發(fā)布時(shí)間：2018-11-11 13:18

【摘要】：我國煤礦主要采用井工長壁頂板垮落式開采方法，由此造成了巖層垮落、土地塌陷、地下水資源和生態(tài)破壞，以及大量煤柱留置地下的嚴(yán)重問題，尤其是“三下”（構(gòu)筑物下、鐵路下和水體下）壓煤量日益增多。充填開采是解決上述問題的有效方法，以電廠排放的粉煤灰、煤礦排出的煤矸石和水泥為主要材料制成的粉煤灰膏體作為充填材料，造價(jià)低廉、來源豐富，同時(shí)解決了大量排放煤矸石和粉煤灰占用土地、污染環(huán)境的問題，但粉煤灰膏體充填在井下充填實(shí)施過程中存在發(fā)熱現(xiàn)象，，已實(shí)施的充填體在凝結(jié)的過程中會(huì)形成孔隙對采空區(qū)的瓦斯氣體進(jìn)行吸附，充填體可能存在重金屬和放射性危害等安全問題，目前在國內(nèi)尚且缺乏系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。 文章通過對粉煤灰、煤矸石等材料的特性測定和材料配比試驗(yàn)選定了粉煤灰膏體充填材料的優(yōu)勢配比；進(jìn)而對粉煤灰膏體充填材料的水化放熱特性、瓦斯吸附特性和環(huán)境污染性及人體傷害性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。得出以下結(jié)論： 1）運(yùn)用相關(guān)儀器設(shè)備對粉煤灰和煤矸石的粒度、礦物組成、化學(xué)組成和微觀形貌等原材料特性進(jìn)行了測試分析，測得所用粉煤灰為活性較低的低鈣等外灰，煤矸石為粘土類矸石，但兩者可結(jié)合用作配制粉煤灰充填材料；通過正交材料配比試驗(yàn)選定水泥：粉煤灰：煤矸石為1:3:5，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78%或80%，并加入適量激發(fā)劑和添加劑的配比為粉煤灰膏體充填材料的優(yōu)勢配比。 2）運(yùn)用TAM Air等溫微量熱儀對充填材料的水化放熱特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，測試分析了不同配比充填材料的水化熱及放熱速率，粉煤灰膏體充填材料水化放熱速率明顯表現(xiàn)出起始、誘導(dǎo)、加速、快速降速、緩慢降速和穩(wěn)定等6個(gè)階段；隨粉煤灰和煤矸石摻量的增加，水化誘導(dǎo)和加速階段時(shí)間延長、但放熱速率和水化熱降低；在所測材料配比范圍內(nèi)，水膠比對水化放熱速率無明顯影響，而添加劑僅加速了水化誘導(dǎo)階段的水化放熱速率。基于測試結(jié)果，在不考慮與外界熱交換的理想條件下，計(jì)算出純水泥、水泥:粉煤灰=1:3+添加劑和水泥:粉煤灰:煤矸石=1:3:5+添加劑等3種材料充填體7d溫度升高的理論預(yù)測值分別為69℃，22.9℃和10℃。 3）運(yùn)用3H-2000PHD系列全自動(dòng)高壓氣體吸附分析儀對充填材料的瓦斯吸附特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，測試了粉煤灰充填材料的瓦斯吸附能力，得到在水化膠凝的過程中該材料具有瓦斯吸附性能；這種吸附特性在養(yǎng)護(hù)5d時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)最為明顯，5d之后對瓦斯吸附的能力逐步飽和；在2Mpa瓦斯吸附壓力范圍內(nèi)，充填體對瓦斯的吸附量會(huì)隨著吸附壓力的增加表現(xiàn)出接近線性增長的規(guī)律。1:3:5+X配比的試件養(yǎng)護(hù)14d在吸附壓力為2Mpa時(shí)的吸附量為1.2754ml·g-1，1:4:5+X配比的試件養(yǎng)護(hù)14d在吸附壓力為2Mpa時(shí)的吸附量為1.3048ml·g-1；粉煤灰摻量的增加對提高充填材料5d內(nèi)的瓦斯吸附量有增強(qiáng)作用，但對14d以后的瓦斯吸附能力有限制作用。 4）總結(jié)分析了粉煤灰和煤矸石對環(huán)境的污染及對人體的傷害性。粉煤灰和煤矸石中含有大量有毒有害的重金屬元素和若干具有天然放射性的元素，有害物質(zhì)會(huì)通過風(fēng)化和滲濾作用對大氣、土壤和水體造成污染，其中銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳、鈷、砷和汞等微量有害元素，通過滲濾作用和土壤、生物富集作用間接影響人體后會(huì)對人體造成傷害和嚴(yán)重疾病。粉煤灰和煤矸石中含有的天然放射性元素主要包括238U、232Th、226Ra和40K，他們不僅會(huì)直接對動(dòng)植物和人體造成輻射傷害，還會(huì)通過滲濾作用滲入地下水，從而對人類健康產(chǎn)生影響。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD823.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2324948