基于正交试验的煤矿安全开采充填材料配比优化研究

针对目前我国"三下"压煤的现状,以及煤矿固体废弃物以煤矸石、粉煤灰为主的情况,结合岱庄煤矿膏体充填工程实践,以水泥为胶结料,煤矸石和粉煤灰为粗细骨料,运用正交试验的方法定量确定了水泥、粉煤灰和煤矸石不同配比和膏体浓度对煤矸石膏体充填各性能指标的敏感程度,以及各指标随各因素的变化趋势。结果表明:提高水泥掺量可以缩短膏体的凝结时间并提高膏体的强度;膏体的塌落度即流动性主要通过调节其浓度来实现;加入适量的粉煤灰可以提高膏体的流动性,但随着粉煤灰的增多,分层度和泌水率都有所增加。当水泥∶粉煤灰∶煤矸石为1∶2.22∶4.44,浓度为75%时,充填膏体的可泵性和强度都达到最佳,充填效果显著,有助于煤矿安全开采。     

废石-尾砂高浓度料浆的流变特性及屈服应力预测模型

为了研究矿山粗骨料(废石)充填的新模式,达到矿山绿色生产的需求.首先在大量试验的基础上给出了粗骨料料浆的高浓度特征.其次对大红山铜矿的废石与尾砂进行级配分析,选用最优配比m(废石)∶m(尾砂)为6∶4进行流变试验,分析其流变特性.最后应用双因素方差法分析了水泥添加量与质量浓度对屈服应力的影响.结果表明,废石-尾砂高浓度料浆属屈服-假塑性体,水泥添加量对屈服应力的影响更显著,屈服应力与水灰比及骨料体积分数存在定量的关系.在此基础上,建立了屈服应力的预测模型,预测结果的误差在5％以内.     

热电厂炉渣作为煤矿膏体充填材料的配比试验研究

为了寻求既满足充填工艺要求又能够降低成本的新型充填材料,通过一系列试验,研究了热电厂粉煤灰/炉渣比例、膏体质量浓度和水泥含量等因素对膏体充填材料性能的影响规律,据此确定了材料最优配比。结果表明:随着粉煤灰/炉渣比例的增加,坍落度、扩展度和充填体强度均呈现先较大幅度增加然后又缓慢减小的变化趋势,料浆泌水率呈近似负指数规律降低;随着质量浓度的增加,坍落度、扩展度及泌水率均随之显著变小,充填体强度近线性增大;随着水泥含量的增加充填体强度随之显著增大,坍落度、扩展度和泌水率均呈现缓慢减小的变化趋势;材料的最优配比为粉煤灰、炉渣和水泥的质量比为 20∶48∶6,质量浓度为 74%,此时料浆流动性和充填体强度完全符合充填开采基本要求。     

粉煤灰-煤矸石基胶结充填材料制备与性能研究

为了解决我国煤矿采空区地表沉陷以及"三下"压煤资源浪费的问题,提出以粉煤灰-水泥熟料-脱硫石膏复合胶凝材料为胶结材,原状粉煤灰为细骨料,破碎后的煤矸石为粗骨料制备新型煤矿开采胶结充填材料。依据正交试验结果和各因素影响规律趋势图,确定充填材料的优化配合比。研究结果表明,适当增大水泥熟料掺量可缩短材料初凝时间,减小水胶比能使材料强度显著提高,而材料坍落度可通过选取适宜的浆体中的固体质量分数和灰矸比来有效调节,当胶凝材料中水泥含量为15%,脱硫石膏含量为8%,水胶比为2,灰矸比为2∶3,浆体中的固体质量分数为70%时,充填材料性能可达到最佳。通过试验优选材料各项参数,工业废弃物可以用来制备高质量的胶结充填材料。     

湿排粉煤灰似膏体充填采空区试验研究

为了确定湿排粉煤灰似膏体充填的关键技术参数,通过湿排粉煤灰物理化学试验、膏体充填配比试验及现场工业试验,研究了湿排粉煤灰的物理化学特性、膏体充填配比参数和工业试验运行参数。结果表明,湿排粉煤灰松散干密度为0.85 g/cm3,管道输送性能良好,渗透系数为8.52×10-4,脱滤水较困难,单位沉降量与压力关系曲线比较平缓,凝固后沉缩率较低,含有一定量的活性SiO2和Al2O3成分,具有一定的胶凝特性。当m(水泥)∶m(粉煤灰)=1∶8~1∶10、质量分数为62%~65%时,初凝时间180 min,28 d强度大于1 MPa,现场工业试验历时45 min,充填质量分数稳定在60%~64.5%,充填系统运行平稳,初期强度达到工业要求。湿灰作为似膏体充填骨料在华泰矿业首次得到成功应用,充填材料成本为50~57元/t。     

