膏體充填材料速凝技術(shù)研究方案

1、膏體充填材料速凝技術(shù)研究方案 目 錄摘要2前言21 充填技術(shù)研究21.1 膏體充填技術(shù)簡(jiǎn)介21.2 我國(guó)充填采礦技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀31.3 充填采礦技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析41.4 充填采礦技術(shù)發(fā)展中存在的問題及改進(jìn)建議52 膏體充填材料研究72.1 膏體充填材料的研究進(jìn)展72.2煤礦膏體充填材料的特點(diǎn)82.2.1 膏體充填材料在煤礦應(yīng)有的一般要求82.2.2 膏體充填材料的優(yōu)越性82.2.3 膏體充填材料的強(qiáng)度特性92.3膏體充填材料強(qiáng)度影響因素92.4 膏體充填材料的組成103 速凝劑研究113.1 國(guó)內(nèi)外速凝劑發(fā)展現(xiàn)狀113.1.1 國(guó)外概況113.1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀133.2速凝劑作用機(jī)理183.3膏

2、體充填材料對(duì)速凝劑的一般要求194膏體充填材料速凝技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)204.1 膏體充填材料的組成與配制204.2膏體充填材料速凝劑的選擇214.3 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?24.4 實(shí)驗(yàn)步驟22參考文獻(xiàn)25膏體充填材料速凝技術(shù)研究方案蔣 昊 良摘 要：膏體充填材料由煤矸石、粉煤灰、PL膏體膠結(jié)料和水組成。速凝技術(shù)的研究在膏體充填材料性能研究中居于十分重要的位置。通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，可以得出不同型號(hào)的速凝劑當(dāng)摻入量不同時(shí)對(duì)膏體充填材料凝固時(shí)間及抗壓強(qiáng)度的影響，為選擇合適的速凝劑和摻入量提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。關(guān)鍵詞：膏體充填材料；速凝技術(shù)；速凝劑；摻入量前言 為了實(shí)現(xiàn)廢物綜合利用,提高廢物利用率，改善礦區(qū)環(huán)境，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)周

3、華強(qiáng)教授利用煤矸石、粉煤灰、膠結(jié)料等進(jìn)行合理配比，研制出一種新型的人工材料膏體充填材料。這種材料早期強(qiáng)度大，膠結(jié)時(shí)間可調(diào)，將其應(yīng)用于煤礦充填采礦中，不僅解決了建筑物、水體下等壓煤?jiǎn)栴}，而且有效的減少了地表沉陷，提高了煤炭資源采出率，保護(hù)了土地資源。 為了使膏體充填材料更好的服務(wù)于煤礦生產(chǎn)，需針對(duì)膏體充填材料的速凝性能做大量的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。其中，速凝性能是指膏體充填材料在正常壞境下凝固時(shí)間的長(zhǎng)短，一般要求膏體充填材料凝固時(shí)間小于2h，強(qiáng)度達(dá)到0.1 MPa以上，28d強(qiáng)度達(dá)到15 MPa。1 充填技術(shù)研究1.1 膏體充填技術(shù)簡(jiǎn)介膏體充填技術(shù)是1979年在德國(guó)的格倫德鉛鋅礦首先發(fā)展起來的，由于膏

4、體充填具有料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、充填效率高、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)成功以后在金屬礦山得到較快的發(fā)展，在包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家得到應(yīng)用。膏體充填技術(shù)在德國(guó)Wallsum 、Monopol 等數(shù)個(gè)煤礦薄煤層開采中也曾得到應(yīng)用，其使用的膏體充填材料是非膠結(jié)性的，沒有膠結(jié)料，充填的主要目的是處理固體廢物。中國(guó)東部地區(qū)村莊壓煤多數(shù)是厚煤層和中厚煤層，沿用德國(guó)煤礦非膠結(jié)膏體充填不能夠達(dá)到不遷村采煤的要求。所以，必須發(fā)展固體廢物膠結(jié)性膏體充填。但是，在中國(guó)煤炭系統(tǒng)，固體廢物膏體充填技術(shù)目前還處于研究階段，煤礦不遷村膏體充填與金屬礦山膏體充填相比，在充填材料、充填目的和充填要求等方面均不相同1-2。膏體充填采

