【摘要】：本文針對磷石膏堆存所產生的環(huán)境污染問題,以及傳統(tǒng)充填材料和二水磷石膏充填技術存在充填成本高、水泥耗量大、固結體強度低等問題,依托國家自然科學基金項目“深井多場耦合作用下充填體強度演化規(guī)律及調控機制”(51674012)和橫向課題“CH半水磷石膏充填膠凝材料及應用”,通過現(xiàn)場調研、室內試驗、機理分析和工業(yè)化應用,開展半水磷石膏膠凝活性激發(fā)及礦井充填材料配比優(yōu)化與應用技術研究,旨在為磷石膏的綜合利用與礦井安全探索新的途徑。本文完成的主要工作如下:(1)以半水磷石膏制備礦用充填復合材料為出發(fā)點,系統(tǒng)分析了半水磷石膏的物化性質,探明了半水磷石膏的膠凝性性能及其關鍵影響因素,提出其膠凝活性的控制方法。(2)以單因素試驗、正交試驗方法和數(shù)據(jù)可視化方法進行配比優(yōu)化,首次以半水磷石膏成功研制了系列快凝早強、性能可調的礦用充填復合材料,實現(xiàn)了3天達到3MPa的強度目標,將充填材料成本降低90%以上。(3)從半水石膏的水化反應理論出發(fā),以溶解析晶理論為指導,分析了半水磷石膏的水化反應過程;從微觀角度分析了半水磷石膏基礦用充填復合材料的水化產物和原材料與惰性材料之間的相互作用;從化學反應動力學、力學分析等研究了不同原材料對充填材料的影響機理;為半水磷石膏基礦用充填復合材料的應用與推廣提供了必要的理論基礎。(4)確定了半水磷石膏基礦用充填復合材料管道輸送的層流臨界條件。獲得了層流條件下充填料漿管道輸送的解析解,探明了管道自流輸送中自流流速與管徑、充填倍線、表觀粘度等流變參數(shù)的函數(shù)關系。開展了半水磷石膏基充填料漿流變試驗和管道試驗,基于方程3D可視化和平行坐標法,系統(tǒng)分析了充填料漿的可輸送性能。(5)根據(jù)半水磷石膏基礦用充填復合材料特點及采空區(qū)充填要求,研制出半水磷石膏基礦用充填復合材料專用充填工藝系統(tǒng)。以半工業(yè)充填試驗驗證了半水磷石膏基礦用充填復合材料強度性能和輸送性能,證明了半水磷石膏基礦用充填復合材料已經初步具備工業(yè)化應用條件。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD87;TB33
【圖文】：

圖１－１論文技術路線逡逑

和顆粒粒徑的改變，在激光粒度儀中進行粒度分析時不能用水作為分散介質，逡逑因此本文利用ｗｉｍｉｅｒ２０００型激光粒度分析儀，采用無水乙醇作為試驗介質對逡逑半水磷石膏的粒徑分布與顆粒級配進行了分析，結果見圖２－１和表２－４，可以逡逑看出半水磷石膏主要為粒徑小于ｌＯＯ＾ｒｎｉ的顆粒，其中７０－１０（＾ｍ的占多數(shù)，逡逑可用于井下充填，有利于料漿制備和采場充填脫水。從半水磷石膏的物理性逡逑質來看，半水磷石膏比重、容重、細度與常見的礦山充填材料沒有太大的區(qū)逡逑另ＩＩ，具備制備充填材料的可行性。逡逑表２－３半水磷石裔物理性質逡逑比重；￣松散容重／ｇｃｎ＾￣孔隙率／％邐滲透系數(shù)邐結晶水含量／％￣￣自由水含量／％逡逑２．６９邐１．２７邐５２．９５邐５．７１邋ｘｌ0－２ｃｍ／ｓ邐５．８４邐２３．５１逡逑表２－４激光粒度分析結果逡逑ＩＴ－！邐粒級組成化ｍ邐不均勾逡逑—邐邐Ｄｅｏ邐Ｄ９０邐Ｄａｖ邐系數(shù)邋Ｃｕ逡逑１０．３２邐２０．２０邐６５．２９邐９９．９５邐５９．１５邐３．２３逡逑１８邋，邐—邐逡逑１５－邐ｎ逡逑一邋卞５？水淲石

本文編號：2722341