024-充填材料及其强度研究

充填材料及其强度研究

黄庆享,李　亮

(西安科技大学能源学院,陕西西安710054)

[摘　要]　充填开采是煤矿保水开采的重要技术,充填材料的强度决定着充填尺寸和充填效果,也决定着充填工艺和充填成本,是充填开采的关键因素。为此,分析了煤矿充填开采充填材料的研究和应用进展,总结了膏体材料的力学特点和强度性能,分析了充填开采对充填材料早期强度和后期强度的要求,提出了确定充填材料强度的方法。

[关键词]　煤矿;充填开采;膏体充填材料;充填体强度

[中图分类号]T D 823.7 [文献标识码]A [文章编号]1006-6225(2011)03-0038-05

R e s e a r c ho n S t o w i n g Ma t e r i a l a n d I t s S t r e n g t h

H U A N GQ i n g -x i a n g ,L I L i a n g

(E n e r g y S c h o o l ,X i 'a nU n i v e r s i t y o f S c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ,X i 'a n 710054,C h i n a )

A b s t r a c t :S t o w i n g m i n i n g i s a n i m p o r t a n t t e c h n o l o g y f o r p r o t e c t i n g w a t e r r e s o u r c e .S t o w i n g m a t e r i a l s t r e n g t h d e t e r m i n e s s t o w i n g d i m e n -s i o n ,s t o w i n g e f f e c t ,s t o w i n g t e c h n i q u e a n d s t o w i n g c o s t ,s o i t i s t h e k e yt o s t o w i n g m i n i n g .S t o w i n g m a t e r i a l r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n s t a t u s i n c o a l m i n e w a s a n a l y z e da n dm e c h a n i c a l c h a r a c t e r i s t i ca n ds t r e n g t ho f p a s t em a t e r i a l w a s c o n c l u d e d .R e q u i r e m e n t f o r e a r l i e r s t r e n g t h a n dl a t e r s t r e n g t ho f s t o w i n g m a t e r i a l w a s a n a l y z e d a n d m e t h o do f c o n f i r m i n g s t o w i n g m a t e r i a l s t r e n g t h w a s p u t f o r w a r d .K e yw o r d s :c o a l m i n e ;s t o w i n g m i n i n g ;p a s t e s t o w i n g m a t e r i a l ;s t r e n g t ho f s t o w i n g b o d y

[收稿日期]2011-02-14

[基金项目]国家自然科学基金项目(50574074);榆林市产学研合作项目(榆政财教发[2010]4号);陕西省教育厅重点实验室科学研究计划项目(2010J S 019);陕西省科技厅社发攻关项目:生态修复与环境治理技术—矸石电厂粉煤灰活化技术及应用(2010k 11-02-08)[作者简介]黄庆享(1966-),男,新疆沙湾人,博士,教授,博士生导师,主要从事矿山压力与岩层控制方面的教学和科研工作。

充填技术是绿色开采的重要组成部分

[1-2]

。发展充填开采技术不仅可以解决煤矿开采带来的环境破坏问题,同时还能最大程度地提高“三下”压煤采出率。过去我国大部分矿山为控制地表沉陷,一般采用部分开采、水砂充填和离层区注浆等方法,然而这些方法都不能很好地解决地表沉陷和资源浪费等问题,而以水沙充填为基础发展起来的膏体充填技术因其诸多优点而被寄予厚望

[3]

。

充填技术主要包括充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论等方面。与金属体充填比较,煤矿充填的主要特点是成本要求更低,充填材料成分复杂,早期强度要求高

[4]

。

充填材料强度是充填技术的核心,对充填质量的优劣、充填成本的高低以及充填开采控制地表沉陷的效果起着决定性作用,发展充填技术的关键是研究成本低廉、性能可靠的充填材料。

我国西部浅埋煤层储量和开采规模巨大,带来的环境问题十分突出。我国学者提出了以保护生态水为目标,以隔水层稳定性为判据的保水开采分区方法。其中,最困难的区域为特殊保水开采区,其科学的开采途径是局部充填开采

[5]

。研究充填材

料及其性能,确定合理的充填材料强度,对控制充填材料的成本,保障充填效果,实现保水保环境开采具有重要的理论和实践意义。为此,本文总结了国内外煤矿充填材料的研究与应用的发展现状和膏体材料的特点,分析了确定不同开采条件下充填材料强度的要求和确定方法。1　充填材料的研究进展

随着矿山充填技术的发展,充填材料和工艺在不断改进和创新的过程中得到了发展。在水砂充填

基础上发展起来的胶结充填技术经历了低浓度胶结充填、高浓度胶结充填和膏体泵送充填及高水速凝材料固结充填3个主要阶段。为了提高充填质量,传统的低浓度胶结充填发展成近十几年出现的高浓度全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填,主要采用水泥作为胶结料。中国矿业大学和西北矿冶研究院分别开发了高水充填材料和全尾胶固充填材料。长期以来,大量的井下采空区充填需要消耗数以万吨计的水泥。据统计,充填成本占采矿成本的1/3左右,充填成本中充填材料又占80%以上,昂贵的

第16卷第3期(总第100期)

2011年6月

煤　矿　开　采C o a l m i n i n g T e c h n o l o g y V o 1.16N o .3(S e r i e s N o .100)

J u n e 2011

DOI :10.13532/j .cn ki .cn11-3677/td .2011.03.012