5、礦技術(shù)在充填采礦工程中發(fā)揮非常重要的作用，尤其是在金屬采礦工程中得到廣泛推廣使用。膏體充填采煤技術(shù)實(shí)際就是將煤礦礦井附近的煤矸石、粉煤灰、河砂以及城市固體廢棄垃圾等在需要填充的地面，按照相關(guān)配比要求加工制作成不需要進(jìn)行脫水處理的牙膏狀漿體，然后利用高壓充填泵或重力加壓進(jìn)行加壓灌注，通過漿體輸送管道送入到需要充填的礦井下，根據(jù)工程實(shí)際地形適時(shí)充填已經(jīng)采空的采煤區(qū)的充填采煤方法。 由于膏體充填采煤技術(shù)所進(jìn)行的充填與采煤工序均位于同一個(gè)工作面，同時(shí)刪除充填體的構(gòu)筑方法與金屬礦山充填有所不同，需要構(gòu)筑專門的充填膏體充填隔離支架，同時(shí)在充填過程中煤礦對(duì)充填材料強(qiáng)度性能水平要求較高，需要充填體在充填后數(shù)小

6、時(shí)就能承載整個(gè)采煤過程產(chǎn)生的礦壓。煤礦膏體充填采煤技術(shù)所采用的充填原材料多為劣質(zhì)低質(zhì)固體廢棄物，其充填原材料品質(zhì)間差距較大，質(zhì)量波動(dòng)非常大，膏體充填采煤技術(shù)在采空區(qū)充填過程中具有料漿流動(dòng)性好、充填密實(shí)度高、以及充填體強(qiáng)度較高等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)Σ傻V區(qū)周圍的巖層移動(dòng)與地表沉陷進(jìn)行有效控制，但由于整個(gè)膏體充填工程在初期投資非常高，根據(jù)大量文獻(xiàn)資料和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)分析，初期投資通常高達(dá)3000萬元左右，這樣會(huì)導(dǎo)致煤礦噸煤充填成本相應(yīng)大大增高，大致為60100元/t，這也就限制了膏體充填技術(shù)在采煤過程中的應(yīng)用3。1.2 我國(guó)充填采礦技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀4 中國(guó)的充填技術(shù)經(jīng)歷了廢石干式充填、分級(jí)尾砂水力充填、 碎石水

7、力充填、混凝土膠結(jié)充填、磨砂膠結(jié)充填、分級(jí)尾砂或天然砂充填、廢石膠結(jié)充填、全尾砂膠結(jié)充填、赤泥膠結(jié)充填和膏體充填的發(fā)展過程。但中國(guó)礦山數(shù)量多，開發(fā)與應(yīng)用的充填工藝與技術(shù)類型多，尤其是近十余年來，在新的充填技術(shù)的研究開發(fā) 和推廣應(yīng)用方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。綜合起來，中國(guó)的充填采礦技術(shù)發(fā)展大體分以下幾個(gè)階段： 第一階段是20世紀(jì)50年代、60年代，均是以處理廢棄物為目的的廢石干式充填工藝。1955年廢石干式充填在有色金屬礦產(chǎn)地下開采占38.2 %，在黑色金屬礦床地下開采中競(jìng)達(dá)到了54.8 。但廢石干式充填因其效率低、生產(chǎn)能力小和勞動(dòng)強(qiáng)度大，滿足不了采礦工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)干式充填采礦所占比重逐年下降，

8、幾乎處于被淘汰的地位。 第二階段是20世紀(jì)70年代、8O年代，開始應(yīng)用尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，由于非膠結(jié)充填體無自立能力，難以滿足采礦工藝高回采率和低貧化率的需要，所以在水砂充填工藝得以發(fā)展并推廣應(yīng)用后，開始采用膠結(jié)充填技術(shù)。20世紀(jì)70年代細(xì)砂膠結(jié)充填在廣東凡口鉛鋅礦、山東招遠(yuǎn)金礦和焦家金礦等礦山得以應(yīng)用。這一時(shí)期的細(xì)砂膠結(jié)充填料主要以尾砂、天然砂和棒磨砂等作為充填集料，膠結(jié)劑為水泥。目前，以分級(jí)尾砂、天然砂和棒磨砂等材料作為集料的細(xì)砂膠結(jié)充填工藝與技術(shù)日臻成熟。 第三階段是20世紀(jì)90年代以來，隨著采礦工業(yè)的發(fā)展，原充填工藝已不能滿足回采工藝的要求和進(jìn)一步降低采礦成本或環(huán)境保護(hù)的需要。因而發(fā)展了

