基于深陷控制的充填材料配制研究.pdf

1、采空區(qū)充填是目前解決煤礦開采沉陷及地表破壞最為有效的方法，也是防治煤礦開采誘發(fā)地質災害的重要技術措施，該技術還可從源頭治理煤矸石、粉煤灰無序堆積造成的環(huán)境污染，實現(xiàn)固體廢物資源化，改變先污染后治理的現(xiàn)狀，促進勘探-采煤-礦山環(huán)境治理全過程控制技術的發(fā)展。
　　 充填材料是充填采空區(qū)技術的核心，其中膠結充填材料的性能決定充填效果，影響充填成本的高低，對最終的地表減沉效果起著關鍵作用。為此，本論文通過礦物成分測試、漿體流動性試驗、試

2、件強度試驗和理論分析等，對矸石-粉煤灰充填料的配料性能及配比進行了研究，取得了一定的創(chuàng)新成果。
　　 根據充填采空區(qū)的工藝流程及采空區(qū)巖層變形理論，對充填材料的基本性能要求進行了分析。充填體的早期強度需達到0.15MPa才能滿足其穩(wěn)定自立的能力；充填體的后期強度應與充填體在采空區(qū)所受的載荷相匹配。為達到泵送需求，充填材料的坍落度應達到20cm以上；泌水率應控制在1.5％～4.5％，以保證充填材料有一定的泌水能力，又不過度泌水；粗

3、骨料煤矸石顆粒應達到一定的級配要求。
　　 對塔山礦區(qū)煤矸石的化學成分、顆粒特征及礦物組成進行了詳細分析，其煤矸石顆粒屬粘土質矸石，性質較為穩(wěn)定，適宜用于充填配料的粗骨料；其原狀煤矸石顆粒中，大顆粒比重過大，配比時需加以破碎。塔山電廠粉煤灰的化學成分及礦物組成分析表明，該電廠粉煤灰具有一定的火山灰活性，可用于充填配料，但鈣含量較低、活性欠佳，充填配料時要加鈣并適當?shù)募ぐl(fā)其活性。
　　 論文還分析研究了充填配料中涉及到的粉

4、煤灰、水泥、輔助材料及外加劑的性能和作用機理。采用石灰吸收法，對塔山電廠粉煤灰進行了化學激發(fā)實驗，結果表明，堿性激發(fā)劑、硫酸鹽激發(fā)劑和氯鹽激發(fā)劑均對粉煤灰有激發(fā)效果，配比時優(yōu)先考慮應用Ca(OH)2、CaSO4和CaCl2。實驗分析了充填配料的流動能力，結果表明漿體坍落度隨粉煤灰摻量的增加呈上升趨勢，但摻入量也不能太多，否則會影響材料坍落度，泌水率對粉煤灰摻入量也有一定限制；坍落度隨漿體質量濃度的增大而減小，泌水率隨漿體質量濃度的增大而

5、降低。
　　 為驗證粉煤灰的激發(fā)效果，得到充填材料的最優(yōu)配比，論文設計了粉煤灰、水泥和煤矸石配比試驗和粉煤灰、石灰和石膏和煤矸石配比試驗。粉煤灰、水泥和煤矸石配比試驗表明，水泥是影響充填材料強度的最關鍵因素；漿體的濃度也對材料的強度有較大影響，特別對材料的后期強度影響明顯；粉煤灰的增加對于充填材料的不同齡期強度影響有限。粉煤灰、石灰、石膏和煤矸石配比試驗表明，各材料配比合理，不使用水泥也可滿足充填材料的需求；石灰用量對試件強度的