膏體充填是目前解決煤礦“三下”壓煤和控制地表沉陷最為有效的方法,也是防止煤礦開采引發(fā)各類環(huán)境破壞的重要技術(shù)措施,膏體充填技術(shù)還可以從源頭上治理風(fēng)積砂、粉煤灰無序堆積造成的環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)固體廢物的合理利用,改變先污染后治理的現(xiàn)狀,促進(jìn)勘探—采煤—礦山環(huán)境治理全過程控制技術(shù)的發(fā)展。充填材料的性能是膏體充填技術(shù)的核心,充填材料性能的好壞直接決定充填的效果,而粉煤灰摻量、水泥摻量、風(fēng)積砂摻量、膏體質(zhì)量濃度又是決定充填材料性能的最重要因素。因此,本論文通過充填原材料礦物及化學(xué)成分分析、工作特性試驗(yàn)、力學(xué)特性試驗(yàn)等,對影響充填膏體材料性能的因素進(jìn)行了研究。根據(jù)膏體充填的工藝流程及對上覆巖層的控制理論,充填開采中對膏體性能的要求主要有兩個(gè)方面:一是膏體必須具有良好的流動(dòng)性、可塑性和穩(wěn)定性,以確保其能夠按要求輸送到采空區(qū);二是充填膏體必須具有適當(dāng)?shù)脑缙诤秃笃趶?qiáng)度,以確保在開采過程中和開采后充填體能對上覆巖層起到穩(wěn)定的支撐作用,以確保充填體接頂并對上覆巖層起到長期有效的支撐作用。因此,本試驗(yàn)主要以坍落度、擴(kuò)展度和泌水率,不同齡期(7d,14d和28d)的立方體抗壓強(qiáng)度,來選擇最佳配合比。原材料的礦物成分對膏體的性能有重要的影響。本論文首先對沙溝岔煤礦周圍的風(fēng)積砂和西安灞橋發(fā)電廠粉煤灰的礦物成分進(jìn)行X-射線衍射和電鏡掃描分析,沙溝岔煤礦周圍風(fēng)積砂礦物成分中90%左右為石英、長石、云母等輕礦物,重礦物含量很少,顆粒大小與礦物成分有關(guān),大于0.25mm幾乎全是石英,0.05～0.25mm者以石英、長石、云母為主,性質(zhì)比較穩(wěn)定,適合作為膏體材料的骨料。西安灞橋發(fā)電廠粉煤灰中含有較低含量的氧化鈣,屬于低鈣粉煤灰,具有一定的火山灰活性,可用于膏體充填配料,但早期火山灰反應(yīng)不明顯,后期較為顯著。坍落度、擴(kuò)展度和泌水率是衡量膏體工作性能的主要指標(biāo)。本文進(jìn)行了不同粉煤灰摻量、水泥摻量、風(fēng)積砂摻量和質(zhì)量濃度下的膏體坍落度、擴(kuò)展度和泌水率變化試驗(yàn),分析研究了粉煤灰摻量、水泥摻量、風(fēng)積砂摻量和質(zhì)量濃度對充填膏體的工作特性影響的變化規(guī)律,并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果理論分析了粉煤灰、水泥、風(fēng)積砂摻量和質(zhì)量濃度對充填膏體工作特性影響的作用機(jī)理。結(jié)果表明隨著粉煤灰摻量、水泥摻量和質(zhì)量濃度的增加,反映膏體工作特性的坍落度、擴(kuò)展度和泌水率都呈現(xiàn)降低的變化規(guī)律,而隨著風(fēng)積砂摻量的增大,坍落度和擴(kuò)展度先增大后減小,泌水率減小。立方體抗壓強(qiáng)度是評(píng)價(jià)膏體力學(xué)性能的指標(biāo),本文進(jìn)行了不同粉煤灰摻量、水泥摻量、風(fēng)積砂摻量和質(zhì)量濃度下的膏體不同齡期(7d,14d和28d)的立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),分析研究了粉煤灰摻量、水泥摻量、風(fēng)積砂摻量和膏體質(zhì)量濃度對充填膏體的力學(xué)特性影響的變化規(guī)律,以及充填膏體立方體抗壓強(qiáng)度隨齡期變化的發(fā)展規(guī)律,并進(jìn)行了作用機(jī)理的分析。結(jié)果表明,對充填膏體早期強(qiáng)度的影響因素中,粉煤灰摻量影響不明顯,質(zhì)量濃度影響顯著,水泥摻量次之,最后是風(fēng)積砂摻量;對充填膏體7天強(qiáng)度的影響因素中,質(zhì)量濃度影響較為顯著,其他因素的影響作用相差不大;對充填膏體后期強(qiáng)度的影響因素中,粉煤灰摻量的影響最顯著,而后是水泥摻量,然后是風(fēng)積砂摻量,影響作用最不顯著的是質(zhì)量濃度;綜合起來,粉煤灰主要影響充填膏體后期強(qiáng)度,質(zhì)量濃度主要影響早期強(qiáng)度,風(fēng)積砂摻量對強(qiáng)度有長期的影響作用,利用電鏡掃描得到了不同齡期條件下的膏體材料的微觀圖像,探討了不同齡期的膏體材料的微觀變化特征,定性的分析了膏體材料在不同齡期條件下的微觀變化規(guī)律,定量的分析了不同配比的膏體材料在不同齡期條件下的微觀變化規(guī)律。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD823.7
【部分圖文】：

學(xué)特性試驗(yàn)研究驗(yàn)，研究充填原材料性質(zhì)，測定 24 組不同配比條件下膏體繪制不同配比下膏體強(qiáng)度特性曲線，然后進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果對用的技術(shù)路線如圖 1.1 所示。

2 膏體充填原材料的特性分析，粉煤灰中晶體礦物的含量與粉煤灰冷卻速度有關(guān)。一般來說，冷卻速度較快體含量較多；反之，玻璃體容易析晶�？梢�，從物相上講，粉煤灰是晶體礦物礦物的混合物。其礦物組成的波動(dòng)范圍較大。一般晶體礦物為石英、莫來石、氧化鎂、生石灰及無水石膏等，非晶體礦物為玻璃體、無定形碳和次生褐鐵礦璃體含量占 50%以上。采用 XRD 對粉煤灰的礦物成分進(jìn)行分析，得到 XRD 衍圖 2.1 所示。

灞橋發(fā)電廠粉煤灰的SEM結(jié)果
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2869711