9、高濃度充填、膏體充填、廢石膠結(jié)充填和全尾砂膠結(jié)充填等新技術(shù)。我國(guó)分別在廣東凡口鉛鋅礦、南京鉛鋅銀礦、廣西大廠銅坑錫礦、湖北豐山銅礦等礦山投產(chǎn)使用。1.3 充填采礦技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析4 礦山充填采礦法之所以得到廣泛的應(yīng)用，所占的比重日益增加，綜合起來其原因有下列幾點(diǎn)： (1) 充填體可以控制采場(chǎng)地壓，支撐圍巖，減少、延緩和阻止采后空區(qū)圍巖的破壞和移動(dòng)。有利于開采深部礦床，水下、建筑物下和構(gòu)筑物下的礦床，以及有自燃傾向的礦床。 (2) 礦石回采率高，貧化率低，采選綜合經(jīng)濟(jì)效益好，并可減少地面尾礦壩占地面積。開采地面需要保護(hù)的礦床，使用充填采礦法可保護(hù)地面不發(fā)生陷落；充填采礦法開采有自燃傾向的礦床，可有

10、效地防止火災(zāi)的發(fā)生。 (3) 開采作業(yè)機(jī)械化。采用鑿巖臺(tái)車鑿巖，鏟運(yùn)機(jī)出礦，錨桿機(jī)安裝錨桿、錨索護(hù)頂?shù)?，使充填采礦法成為高效率的采礦方法。大力開展了充填理論的研究， 推廣了充填料輸送管路化，充填過程自動(dòng)化，研發(fā)了代替水泥的膠凝材料，采用高濃度均質(zhì)流的漿體輸送，從而使充填體強(qiáng)度提高，成本下降。 (4) 深部充填采礦技術(shù)。隨著礦床開采的不斷延伸，采場(chǎng)范圍擴(kuò)大，地壓增高，尤其是高地應(yīng)力礦區(qū)，不僅采場(chǎng)突變失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)在增加，而且潛在的危害也加大。所以進(jìn)行深部充填采礦可以解決采場(chǎng)不平衡應(yīng)力的傳遞和調(diào)整，其傳遞和調(diào)整的結(jié)果，可能導(dǎo)致原巖應(yīng)力場(chǎng)再次處于平衡狀態(tài)。1.4 充填采礦技術(shù)發(fā)展中存在的問題及改進(jìn)建議4

11、結(jié)合上面的原因可以看出，充填采礦法從某些方面代表了國(guó)內(nèi)外礦山發(fā)展的趨勢(shì)，但是充填采礦的技術(shù)研究和應(yīng)用方面還存在著某些問題，下面筆者對(duì)充填采礦發(fā)展提出一些粗淺的改進(jìn)觀點(diǎn)與建議。 (1) 創(chuàng)造新型采礦工藝，保證充填質(zhì)量。充填采礦技術(shù)要結(jié)合礦山特點(diǎn)，礦床開采技術(shù)條件，發(fā)明或創(chuàng)造一些與其他采礦技術(shù)相結(jié)合的新型采礦法。對(duì)于緩傾斜極薄礦脈開采，可用礦巖分掘，廢石拋擲充填空區(qū)，即削壁充填和爆力運(yùn)礦相結(jié)合的采礦法。對(duì)于厚大而礦巖較穩(wěn)固的礦體，可用淺孔和中深孔空?qǐng)霾傻V法開采，采后空區(qū)用尾砂膠結(jié)、塊石膠結(jié)或高水材料充填，即階段連續(xù)回采快速充填工藝，既降低成本，又增大效率，也作到對(duì)采空區(qū)的處理。這不適合煤礦！ 另外

