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1、煤矸石胶结充填材料静态抗离析性能研究煤矸石胶结充填材料是破碎煤矸石、粉煤灰、水泥和水的拌合物 , 其中煤矸石和粉煤灰的用量分别达950kg/m3和380kg/m3。将煤研石胶结充填材料充填到井下采空区支撑上覆岩层 , 可以有效控制地表沉陷、 开发利用煤矿地下空间 , 同时 实现煤矸石和粉煤灰的资源化利用。然而 , 长距离管道泵送要求新拌料浆具有较高的流动性 , 高流动性的料浆的屈服应力和塑性粘度较低, 在浇筑到模板后的静置过程中易发生静态离析。静态离析严重劣化充填体的力学性能和耐久性能 , 因此 , 本文围绕煤矸石胶结充填材料静态抗离析性能的影响因素、测试方法和评价模型展开研究 , 主要研究内
2、容及结论如下 :1) 研究了煤矸石、 粉煤灰、水泥的物理化学性质和减水剂的基本性能 , 结果表明 ： 煤矸石粗骨料的表观密度( 约 2680 kg/m3) 远大于新拌料浆的表观密度( 约1800 kg/m3), 在静置过程中易发生沉降。2) 利用响应面法研究了粉煤灰用量、 细矸率和质量浓度对煤矸石胶结充填材料静态抗离析性能的影响及交互影响 , 并研究了静态离析与流变特性之间的关系 结果表明 ： 降低粉煤灰用量或增加质量浓度可以提高煤矸石胶结充填材料的静态抗离析性能 ; 细矸率为33%时, 煤矸石胶结充填材料具有良好的流动性能和适宜 的静态抗离析性能; 三因素中质量浓度对静态抗离析性能的影响最显
3、著 , 细矸率 次之 ,粉煤灰用量再次之; 质量浓度与细矸率对静态抗离析性能的交互作用最显 著 ; 随着塑性粘度的增大, 静态抗离析性能呈现出上升趋势, 但二者之间不具有数量关系。 3) 研究了用超声波法评价煤矸石胶结充填材料静态抗离析性能的可行性 及静态离析对充填体沿垂向强度分布的影响 , 结果表明 ： 依据试验模具顶部料浆和底部料浆中超声波的传播速度计算得到静态离析率, 静态离析率可以精确表征煤矸石胶结充填材料的静态抗离析性能 ; 利用 28d 龄期充填体顶部、中部和底部 超声波的传播速度计算得到硬化静态离析率, 硬化静态离析率能精确评价煤矸石 胶结充填材料的静态抗离析性能 ;28d 龄期充填体沿垂向强度分布不均匀 , 充填 体顶部强度比中部强度降低可达31%。4) 推导了粗矸石颗粒在新拌料浆中的最终沉降速度计算模型 , 代入试验数据回归分析得到的表观密度预测模型和塑性粘度预测模型, 得到煤矸石胶结充填材料静态抗离析性能评价模型, 评价模型以煤矸石骨料特性参数和充填材料关键配合比参数为变量; 试验测量汾西矿业有限责任公司新阳矿煤矸石的骨料特性参数代入上述评价模型, 求模型在矿用配合比参数范围内的最小值, 得到煤矸石胶结充填材料静态抗离析性能最佳时对应的配合比参数为：粉煤灰用量400kg/m3、细肝率35%质量浓度82%。
