【摘 要】
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煤矿空洞型采空区是地下煤炭资源开采完成后留下的巨大空间。这是一个不稳定的人工地质结构,可能退化并导致地面塌陷、矿山地震和其他矿山灾害。处理采空区的最佳方法是注浆充填法,但该方法容易造成材料浪费,同时由于其流动性大且流动范围不可控,易造成充填密实度差、大面积空顶等问题。本研究在触变性水泥浆中加入钼矿冶炼后产生的固体细颗粒钼尾矿砂,通过室内试验和模型试验,研制出一种适用于空洞型采空区的新型注浆材料。该
【基金项目】
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陕西省教育厅青年创新团队建设项目21JP138；
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煤矿空洞型采空区是地下煤炭资源开采完成后留下的巨大空间。这是一个不稳定的人工地质结构,可能退化并导致地面塌陷、矿山地震和其他矿山灾害。处理采空区的最佳方法是注浆充填法,但该方法容易造成材料浪费,同时由于其流动性大且流动范围不可控,易造成充填密实度差、大面积空顶等问题。本研究在触变性水泥浆中加入钼矿冶炼后产生的固体细颗粒钼尾矿砂,通过室内试验和模型试验,研制出一种适用于空洞型采空区的新型注浆材料。该材料利用了触变浆液的特点,解决了传统灌浆材料流动性难以控制和不易堆积的困难,并且节省了天然砂用量,具有良好的经济效益和社会效益。主要取得了以下成果:（1）采用正交试验设计了触变性钼尾矿水泥浆液的配比,测试了不同配合比下的触变性、析水率和相应结石体的抗压强度。钼尾矿水泥浆液最优配比为:正电胶添加量6%,水灰比0.8,固相比（钼尾矿:水泥）为6:4。触变系数的影响因素的大小为:正电胶添加量＜固相比＜水灰比;析水率的影响因素大小为:固相比＜正电胶添加量＜水灰比;结石体抗压强度的影响因素大小为:固相比＜正电胶添加量＜水灰比。（2）提出了评价触变性浆液触变性能的新方法—触变系数法,即静置10 min后的静屈服应力和180×（1+正电胶添加量的百分比）之差,与初始时刻的静屈服应力之比,来评定触变性浆液的触变性大小。（3）分析了触变性钼尾矿水泥砂浆流变特性,其最优配比的剪切率与剪切应力、粘度分别符合幂率流变模型和幂函数关系。浆液的剪切应力和黏度均随着正电胶添加量增加而增大,随着水灰比增加而降低,随着固相比增加而增大。（4）分析了正电胶添加量、水灰比和固相比单因素对触变性钼尾矿水泥砂浆力学性能试验的影响。浆液结石体轴心抗压强度、静弹性模量、劈裂抗拉强度、抗折强度、高温煅烧后抗压强度均随着正电胶添加量的增大呈现先增后减趋势;均随着水灰比的增大呈现递减趋势;均随着固相比的增大呈现递增趋势。根据抗压强度为已知量,对静弹性模量、抗折强度、劈裂抗拉强度、及高温环境抗压强度给出了预测公式。（5）模拟了浆液在采空区内堆积流动,结果表明发现触变性钼尾矿水泥浆液的堆积高度与流动距离正相关,且浆液的流动距离随着堆积高度的增加有变缓趋势,拟合了堆积高度、注浆时间和流动距离三者的函数关系。正电胶添加量6%、10%的两组模型试验堆积效果相近,浆液在有限的流动距离内可以堆积到一定高度,相对于普通的水泥浆具有很好的堆积效果。因此,触变性钼尾矿水泥浆液在煤矿采空区治理工程中具有较好的发展前景和实用价值。
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