12、，采場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)充填質(zhì)量的好壞影響很大，采場(chǎng)幾何形狀的設(shè)計(jì)往往是為了適應(yīng)礦山生產(chǎn)要求和便于通達(dá)，而并非是為了充填料的充放和保持充填質(zhì)量的功能。一旦充填料離開漿體供給管路，輸送機(jī)卸料端或車輛鏟斗，充填料質(zhì)量控制可能不再受到礦山工作人員制約，所以充放點(diǎn)的位置將會(huì)影響充填料可能發(fā)生的分凝度，靠近采場(chǎng)一側(cè)布置充放點(diǎn)時(shí)，隨著分凝量增加，在開始沉降前充填料必須移動(dòng)的距離將會(huì)加大，這種充放方式將在緊靠充放點(diǎn)的下部產(chǎn)生很強(qiáng)的充填角，而離開充放點(diǎn)的距離越大，端壁越松弱，當(dāng)采場(chǎng)尺寸很大時(shí)，應(yīng)當(dāng)放置另外的充放點(diǎn)，以便縮小充填料移動(dòng)的距離，從而使充填質(zhì)量下降的趨勢(shì)得到緩解。 (2) 開發(fā)研制低成本、高強(qiáng)度的新型充填固化材

13、料。充填料的物理特性包含：孔隙率、濕度、容重、粒度、固體含量及其級(jí)配、滲水度、抗壓、抗剪力學(xué)強(qiáng)度、可壓縮性等。充填體的物理力學(xué)特征與許多因素有關(guān)，主要取決于骨料的成分及其結(jié)構(gòu)、膠結(jié)材料的成分及其組成方式等，它直接影響充填體的強(qiáng)度和采場(chǎng)的穩(wěn)定性，這是充填采空區(qū)必不可少的材料基本性能研究，因此各國(guó)都對(duì)此進(jìn)行了深入研究。 比如：高水材料優(yōu)點(diǎn)是可以使用全尾砂，充填體固結(jié)速度快，充填料無重力水排出因而避免了井下環(huán)境污染并節(jié)約了排水費(fèi)用，充填料可以低濃度遠(yuǎn)距離輸送、充填效率高。但是充填體強(qiáng)度不高，這種固結(jié)材料在應(yīng)用過程中極易風(fēng)化， 脫水后強(qiáng)度有所降低。另外材料成本價(jià)格高。在礦山和其他工程應(yīng)用中，沒有長(zhǎng)期穩(wěn)

14、固性證明其有抵抗爆破震動(dòng)性與沖擊性，抵抗各種性質(zhì)滲濾水腐蝕性以及抵抗地應(yīng)力作用變形破壞與地?zé)嶙饔?、冰凍作用等特性。為此，需要加?qiáng)對(duì)高水材料的長(zhǎng)期性能研究。 (3) 研制高效礦山充填設(shè)備和提高礦山充填自動(dòng)控制與自動(dòng)化水平。礦山充填系統(tǒng)的自動(dòng)化程度的高低直接影響和制約礦山的發(fā)展，但是由于國(guó)產(chǎn)的相關(guān)設(shè)備技術(shù)性能穩(wěn)定性差，遏止了礦山充填技術(shù)的發(fā)展。所以必須加強(qiáng)研制高效濃密設(shè)備(如：高效濃密機(jī)、陶瓷過濾機(jī)、真空過濾機(jī)、盤式過濾機(jī)等)，為高濃度全尾礦漿的制備提供有效保證，同時(shí)研究減少或消除充填設(shè)備磨損和腐蝕的方法。因?yàn)槊旱V沒有尾砂，上述設(shè)備在煤礦不適用！更重要的是要研制高濃度輸送設(shè)備，采用壓排設(shè)備輸送調(diào)節(jié)

15、各段輸送壓力， 防止輸送堵管現(xiàn)象。對(duì)于充填系統(tǒng)卸料濃度和物料流量的自動(dòng)控制技術(shù)正常化，最為關(guān)鍵的是要研制和引進(jìn)適合于礦山應(yīng)用的自動(dòng)化設(shè)備和儀表，建立真正意義上的自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而調(diào)節(jié)充填系統(tǒng)的全尾礦卸料、允填固化材料和清水等物流量來自動(dòng)調(diào)節(jié)充填濃度。 (4) 嚴(yán)格充填站管理制度，定期采樣、確保充填質(zhì)量?，F(xiàn)代化的充填站都裝備有各種電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備，以利于生產(chǎn)所需的充填材料。這種充填站一般都是地表設(shè)施，設(shè)置在礦山選礦1 km內(nèi)或其附近，以利于選礦廠供應(yīng)充填站制備充填料所需的組分。 各充填站的設(shè)計(jì)一般都很相似，而且制備流程所需的各種設(shè)備，包括泵、閥、流量計(jì)、濃度計(jì)和膠結(jié)計(jì)量裝置，都已使用電子控制。

