近日,西京学院校级大创项目《利用陕西当地煤矸石制备固废基充填浆料的关键技术与性能研究》课题的试验研究内容顺利开展并初步取得预期结果。该课题小组成员主要由西京学院土木工程学院的苏瑞雪、郝波博和贺柔等五位本科生组成。
煤矿采空区的存在极易造成岩层的运动,为了控制岩层活动,保证采空区安全,需要对采空区进行充填。注浆充填法在公路、铁路、桥梁、隧道、建(构)筑物、水库等下伏采空区治理中都得到了广泛的应用,这些学者的研究验证了注浆充填法在采空区治理措施中时最直接有效的。注浆充填法通过在地表钻孔,将浆液注入到开采空洞中,形成浆液结石体,达到岩体承载力和抗变形能力增强的效果,从而避免踩空壳体发生垮落和塌陷,减免了地表因采空区开采沉陷引起的沉降变形对地表建筑设施产生的破坏。
目前采空区通用的水泥粉煤灰注浆材料的流动性难以控制,与采空区上覆岩层接顶效果不好,同时析水率高,结石率低,造成了严重的资源浪费;而且大多数的浆液的制备设备工艺繁复成本过高,难以进行大型空洞区的应用。应用膏体填充塌落破碎松散堆积体,这种输送设备要求高,采空区空洞充填治理效果不足;添加速凝剂会带来清理搅拌和注浆设备的问题,主要因为水固比较大而速凝效果不明显。普通硅酸盐水泥作为注浆材料其成本低,施工简便,来源广泛,无毒无害,但在灌注时若采用高水灰比时,其析水率和结石率无法完全充满采空区。然而,因地下注浆需求量的增大,以及工业废渣的堆积问题,国内外开始研发工业废渣注浆新型绿色材料。可见,适用于治理空洞型采空区的注浆材料仍有待开发。
随着矿产资源的大量开采,矿产资源日渐贫化枯竭,尾矿作为二次资源已备受社会各界的关注,综合利用尾矿资源是经济建设和保护环境的需要。通过将陕西省煤矸石与其他地区比较可知,煤矸石的化学成分随地域变化而变化,但陕西省煤矸石的化学成分与天然砂相似。用煤矸石砂代替天然砂,不仅使环境污染得到缓解,而且使资源得到重复利用。采用煤矸石回填采空区,不仅有效地控制了采空区的沉陷,而且减少因煤矸石的占地。使用煤矸石回填采空区的同时,还可以提高煤炭资源采出率、降低地质灾害与矿井生产安全隐患、避免采空区成为自燃危险区域、上下方煤层的正常开采、减少了生产成本、及保护了自然生态环境。
本项目将触变性水泥浆中加入固体细颗粒煤矸石砂用于充填空洞型采空区。采用室内试验、模型试验等方法研究出了一种适用于空洞型采空区的新型注浆材料。该材料利用了触变浆液的特点,解决了传统灌浆材料流动性难以控制和不易堆积的困难,并且节省了天然砂用量,具有良好的经济效益和社会效益,触变性煤矸石砂水泥浆液在煤矿采空区治理工程中具有较好的发展前景和实用价值。