【摘 要】
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随着煤矿深部开采与巷道快速掘进技术的发展,巷道壁面裂隙发育程度越来越高。巷道喷浆具有加固煤壁、封堵壁面孔隙、延缓金属支架锈蚀等作用,能有效控制煤体内外部频繁气体交互导致的巷道瓦斯含量增加、煤体氧化自燃。职业健康与环境保护对煤矿巷道喷浆原材料的使用及工艺的革新提出了严峻挑战。粉煤灰作为我国总量最大的固体废弃物,正对环境造成巨大破坏。将粉煤灰作为矿井喷浆材料取代逐渐枯竭的砂石资源并研发配套的喷浆工艺是
【基金项目】
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基于常温化学活化理论的粉煤灰新型喷浆技术研发及示范应用（贵州省科技计划项目:20202Y029）；
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随着煤矿深部开采与巷道快速掘进技术的发展,巷道壁面裂隙发育程度越来越高。巷道喷浆具有加固煤壁、封堵壁面孔隙、延缓金属支架锈蚀等作用,能有效控制煤体内外部频繁气体交互导致的巷道瓦斯含量增加、煤体氧化自燃。职业健康与环境保护对煤矿巷道喷浆原材料的使用及工艺的革新提出了严峻挑战。粉煤灰作为我国总量最大的固体废弃物,正对环境造成巨大破坏。将粉煤灰作为矿井喷浆材料取代逐渐枯竭的砂石资源并研发配套的喷浆工艺是粉煤灰进行资源化利用亟待解决的关键课题。本课题研究了粉煤灰喷浆物料的微观形貌、粒度分布及流动特性;配制粉煤灰喷浆材料,对比分析了该新型喷浆材料与传统水泥砂浆喷浆材料终凝时间、不同养护龄期的微观结构、抗压强度以及粘结强度的差异。同时基于粉煤灰的性质以及气固两相流理论知识,进行粉煤灰喷浆材料气力输送喷浆一体化工艺的研究,探究最佳工艺参数,指导煤矿巷道喷浆工业性试验。主要研究结论如下:实验所用粉煤灰中主要含有未燃尽碳粒、富铁磁珠、富钙微珠、富硅铝玻璃微珠等颗粒,以富硅铝玻璃微珠为主;粉煤灰的粒度分布在1?m～100?m,水泥的粒度分布在50?m～350?m,其粒度分布具备充分填充水泥颗粒空隙从而提高喷浆材料强度性能的特点;粉煤灰喷浆物料的休止角为38.73°,Hausner比为1.51,压缩度为33.58,具有一定的流动性;水灰比为0.25时粉煤灰喷浆材料的抗压强度最大。粉煤灰喷浆材料初期微观结构以针棒状为主,随着水化反应的进行,其微观结构发育为板状,逐渐致密;粉煤灰喷浆材料终凝时间为150min;抗压强度随养护龄期的增加而逐渐变大,7d养护龄期抗压强度达到21.61MPa,粘结强度为0.35MPa。在相同实验条件下,粉煤灰喷浆材料的各项性能参数均优于传统水泥砂浆,具有工业应用可行性。研究了气力输送管道压力损失特性,其中,管内平均气流速度与初始压力正相关,初始压力越大,输送管道单位长度压力损失越大,满足Kp=156.53x1.33函数关系;研究了环隙补气装置作用下气力输送管道压力损失特性,其中,环隙补气装置对管内压力具有明显的提升效果,且最经济初始压力为0.35MPa;不同初始压力下,环隙补气装置对管道内压力具有不同的提升倍数,该倍数随初始压力的增加逐渐降低;研究了气力输送喷浆工艺的应用参数,其中,粉煤灰喷浆材料工业应用的最佳水灰比为0.30,对于实验条件下的初始压力,环隙补气装置的初始安装位置为距离管道入口22m,安装间隔距离为22m,具备将气力输送系统压力维持在0.20MPa～0.40MPa的能力,能够实现粉煤灰喷浆材料的气力输送,并在出口位置达到设计的压力值,实现直接喷浆。最后,在上述研究工作的基础上,结合贵州盘江煤电（集团）有限公司山脚树煤矿采一区216回风南石门实际工况,对粉煤灰喷浆材料气力输送喷浆工艺参数进行优化设计,并开展工业性试验。结果显示,气力输送喷浆工艺实现了物料输送距离为380m的喷浆一体化操作,喷浆过程巷道粉尘浓度为7.46mg/m~3,相较于传统喷浆工艺降低了74.24%;巷道壁面上喷浆层成型平整、长时间无开裂,回弹率低;7d养护龄期抗压强度达到12.68MPa,且逐渐增强。本论文有图70幅,表24个,参考文献96篇。
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