16、膠結(jié)劑材料和混合漿體濃度的劑量控制對(duì)保持充填料質(zhì)量都是最重要的因素。為達(dá)到有效的劑量，許多稱重裝置和流量監(jiān)測(cè)裝置都取決于精確的校準(zhǔn)。為保持松散充填材料的合理速 度控制，大多數(shù)充填料制備站對(duì)充填料制備流程的設(shè)備既不進(jìn)行定期的也不進(jìn)行系統(tǒng)的檢查，即使有這種檢查的話，也只是安排每半年或更長(zhǎng)的周期進(jìn)行維護(hù)和檢查工作。另有一些充填站，只是在設(shè)備發(fā)生故障或各種流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)才進(jìn)行檢查 。 因此，為了使充填料制備站流程控制保持最低限度的適宜程度，應(yīng)當(dāng)建立設(shè)備的定期檢查制度作為最終檢驗(yàn)充填料制備站質(zhì)量控制適宜程度的手段，不管儀器的精度和機(jī)械化程度如何，對(duì)充填站產(chǎn)品進(jìn)行定期采樣檢查，可確保充填料的物理

17、特性維持在所需要求的水平上。2 膏體充填材料研究 2.1 膏體充填材料的研究進(jìn)展5 隨著礦山充填技術(shù)的發(fā)展，充填材料和工藝在不斷改進(jìn)和創(chuàng)新的過程中得到了發(fā)展。在水砂充填基礎(chǔ)上發(fā)展起來的膠結(jié)充填技術(shù)經(jīng)歷了低濃度膠結(jié)充填、高濃度膠結(jié)充填和膏體泵送充填及高水速凝材料固結(jié)充填3個(gè)主要階段。為了提高充填質(zhì)量傳統(tǒng)的低濃度膠結(jié)充填發(fā)展成近十幾年出現(xiàn)的高濃度全尾砂膠結(jié)充填、塊石砂漿膠結(jié)充填、碎石水泥漿膠結(jié)充填和膏體泵壓輸送膠結(jié)充填，主要采用水泥作為膠結(jié)料。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和西北礦冶研究院分別開發(fā)了高水充填材料和全尾膠固充填材料。長(zhǎng)期以來，大量的井下采空區(qū)充填需要消耗數(shù)以萬噸計(jì)的水泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，充填成本占采礦成本的1

18、/3左右，充填成本中充填材料又占80以上，昂貴的充填成本不僅給礦山造成很大的經(jīng)濟(jì)壓力，而且嚴(yán)重制約了充填采礦技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。采用新技術(shù)，在不降低充填體強(qiáng)度的條件下，降低水泥消 耗量是充填技術(shù)的主攻方向。 膏體充填所用膠凝材料一般為一類以普通硅酸鹽水泥為基材(占一半左右)，與石膏、石灰和多種外加劑等科學(xué)配制的復(fù)合材料。為了降低充填材料的成本，膠結(jié)充填材料中的骨料用尾砂或采礦矸石，我國(guó)西北礦區(qū)也可采用大量賦存的風(fēng)積沙。膠結(jié)劑采用或部分采用水泥替代品，如高爐礦渣、粉煤灰等作為膠結(jié)劑。充填體質(zhì)量濃度60 68 ，不僅降低了煤礦的充填成本，而且也能回收礦山固體廢棄物，降低對(duì)環(huán)境的污染。大量的實(shí)驗(yàn)表明，

19、水泥能夠有效地對(duì)河砂、粉煤灰進(jìn)行膠結(jié)。在相同濃度、相同河砂粉煤灰配合比下，隨著水泥用量(灰砂比)的增加，膠結(jié)材料的強(qiáng)度不斷增加，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度不斷增加。 骨料的選用較為容易，一般就地取材消耗固體廢棄物，也可選擇天然賦存的風(fēng)積沙。目前正在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用的固體廢物膏體充填技術(shù)就是把煤礦就近的煤矸石、粉煤灰、工業(yè)爐渣、城市固體垃圾等在地面加工成膏體漿液，然后用充填泵或自溜通過管道輸送到井下，最終膠結(jié)充填采空區(qū)。 膏體充填技術(shù)在國(guó)內(nèi)首先應(yīng)用到了有色金屬礦山，并在后期不斷推廣應(yīng)用中取得了較好的效果。為提高煤炭資源采出率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，濟(jì)寧市太平煤礦首度將膏體充填技術(shù)應(yīng)用到煤炭開采當(dāng)中，并于2