超支化水煤浆分散剂的合成与性能研究

以甲醇为溶剂,采用发散合成法,以脱氢枞胺、丙烯酸甲酯和乙二胺为原料,通过迈克尔加成反应和酰胺化缩合反应合成了一种低代超支化分子骨架.以这种低代超支化骨架为起始剂,与氯乙酸反应制备了一种新型的松香基超支化水煤浆分散剂.采用红外光谱和核磁分析对产物进行结构表征,同时用这种新型的分散剂对陕西神府煤制浆,考察了制得的水煤浆的表观黏度、Zeta电位和稳定性等性能.结果表明:松香基超支化水煤浆分散剂可以制备具有较高质量分数的水煤浆,在浆体质量分数为67％,分散剂用量为0.4％(分散剂占浆体的质量分数)时,水煤浆黏度仅为980 mPa·s.这种新型分散剂明显改善了水煤浆的成浆性能,增强了浆体的静态稳定性,并具有很好的降黏效果.     

超细粒级浸出渣充填配比试验研究

为了探究超细粒级浸出渣与分级尾砂混合作为充填骨料的充填体强度能否达到凡口铅锌矿井下充填的要求,开展了浸出渣与分级尾砂的充填配比试验。通过充填配比试验,分析不同配比和质量分数的充填料浆的流动性和充填体强度特性。结果表明:质量分数对充填体强度的影响较大;灰砂比、质量分数越大,充填体的强度越高;在一定范围内,增加浸出渣的用量可提高充填体的强度;扩散度可以很好地反映充填料浆的流动性,充填料浆的流动性随质量分数增加而减小,当质量分数较高时增加水泥用量可提高充填料浆的流动性,增加浸出渣含量会导致充填料浆的流动性降低。根据凡口铅锌矿充填技术要求及室内充填配比试验结果,得出不同部位的最佳充填配比:矿房采场的最佳灰砂比、浸出渣与分级尾砂之比、质量分数分别为1∶6、1∶5、71%,间柱采场为1∶6、1∶6、69%,首层和浇面为1∶3、1∶6、71%。     

高水速凝材料浆体流变特性研究

高水速材料是一种新型无机材料，其体积比合水率达９０％，称为“点水成石”。高水材料加水制成净浆可用于煤矿巷旁充填和灌注：高水材料具有不同于水泥的团结特性，可团结粘土、污泥和矿山尾砂等工业废料，高水材料与上述骨料加水后制成砂浆，输送浓度为６０～７５％，具有良好的流动性和输送性。在此重点介绍高水材料浆体的流变特性研究的成果，包括高水材料浆体的类型、流变特性、屈服应力、结构粘度与浆体浓度的关系，以及高水材料浆体的输送特性和管道阻力的计算公式，以便更好的推广和广泛使用。     

水玻璃/聚电解质复合凝胶阻化材料及其性能

以水玻璃和有机聚电解质杂化复合,制备水玻璃/聚电解质复合凝胶材料,并将该凝胶材料与原煤复合,研究其阻化性能。结果表明:相同时间内,随着水玻璃与聚电解质质量比的降低,凝胶粘度从913 mPa.s提高到3 780mPa.s;当水玻璃与聚电解质质量比为9∶1,反应时间为20~35 min时,制备的复合凝胶具有良好的保水性;SEM表明复合凝胶与原煤复合良好;TG-DTA热分析表明复合凝胶的添加提高了煤的分解燃烧温度;原煤与凝胶复合后,能有效地抑制煤受热时的CO释放量,并且随温度的升高,阻化效果增强;当阻燃剂与制备的复合凝胶复合后,所制备的阻化剂在150℃时阻化率为73.4%。     

氯化镁微胶囊泡沫作用机理及阻化效果研究

针对现有硫化矿石自燃防治技术在应用中存在的不足,提出了采用氯化镁微胶囊泡沫防治硫化矿石自燃火灾的新思路。首先阐述了氯化镁微胶囊泡沫的特性与作用机理,然后通过实验,制备了微胶囊与微胶囊泡沫并以正交试验确定了制备微胶囊泡沫的最佳配方:微胶囊与水质量比为1∶5、ABS浓度为6 g/L、稳泡剂X浓度为6 g/L;最后采用对照实验,以温度与阻化率为优选依据,对氯化镁微胶囊泡沫、氯化镁溶液与水三者的阻化效果进行比较。结果表明在氯化镁微胶囊泡沫的作用下,硫化矿石堆的温度上升最慢,阻化率最高,达到81.6%,阻化效果优于其他两种阻化剂。     

