煤炭开采过程中通过预留煤柱方式防止采空区塌陷,导致大量的煤炭资源被浪费。为保证煤炭资源的可持续发展,解决“三下压煤”问题迫在眉睫,因此进行充填开采技术研究势在必行。利用煤矸石作为骨料,粉煤灰及少量水泥为胶凝材料,结合不同电厂粉煤灰特性差异,采用粉煤灰复配技术解决浆体流动性差和强度低等问题,制备一种高固废掺量、低成本、高流动、高强度的矿井充填材料。分析了3个电厂粉煤灰的成分、形貌、粒径等性能对充填材料强度、流动性的影响。研究表明,煤粉炉粉煤灰FA1因球形形貌可显著提高充填浆体材料流动性,循环流化床粉煤灰FA2和FA3因形貌不规则,对改善浆体流动性作用不显著,但因含有大量活性氧化钙,对提高充填体的强度非常明显;粉煤灰中活性氧化钙含量越高,充填体强度越高,但流动性越差。因此通过将煤粉炉灰FA1与循环流床灰FA3复配,实现提高流动性同时,保持较高抗压强度。结果表明,20%FA1与80%FA3复配,粉煤灰取代94%的水泥,制备的净浆流动度较好,同时28d强度高达4.5MPa,满足行标JC/T2468—2018《水泥基回填材料》中C4等级,即28d强度≥4MPa。进一步将净浆与矸石复配,研究表明净浆与矸石比例为1∶4,制备的矿井充填材料矸石包裹性好,28d强度为4.2MPa,较净浆略降低;当净浆与矸石比例为1∶6时,制备的矿井充填材料矸石包裹性差,28d强度仅1.3MPa。因此净浆与矸石最佳比例为1∶4,即矸石最大用量占充填材料的80%,水泥占1.2%,粉煤灰占18.8%。

左然芳(1987—),女,安徽蚌埠人,工程师,博士。E-mail:zrfzgdz@126.com

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左然芳,冯波,董阳,等.高固废掺量水泥基矿井充填材料[J].洁净煤技术,2023,29(11):154-160.