20、006年5月建成了我國(guó)煤礦第1一個(gè)膏體充填示范工程。自此，膏體充填作為一種新型充填開采技術(shù)在煤礦綠色開采中得到重視和推廣應(yīng)用。 2.2煤礦膏體充填材料的特點(diǎn)52.2.1 膏體充填材料在煤礦應(yīng)有的一般要求 (1) 成本要求低。充填成本增加、充填工藝復(fù)雜勢(shì)必會(huì)阻礙充填技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，因此，充填材料和充填工藝是充填技術(shù)的重要組成部分。 (2) 充填材料要求來源廣泛。根據(jù)煤礦對(duì)充填材料價(jià)格低、來源廣的基本要求，煤礦一般采用矸石或風(fēng)積沙等固體廢棄物做骨料，以水泥或水泥代用品做膠凝材料來充填。 (3) 早期強(qiáng)度要高。充填體充填采空區(qū)后，前期不但要有足夠的強(qiáng)度保持自立外，還要對(duì)頂板起到一定的支撐作用，因此

21、，其早期強(qiáng)度要足夠。地表沉陷控制要求高，膏體充填可靈活地運(yùn)用到控制地表沉降變形的技術(shù)當(dāng)中，其強(qiáng)度及充填參數(shù)的協(xié)調(diào)配合可調(diào)整整個(gè)充填開采的效果和費(fèi)用。2.2.2 膏體充填材料的優(yōu)越性 保水開采可以采用膏體充填材料等對(duì)采空區(qū)進(jìn)行局部充填，控制頂板的下沉，保障隔水層的穩(wěn)定性?？梢岳庙肥蝻L(fēng)積沙作為地下充填的主要材料，配制成膏體材料，其突出優(yōu)點(diǎn)有： (1) 水泥需要量可進(jìn)一步減少，在極少用量條件下就能夠使以煤矸石、風(fēng)積沙等為集料制作的膏體料漿正常凝結(jié)固化，達(dá)到所需要的強(qiáng)度。 (2) 早期強(qiáng)度高，養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)，并對(duì)頂板起一定支撐作用。 (3) 充填體比普通脫泥尾礦的強(qiáng)度高，充填

22、料在充填區(qū)域的析離和由此而損失的強(qiáng)度很少。 (4) 與傳統(tǒng)的水沙充填相比，膏體充填料漿在采場(chǎng)中無需脫水，工藝簡(jiǎn)單，泌水率收縮不明顯，能有效地控制覆巖沉降。 (5) 原材料來源廣泛、成本低廉、加工簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。 綜合分析，膏體充填材料工藝簡(jiǎn)單，其應(yīng)用不但能有效控制隔水層變形，且能控制地表沉陷，保護(hù)水資源和地表生態(tài)環(huán)境，有利于發(fā)展綠色開采。 2.2.3 膏體充填材料的強(qiáng)度特性 膏體充填材料由于具有真實(shí)的黏聚力，其強(qiáng)度特性主要是指抗壓強(qiáng)度，特別是單軸抗壓強(qiáng)度特性。實(shí)驗(yàn)室大量研究表明，膏體充填體具有如下強(qiáng)度特性： (1) 早期強(qiáng)度高，固結(jié)速度快。 (2) 具有一定的強(qiáng)度再生性能。 (3) 彈性模量

23、較高。 (4) 塑性強(qiáng)化特性明顯。 膏體充填體的這些特性，對(duì)工作面頂板和隔水層穩(wěn)定性的控制非常有利。在滿足一定強(qiáng)度要求的情況下，還有一個(gè)塑性流變的過程，可以充分利用膏體充填體的這個(gè)性能，在具體的膏體充填開采設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低對(duì)充填材料的強(qiáng)度要求，不但能有效地控制開采沉陷，而且還降低了充填材料的成本，從而取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。 2.3膏體充填材料強(qiáng)度影響因素6 大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明，膏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粉煤灰用量及種類和養(yǎng)護(hù)齡期、矸石粒級(jí)對(duì)充填體強(qiáng)度都有不同程度的影響： （1）相同條件下，隨著膏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度的增加，充填體充填體強(qiáng)度隨之不斷提高。 （2）粉煤灰對(duì)膏體充填體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要是在于其充填致密和活