粉煤灰膏体管道输送特性分析与研究

粉煤灰膏体充填是目前最为有效的建筑物下采煤技术,料浆运送是实现充填开采的重要环节。结合数学和弹塑性力学对粉煤灰膏体流变特性进行了理论推导,完成了实验研究,从粒径、比重、颗粒形状和膏体浓度等方面对输送机理进行探讨,结果可为粉煤灰膏体充填开采技术应用提供重要技术支撑。     

防灭火三相泡沫流体特性及油面铺展性能研究

灭火泡沫的流动铺展性能直接影响其施放和灭火效率。为研究防灭火三相泡沫的流体特性及其在平板和油面的流动铺展性能,利用旋转黏度计考察剪切速率、浆液浓度、温度、剪切持续时间等因素对三相泡沫黏度的影响;用自主设计的试验台架,测定几种典型的三相泡沫在玻璃槽内和航空煤油表面的流动铺展速度。试验结果表明:所测这些三相泡沫属于屈服假塑性流体,其黏度主要受浆液浓度、温度和发泡倍数的影响;三相泡沫在平板上的流动性与泡沫黏度呈正相关,而超细粉体的加入对泡沫油面铺展性能的影响不大,满足灭火要求。     

黏土胶结充填浆体管道输送特性试验与数值模拟研究北大核心CSCD

黏土可作为骨料用于矿山胶结充填,浆体的管道输送特性对充填工艺影响很大。利用自溜型浆体管道输送试验系统对体积分数为50%的黏土浆体进行输送试验,在充填倍线为1∶4.89的情况下,黏土浆体在管道中输送良好。对试验系统出浆口处水平管道浆体输送特性进行数值模拟。结果表明,黏土浆体在管道断面流速分布不均匀,层流边界中法向速度梯度大,流速较小时,体积分数分布不均,颗粒易在管道底部堆积,随流速增加,黏土颗粒在管道中均匀分布。黏土颗粒粒度和密度对管道输送基本没有影响,临界速度随着黏土颗粒粒度、密度增大而增大,临界流速与浆体体积分数呈抛物线曲线关系。黏土胶结充填过程中应筛除其中混杂的颗粒粒度和密度较大的杂质,黏土浆体输送速度、体积分数应尽量避开临界速度与体积分数抛物线顶部区域。     

以耗氧时间为指标的脱氧型阻化剂优选试验研究

为进一步改善无机盐阻化剂抑制煤自燃的效果,在无机盐阻化剂中添加耗氧剂等成分,配制出具有耗氧与隔氧双重作用的脱氧型阻化剂。通过正交试验,得出不同配比脱氧型阻化剂的耗氧时间,并根据耗氧时间分析其在不同采空区中的适用性。研究表明,NaCl,CaCl2和MgCl2等3种无机盐对耗氧时长影响的显著性为R(CaCl2)R(NaCl)R(MgCl2),因此,只含有MgCl2的脱氧型阻化剂耗氧速度最快,其组成为1.5 g还原性Fe粉、0.6 g硅藻土以及0.15 g MgCl2;当温度为20~99℃时,该配比脱氧型阻化剂的比耗氧时间随温度的升高而缩短。     

几种无机盐类脱氧型阻化剂耗氧速率试验研究

为解决目前阻化剂只有单一阻化作用的问题,加入一种具有耗氧功能的材料,形成一种具有耗氧和阻化双重作用的脱氧型阻化剂。通过试验的方法,将不同配比的脱氧型阻化剂放置在恒温仪器里测其耗氧时间,得到不同配比的脱氧型阻化剂的耗氧速率与氧体积分数的关系以及耗氧速率的变化规律。改变试验温度,得到脱氧型阻化剂的耗氧速率与氧体积分数的关系以及耗氧速率的变化规律。试验结果表明,氧体积分数越大,耗氧速率越高;随温度的升高,脱氧型阻化剂的耗氧速率在加快;硅藻土的量为0.6 g时,脱氧型阻化剂的耗氧速率最快;无机盐使用量相同时,耗氧速率为v(MgCl_2)v(NaCl)v(KCl)v(CaCl_2),耗氧速率随无机盐使用量的增加而降低,使用0.15 g MgCl_2的脱氧型阻化剂耗氧速率最快。     

