再生頂板新型灌漿材料研制.pdf

1、我國煤炭資源豐富，作為發(fā)展中國家以煤炭為主的生活方式難以改變。煤層被采出后形成大量采空區(qū)，采空區(qū)周圍巖層失穩(wěn)垮落，不但引起地面沉陷而且對地下采礦工程產(chǎn)生危害，影響下工作面煤層安全開采。再生頂板作為采空區(qū)安全開采重要基礎(chǔ)，其形成時間與質(zhì)量好壞直接影響煤礦生產(chǎn)效率，而灌漿材料作為再生頂板形成基礎(chǔ)，不僅能促進再生頂板形成時間提高其承載能力，還能預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火保證采空區(qū)安全。因此，灌漿材料是煤礦采空區(qū)下工作面安全有效開采的重要因素。

2、　　本文在考察其他采空區(qū)用灌漿材料不足的基礎(chǔ)上，考慮到灰土作為地基和路面具有高的承載能力和強的穩(wěn)定性等優(yōu)點，以粘土灌漿為基礎(chǔ)摻入石灰、水泥等材料，研究多元復(fù)合體系對灌漿材料穩(wěn)定性和力學(xué)性能的影響，制備出形成固結(jié)體強度高、穩(wěn)定性優(yōu)良的新型灌漿材料。采用紅外光譜和XRD圖譜分析了新型灌漿固結(jié)體組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。分析了采空區(qū)環(huán)境條件對新型灌漿材料性能的影響，并利用ANSYS有限元數(shù)值模擬研究了不同采深和注入新型灌漿材料前后效果對巖層

3、位移和巖石受力變化的影響，取得的主要成果如下：
　?。?）低摻量（粘土質(zhì)量分數(shù)20％以下）水泥、石灰條件下，水泥、石灰摻量對粘土漿液析水率和沉降速度影響顯著，對漿液結(jié)石率和粘度影響不大。隨著水泥、石灰摻量不斷增加，粘土漿液析水率和沉降速度不斷增加。水固比對漿液穩(wěn)定性有顯著影響，隨著水固比不斷增加，漿液析水率和沉降速度不斷增大，漿液結(jié)石率和粘度不斷降低。
　?。?）水泥、石灰和水玻璃-氯化鈣（1：1）摻量分別為粘土質(zhì)量12%、

4、6%和0.5%時，對應(yīng)體系的漿液固結(jié)體力學(xué)性能最好。質(zhì)量比粘土：水泥：石灰：水玻璃：氯化鈣=100：12：6：0.25：0.25為最佳配比，其漿液穩(wěn)定性良好。并把壓力條件下新型灌漿固結(jié)體形成階段分為壓力固結(jié)階段和化學(xué)反應(yīng)固結(jié)階段。
　?。?）ANSYS有限元數(shù)值模擬得出采空區(qū)巖層垮落破壞區(qū)域呈現(xiàn)“馬鞍”型分布。隨著采深增加，巖層最大位移量、水平方向最大應(yīng)力和豎直方向最大壓應(yīng)力不斷增加，豎直方向最大拉應(yīng)力不斷減小，新型灌漿材料注漿效