24、性膠凝作用。不同的粉煤灰，由于其化學(xué)、礦物成分及微觀形態(tài)的差異，對(duì)充填體強(qiáng)度的影響各異。相同條件下，隨著粉煤灰用量的增加，其強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)。 （3）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度、粉煤灰用量一定的條件下，充填體強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期不斷增長(zhǎng)。 （4）實(shí)踐中，可以利用粉煤灰增強(qiáng)減水作用，大摻量使用，提高膏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度，減少膏體膠結(jié)料用量，降低充填成本，提高充填體強(qiáng)度。 （5）矸石粒級(jí)的水平劃分對(duì)膏體充填材料的強(qiáng)度影響很明顯，并且在矸石粉中細(xì)顆粒的百分比含量52是最好的。細(xì)集料對(duì)煤矸石膏體充填材料的和易性影響很大。矸石粒級(jí)的劃分不同，在很大程度上影響該材料的可泵性。 2.4 膏體充填材料的組成2膏體充填材料膏體膠結(jié)料與

25、粉煤灰、煤矸石或砂與水合理配制而成。膏體膠結(jié)料是一類以普通硅酸鹽水泥為基材(占一半左右)，與石膏、石灰和多種外加劑等科學(xué)配制的復(fù)合材料，為了便于區(qū)別，稱之為PL膏體膠結(jié)料。此材料加水混合后，凝結(jié)的初期快速水化生成適當(dāng)量的高結(jié)晶水水化物鈣礬石， 其分子式為 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，結(jié)晶水分子容積高81.16%，從而達(dá)到速凝、早強(qiáng)的效果；凝結(jié)的中期和后期，又能夠正常水化生成硅酸鈣凝膠等膠凝物質(zhì)，如3CaO·2SiO2·3H2O，3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O，4CaO·A

26、l2 O3·13 H2O，6CaO·Al2O3·Fe2O3·12H2O，Ca(OH)2 等，具有后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)的特點(diǎn)，保證了后期強(qiáng)度的需要。粉煤灰在充填材料種主要發(fā)揮微集料作用，目的是在膠結(jié)料摻量很少的條件下保證膏體具有良好的工藝性能。煤矸石或砂做骨料，起支撐作用。3 速凝劑研究3.1 國(guó)內(nèi)外速凝劑發(fā)展現(xiàn)狀3.1.1 國(guó)外概況7 國(guó)外速凝劑的種類很多，世界上獲得專利的產(chǎn)品不下數(shù)百種，以下僅介紹幾種有代表性的產(chǎn)品。 在眾多速凝劑中，投入工程使用較早的一種是瑞士、奧地利研制的西卡(Sika)速凝劑，到現(xiàn)在已有幾十年的歷史。這種速凝劑的主要成分為硅酸鈉，是一

27、種無味的液體，對(duì)人體皮膚有腐蝕傷害作用。利用這種速凝劑進(jìn)行水泥凈漿速凝試驗(yàn)，當(dāng)摻量為4 時(shí)，即可使水泥凈漿在1.5 min內(nèi)初凝，3.75 min內(nèi)終凝。1 d、3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度值分別為10.0、23.0和34.0 MPa。 奧地利還研制生產(chǎn)了西古尼特(Sigunite)速凝劑，這種速凝劑在進(jìn)行水泥凈漿試驗(yàn)時(shí)，具有下述特點(diǎn)：即當(dāng)摻量3 時(shí)，可使水泥凈漿在4.33 min內(nèi)初凝，8.50 min內(nèi)終凝，l d、3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度值分別為7.0、20.0和35.0 MPa。 美國(guó)西卡化學(xué)公司也研制了西卡(Sika)液體速凝劑，據(jù)稱其速凝效果比其他速凝劑要好。 日本生產(chǎn)了多種速凝劑

28、，如 P-500速凝劑，MC-水泥速凝劑、西古尼特-D、西古尼特-W、Sika-G、Sika-D等。其中日本西卡公司研制的 Sika-G型產(chǎn)品，當(dāng)摻入混凝土料中進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定時(shí)，表現(xiàn)出要比SikaD型的好，而且Sika-G型速凝劑對(duì)人體的危害程度與Sika-D比也要小。日本還曾用丙烯酸鎂和過硫酸嘜作速凝劑，其中過硫酸胺起觸媒作用，在實(shí)際應(yīng)用中獲得了相當(dāng)好的效果。據(jù)報(bào)道：當(dāng)在普通硅酸鹽水泥100份和豐浦標(biāo)準(zhǔn)砂200份中，加入100份30 的丙烯酸鎂水溶液。再把6份5 的過硫酸胺水溶液加進(jìn)去迅速攪拌，結(jié)果l min開始初凝，2 min后失去流動(dòng)性，約4 min后硬化到指頭按壓不動(dòng)的程度。日本雖然研制

