高水材料在矿井生产中的应用.pdf

《高水材料在矿井生产中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高水材料在矿井生产中的应用0引言我国能源储量的特点是富煤、贫油、少气。我国能源探明剩余可采储量为1392亿吨标准煤，其中煤炭占58.8%、石油占3.4%、天然气占1.3%、水能占36.5%。我国独特的能源储量结构，加上快速发展的经济对能源需求的急剧攀升，决定了煤炭在我国能源消费结构中占主导地位。然而，由于长期沿用传统采煤方法，且开采强度逐年增大，产生了一系列严重的问题：资源回收率低下、矿区地表大面积沉陷，地下水大量流失、事故频发等等。而自高水材料出现后，凭借其单浆流动性好易泵送、凝固时间短且易调节、固化体强度高且抗水侵蚀能力强、无

2、有害有毒利于环保、材料来源广成本低、工艺系统简单等优点，即被广泛地应用于矿井的生产实践当中，对缓解上述问题起到了积极的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。本文主要以中国矿业大学研制的ZKD型高水材料为例，详细阐述了高水材料在矿井采空区充填、巷道支护、封堵裂隙、注浆堵水、煤层注水封孔、U型钢壁后充填以及港口维护等其他行业中的应用情况。1高水材料ZKD型高水速凝材料由甲料、乙料两种组分构成。甲、乙料以重量比1:1配合使用。其中甲料是以硫铝酸盐水泥熟料为基材，与悬浮剂及少量超缓凝剂混磨而成，乙料是由石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂等

3、混磨而成。ZKD型高水速凝充填材料性能可根据具体条件进行配制与调整。1.1高水材料水化机理硫铝酸盐水泥熟料主要有效矿物成分43CAS和2β-CS的水化过程和产物决定着ZKD材料的物理力学性能。在反应体系中，存在适量的石膏和石灰下，ZKD材料加水后，其中的无水硫铝酸钙（43CAS）就水化生成大量的钙矾石，每1mol的43CAS可生成3mol的钙矾石，反应方程式如下[1]甲料中另一矿物组分2β-CS水化时生成水化硅酸钙凝胶，放出Ca(OH)2，并最终与水化体系中Al2O3·3H2O和CaSO4·2H2O反应生成钙矾石，其反应方程式为[

4、1]但是，在反应体系中如果没有石膏参加反应，的水化反应是不能生成钙矾石的，只有当适量的石膏存在时，水化反应才可生成钙矾石，1mol的只能生成1mol的钙矾石，反应方程式如下[1]只有当石膏、石灰同时适量存在，才可按（1）式进行反应，生成尽量多的钙矾石。1.2高水材料性能在结石率为100％的前提下，高水材料具有以下特性[1]：（1）水灰比可调范围大，一般为0.5～3.0，凝结时间可控，可控范围1～30min，可满足不同工程需要。（2）甲、乙两浆液单独放置24h不凝结，可泵时间长。（3）固化体微膨胀，与岩壁粘结力强，注浆堵水后，不会出

5、现水量回升等返水现象。（4）材料颗粒小，其比表面积可达6000～8000cm2/g，材料可注入细小的裂隙，具有较好的可注性。（5）具有“亲水”性能。实验室试验表明，高水材料固化体在水中长期浸泡，强度不会降低，反而会略微升高。（6）固化体强度高，力学性能良好。在不同水灰比下，其力学性能见[2]。（7）高水固结充填体具有独特的重结晶和强度再生特性[3]。高水材料硬化体压裂后，在不失水的情况下存放一段时间后，压裂的高水材料硬化体裂隙能够重新弥合而恢复强度[4]。2高水材料在矿井生产中的应用2.1高水材料充填采空区充填工艺不仅可以减少地下

6、开采对地面沉陷造成的危害，减轻井下巷道和工作面受采动影响，便于顶板管理，有利于安全生产、改善巷道维护及运输、通风和瓦斯管理，而且对实现绿色开采、美化生态环境有重要意义。传统的充填材料有矸石、碎石、砂卵石、山砂、河沙和工业废渣等，采用水力输送方式、通过充填管路将充填料浆送人采空区进行充填。但由于采用水力充填采空时需消耗大量充填材料，充填工艺艺复杂，全部人工操作，且由于输送时易造成输送管路堵塞、输送成本高等原因未能得到广泛的应用[5]。高水材料具有用料少、材料颗粒小、单浆可泵时间长（距离长）、浆液流动性强、工艺系统简单、成本低以及凝结

7、时间短、固化强度高等优点。高水充填料浆在采空区不脱水，充填体接顶率高，尤其是在仰采情况下，可采用开放式充填工艺，采充周期短，提高采场生产能力，对井下环境基本无污染[6]。是一种理想的新型充填材料。河北邯矿集团陶一煤矿自2008年9月以来，在井下生产中尝试采用高水材料开放式充填技术，取得了良好效果。该矿在此基础上总结经验，根据充填工作面下段单体炮采的实际情况。找出控制工作面直接顶不跨落的方法，确保地面不受采动影响，在充填工作面进行了高水材料包式充填试验。至2009年4月，工作面机头充填28m，机尾充填26m.工作面共计充填包体61个

8、。该工作面采高1.9～2.2m。采空区直接顶除局部掉砟外，整体没有出现垮落现象，充填体在可观测范围内没有出现明显变形。此外，高水材料也较多地被应用于金属矿山的采空区充填（被称之为“高水固结全尾砂充填采矿工艺”），且使用效果良好，取得了较好的社会效益