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泡沫混凝土在矿井中的运用

1 采空区回填
  我国是一个煤炭生产和消费大国。但长期的煤炭开采,形成大面积的沉陷区,据不完全统计,至2005年全国沉陷面积已达70万公顷。开采沉陷导致大量农田弃耕,地表水系破坏,造成严重的生态灾难。而采空区回填是根治地表沉陷及采动损害的直接、有效的方法。煤矿采空区回填是一项世界性的难题。长期以来,国内外主要采用的技术包括干式充填、水砂充填以及胶结充填三种方法。胶结充填采矿法多在金属矿山应用。一般以碎石、河砂或尾砂等为骨料,与水泥或石灰类胶结材料经拌合形成浆体或膏体,再以管道泵输送或重力自流方式送到充填区的采矿方法。与水砂充填相比,胶结充填的材料胶结后强度大,可用于埋藏深、地压大、围岩不稳固的中厚以上矿体,使用胶结充填已成为煤矿采空区回填的必然趋势。我国近年来试验成功并推广应用了高浓度胶结充填和高水速凝全水固化胶结充填等新技术。
  传统水泥胶结混凝土充填材料中所用水泥一般为42.5普通硅酸盐水泥,用量为150~300kg/m3,水灰比约1.2~1.3,28d 混凝土抗压强度5.0~10.0MPa ,水泥在胶结充填成本中占30~60%。一般吨煤成本约增加40元/吨。降低水泥用量及成本,是寻找适用于矿山新型充填材料的有效途径。泡沫混凝土具有输送方便、流动性好、价格便宜,利用不同级配的尾矿矿粉和水泥进行配比,可以保持一定的强度,完全可以作为一种新型的充填体在煤矿采空区回填中使用。
  2 冒落空洞充填
  采掘工作面顶板冒顶后会形成一定范围和高度的空洞,若不及时处理及充填,将会造成支护体无法发挥其支撑作用,可能造成更大范围的顶板事故及经济损失,也可能造成瓦斯积聚。
  传统的处理这些冒顶空洞的方法是用人工搭设木垛或采用聚胺脂类材料化学加固。木垛施工速度慢,材料消耗大,木垛与顶板接触面小,

控制作用差,且作业十分危险。化学加固存在成本高、易发热着火等弊端。采用泡沫混凝土充填冒顶空洞可克服这些缺点。通过调节发泡倍数以及改变水灰比来调节泡沫混凝土抗压强度,可以提高到13MPa左右。当材料单向受压达到屈服极限后,随着变形的增加,材料仍能保持较高的承载能力。因材料结构是闭孔型的,故具有良好的气密性。这种利用泡沫水泥充填冒落空洞的方法可使处理冒顶空洞的工作实现机械化,施工安全,速度快,能增大对空洞壁的支撑,防止冒顶范围继续扩大,改善支架与围岩的相互作用,并可防止空洞内有害气体积聚,防止发火,是一项有许多优点的新技术。
  1-泡沫水泥 2-充填管 3-编织帘布 4-挑梁 5 锚杆 6-挡板 


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