【摘要】：煤矸石膠結(jié)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別達(dá)950kg/m3和380kg/m3。將煤矸石膠結(jié)充填材料充填到井下采空區(qū)支撐上覆巖層,可以有效控制地表沉陷、開發(fā)利用煤礦地下空間,同時實現(xiàn)煤矸石和粉煤灰的資源化利用。然而,長距離管道泵送要求新拌料漿具有較高的流動性,高流動性的料漿的屈服應(yīng)力和塑性粘度較低,在澆筑到模板后的靜置過程中易發(fā)生靜態(tài)離析。靜態(tài)離析嚴(yán)重劣化充填體的力學(xué)性能和耐久性能,因此,本文圍繞煤矸石膠結(jié)充填材料靜態(tài)抗離析性能的影響因素、測試方法和評價模型展開研究,主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:1)研究了煤矸石、粉煤灰、水泥的物理化學(xué)性質(zhì)和減水劑的基本性能,結(jié)果表明:煤矸石粗骨料的表觀密度(約2680 kg/m3)遠(yuǎn)大于新拌料漿的表觀密度(約1800 kg/m3),在靜置過程中易發(fā)生沉降。2)利用響應(yīng)面法研究了粉煤灰用量、細(xì)矸率和質(zhì)量濃度對煤矸石膠結(jié)充填材料靜態(tài)抗離析性能的影響及交互影響,并研究了靜態(tài)離析與流變特性之間的關(guān)系,結(jié)果表明:降低粉煤灰用量或增加質(zhì)量濃度可以提高煤矸石膠結(jié)充填材料的靜態(tài)抗離析性能;細(xì)矸率為33%時,煤矸石膠結(jié)充填材料具有良好的流動性能和適宜的靜態(tài)抗離析性能;三因素中質(zhì)量濃度對靜態(tài)抗離析性能的影響最顯著,細(xì)矸率次之,粉煤灰用量再次之;質(zhì)量濃度與細(xì)矸率對靜態(tài)抗離析性能的交互作用最顯著;隨著塑性粘度的增大,靜態(tài)抗離析性能呈現(xiàn)出上升趨勢,但二者之間不具有數(shù)量關(guān)系。3)研究了用超聲波法評價煤矸石膠結(jié)充填材料靜態(tài)抗離析性能的可行性,及靜態(tài)離析對充填體沿垂向強(qiáng)度分布的影響,結(jié)果表明:依據(jù)試驗?zāi)＞唔敳苛蠞{和底部料漿中超聲波的傳播速度計算得到靜態(tài)離析率,靜態(tài)離析率可以精確表征煤矸石膠結(jié)充填材料的靜態(tài)抗離析性能;利用28d齡期充填體頂部、中部和底部超聲波的傳播速度計算得到硬化靜態(tài)離析率,硬化靜態(tài)離析率能精確評價煤矸石膠結(jié)充填材料的靜態(tài)抗離析性能;28d齡期充填體沿垂向強(qiáng)度分布不均勻,充填體頂部強(qiáng)度比中部強(qiáng)度降低可達(dá)31%。4)推導(dǎo)了粗矸石顆粒在新拌料漿中的最終沉降速度計算模型,代入試驗數(shù)據(jù)回歸分析得到的表觀密度預(yù)測模型和塑性粘度預(yù)測模型,得到煤矸石膠結(jié)充填材料靜態(tài)抗離析性能評價模型,評價模型以煤矸石骨料特性參數(shù)和充填材料關(guān)鍵配合比參數(shù)為變量;試驗測量汾西礦業(yè)有限責(zé)任公司新陽礦煤矸石的骨料特性參數(shù),代入上述評價模型,求模型在礦用配合比參數(shù)范圍內(nèi)的最小值,得到煤矸石膠結(jié)充填材料靜態(tài)抗離析性能最佳時對應(yīng)的配合比參數(shù)為:粉煤灰用量400kg/m3、細(xì)矸率35%、質(zhì)量濃度82%。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD849.5
【圖文】：

圖 1-1 粗骨料顆粒受力分析ure 1-1 Force analysis of a single pa了顆粒級配對尾砂充填膏體靜均粒徑和粒徑分散系數(shù)兩個參 11 種骨料級配，并通過改進(jìn)分散系數(shù)的合理范圍，試驗結(jié) μm 顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為約束條徑分散系數(shù)為 1.43~1.45，平質(zhì)量濃度對尾砂充填膏體靜態(tài)度與初始濃度呈正相關(guān)，靜態(tài)顆粒粒徑分布的差異將影響充粉煤灰用量對煤矸石膠結(jié)充填

（a）VSI=2 （b）VSI=3圖 1-2 不同穩(wěn)定性等級的自密實混凝土試樣Figure 1-2 Mixtures with different VSI電子圖像分析法依據(jù)骨料和料漿的色差通過計算機(jī)軟件分析硬化混凝土剖面照片得到剖面上骨料的分布狀況[32]。該方法所需的試件尺寸和制作方法與硬化視覺穩(wěn)定性指數(shù)法相同，待混凝土試件硬化后將試件剖開并用相機(jī)對剖面進(jìn)行成像，然后使用特殊的分析軟件計算試件剖面四個高度范圍內(nèi)的骨料面積，通過比較骨料面積對混凝土拌和物的靜態(tài)抗離析性能作出評價。柱狀法是另一種納入 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的自密實混凝土靜態(tài)抗離析性能評價方法，是以200mm×660mm 的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試模中上節(jié)與下節(jié)混凝土拌合物中大于 4.75mm 的粗骨料的質(zhì)量差異來反映混凝土拌合物的靜態(tài)抗離析性能[36]。試驗時首先讓拌合物在試模中靜停（15 1）分鐘，接著在 20 分鐘內(nèi)用取料器將圓柱體分為上、中、下三節(jié)，然后用4.75mm 的標(biāo)準(zhǔn)方孔篩將頂節(jié)和底節(jié)混凝土拌合物中的粗骨料洗出并將其擦至面干狀態(tài)

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本文編號：2739399