无机固化充填材料各组成部分及其比例，以及对材料性能的影响。结果表明：当骨料中粉煤灰与水比例为1:4，胶凝剂水玻璃添加量为4％，固化剂石灰添加量为15%，料浆的温度控制在15~25℃时，材料的凝结速度较快；流动性和粘度较好，抗压强度达到3~5MPa；是一种集无毒、封堵、抗压于一体的新型有效充填密闭、封堵漏风通道的矿用构筑材料。此外，实验研制出的粉煤灰无机固化充填材料的合理配比，将井下主要工作量转移至地面完成，可以通过地面灌浆系统将灌浆充填材料按比例混合后利用灌浆管网将混合浆液输送至井下密闭内，一次性直接充填密闭加固封堵完成。该粉煤灰充填材料能够满足矿用井下密闭墙的施工，具有配比简单、材料来源范围广、可操作性强、密闭充填时间短、劳动强度低、施工密闭质量高等特点。

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目录

1 绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究目的和意义

1.2研究现状

1.2.1粉煤灰固化国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.3研究目标及内容

1.4研究方案和技术路线

1.4.1研究方案

1.4.2技术路线

2粉煤灰固化基础研究

2.1粉煤灰概述

2.2 粉煤灰种类

2.2.1按排放方式分类

2.2.2按化学成分分类

2.3 粉煤灰的物化特性

2.3.1粉煤灰的物理性能

2.3.2粉煤灰的化学性质

2.3.3粉煤灰的矿物组成

2.4粉煤灰固化剂固化特性研究

2.4.1粉煤灰固化机理

2.4.2粉煤灰固化剂的种类

2.5小结

3实验原材料、仪器设备和实验方法

3.1实验原材料

3.1.1粉煤灰

3.1.2粉煤灰固化剂

3.2仪器仪器设备

3.3粉煤灰固化材料试块的制备方法

3.4粉煤灰固化浆液性能测试

3.4.1流动性测试

3.4.2初凝、终凝时间测试

3.4.3浆液的流变性测试

3.4.4抗压强度测试

3.5小结

4粉煤灰浆液固化特性实验分析

4.1.粉煤灰基本配比取值分析

4.1.1灰水比对实验测试的影响

4.1.2温度对实验测试的影响

4.2.粉煤灰浆液凝结性能分析

4.2.1初凝、终凝时间实验分析

4.2.2流动性实验分析

4.2.3粘度实验分析

4.3粉煤灰浆液试块抗压强度分析

4.3.1抗压强度

4.3.2湿抗压强度

4.3.3酸碱性对抗压强度的影响

4.4小结

5主要结论及展望

5.1 主要结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录