无机磷化合物对煤自燃的阻化作用研究

为减少及控制煤矿井下自然发火现象,利用实验对比分析在15%,17%,20% 3种不同浓度下的磷酸二氢钠、次亚磷酸钠、磷酸三钠和磷酸铝对荆各庄气煤的阻化作用及效果。通过程序升温-气相色谱联机实验,对比分析原煤样与阻化煤样程序升温过程中CO气体释放规律,发现20%次亚磷酸钠、20%磷酸二氢钠、15%磷酸三钠以及20%磷酸铝阻化效果最好;傅里叶红外光谱实验对比分析原煤样与阻化煤样的分子结构,随着温度的升高分解出的次亚磷酸根和磷酸二氢根可以维持苯环的稳定,磷酸三钠分解的磷酸根与甲基及亚甲基中的H+进行结合,生成具有还原性的酸;利用电子自旋共振实验分析原煤样与阻化煤样的自由基随着温度变化规律,随着温度的升高阻化煤样的自由基浓度低于原煤样,阻化剂的添加改变了煤内部结构,使g因子值呈现出下降的趋势;通过综合热分析仪发现在燃烧阶段加入次亚磷酸钠和磷酸三钠可提高煤分子中较稳定结构裂解所需能量,从而使煤-氧化学反应出现一定的延迟。通过实验筛选出20%次亚磷酸对气煤的阻化效果最好。研究成果对预防或减少矿井自然发火具有重要的指导意义。     

一种凝胶泡沫及其对硫化矿石自燃的阻化性能研究

针对目前常用的防治高硫矿石自燃的阻化剂存在的不足,开发一种以水玻璃为基料的凝胶泡沫阻化剂来预防硫化矿石自燃的新方法。采用四因素三水平正交试验、凝胶时间试验和氧化增重对比阻化试验,研究凝胶泡沫阻化剂的配方、配比及其对硫化矿石自燃的阻化效果。结果表明,凝胶泡沫阻化剂的最佳配方为:发泡剂为月桂酸钠和十二烷基硫酸钠(SDS)按2∶3比例复配,质量分数为0.6%;稳泡剂为羧甲基纤维素钠(CMC-Na),质量分数为0.1%;凝胶剂水玻璃质量分数为10%;交联剂碳酸氢钠质量分数为2%;该配方形成的阻化剂对硫化矿石自燃的平均阻化率为86%。     

化学泡沫阻化剂对硫化矿石自燃阻化效果研究

为防止硫化矿石自燃,提高现有阻化剂的功效,制备一种以硫酸铝、碳酸氢钠、三氯化铁和植物水解蛋白为原料的化学泡沫阻化剂。首先采用4因素3水平的正交试验制备阻化剂。然后通过特性试验测量该阻化剂在不同配比条件下发泡量、黏度、表面张力以及在恒温恒湿条件下15天氧化增重率,探究阻化剂在不同配比条件下的发泡能力、附壁性能、渗透性能和实际阻化性。最后结果表明:硫酸铝、碳酸氢钠、三氯化铁和植物水解蛋白的质量分数分别为8.6%、4.3%、0.35%和0.26%时发泡性能最优;质量分数分别为11.5%、11.5%、0.31%和0.08%时渗透性能最优;质量分数分别为8.0%、12.0%、0.16%和0.16%时附壁性能和阻化性最优。     

降温服对防刺服热湿传递影响的试验研究

为定量研究防刺服(SRBA)的热湿传递性能,改善防刺服的热舒适,采用暖体假人试验测量分析不同温度(25、30和40℃)和湿度(40%,55%,70%)下,降温服、防刺服以及两者叠穿时的热阻和湿阻及其变化特征。发现3个温度下3种着装的热阻变化为防刺服降温服与防刺服叠穿降温服,湿阻则在30℃以上遵循这一特征。温度越高,降温服对防刺服的传热效率影响越大,热阻最高可降低46. 75%,湿阻最高可降低82. 97%。结果表明:在较高环境温度下(30℃以上),降温服可有效降低防刺服的热阻和湿阻,提高防刺服的热湿传递效率。降温服对防刺服的热湿传递影响特征随环境温度、湿度和设计特性而改变。     

湿喷混凝土支护强度影响规律探究及改进*

为探究普朗铜矿湿喷混凝土技术应用中出现的喷层强度低、易开裂等问题原因,针对水灰比、养护温度2个因素对湿喷混凝土强度发展规律展开研究,采用扫描电子显微镜（SEM）观察湿喷混凝土的微观形貌、EDS和XRD进行物相分析。结果表明:温度是影响湿喷混凝土强度增长关键因素;水灰比越大,硬化水泥石浆体内孔隙越多,混凝土强度越低;温度和水灰比通过影响水化反应造成界面过渡区不同程度微缺陷,是影响混凝土强度根本原因。通过提高养护温度、优化配比及改进施工工艺,改进后喷层28 d强度提高约30%,生产效率提高约8%。