29、出了多種速凝劑，且各具特點(diǎn)，但據(jù)介紹，以西古尼特-D 、西古尼特-W兩種應(yīng)用最為廣泛。 前蘇聯(lián)在采用噴射混凝土支護(hù)時(shí)，曾用NaF作速凝劑，據(jù)稱收到了良好效果。試驗(yàn)指出：當(dāng)摻入1 3 的NaF。有利于加速含鋁酸三鈣和硅酸三鈣的水泥凈漿和砂漿的結(jié)構(gòu)形成及縮短凝結(jié)時(shí)問，并且C3A和C3S含量愈高，速凝效果愈好。但若水泥中的鋁酸三鈣含量低于2 -3 時(shí)，摻入NaF則不起速凝作用。在正常情況下，NaF能使水泥凈漿在13 min內(nèi)凝結(jié)，可促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的形成，增加混凝土的剪切強(qiáng)度，同時(shí)混凝土的后期強(qiáng)度與未加NaF的相比降低不多。試驗(yàn)還指出：NaF有利于提高混凝土的抗?jié)B能力及混凝土與鋼筋的粘結(jié)力。 前蘇聯(lián)還

30、研制了一種稱之為HKA的復(fù)合速凝劑。這種復(fù)合速凝劑實(shí)際上是由鋁酸鈉、碳酸鈉及硫酸鈉配制而成，在正常溫度下，當(dāng)摻量為4 -5 時(shí)，可使水泥凈漿1030 s內(nèi)凝固。在相同摻量的情況下，若噴射混凝土的水灰比在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，對(duì)混凝土的凝結(jié)速度影響不大。但這種復(fù)合速凝劑含有一定數(shù)量的游離堿，對(duì)噴射混凝土的操作工人會(huì)有一定的傷害。應(yīng)當(dāng)提出：上述國(guó)外研制的多種速凝劑，絕大部分其主要成分為硅酸鈉、鋁酸鈉和碳酸鈉等，這些速凝劑最大的缺陷是對(duì)人體有不同程度的傷害。此外，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度有一定影響、噴射混凝土回彈較高。為了克服這些弊端，力求尋找新的品種。 近年來，通過人們的不斷努力，已經(jīng)取得了可喜的成果，不少新

31、型添加劑已被地下工程噴射混凝土作業(yè)所接收。如在奧地利、瑞士和斯堪的納維亞已廣泛使用被稱之為Delvo系列的添加劑就是一例。這種添加劑(穩(wěn)定劑)能控制水泥在噴射作業(yè)時(shí)的水化動(dòng)態(tài)特性，混凝土通過穩(wěn)定劑的作用，能保持其塑性狀態(tài)達(dá)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。若需要混凝土凝固時(shí)，只要再加入一種稱之為S活化劑的物品，其摻量為水泥重的3 6 ，則水化作用即行開始。無論是添加穩(wěn)定劑還是活化劑，都不會(huì)改變混凝土的質(zhì)量和特性。據(jù)介紹，該S活化劑，其作用如同速凝劑，使用這種活化劑后，其混凝土的強(qiáng)度與普通速凝混凝土的強(qiáng)度相當(dāng)，這就意味著無需另加速凝劑。同時(shí)加有S活化劑的混凝土其后期強(qiáng)度只有很小的降低，并不像許多速凝劑那樣會(huì)使混凝

32、土后期強(qiáng)度下降 20 40 。另外，在使用Delvo系列添加劑后，由于能作長(zhǎng)距離輸送和進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間貯存，因而獲得了傳統(tǒng)混凝土混合料不具備的靈活性。 90年代初，在哈格巴赫試驗(yàn)坑道中使用了適宜于干法噴射混凝土的Sika Tell 100 和適宜于濕噴的Sika Tell 200這兩種新型添加劑，共進(jìn)行了40多次噴射混凝土試驗(yàn)，最引人注目的試驗(yàn)結(jié)果是其回彈率極低。這兩種添加劑的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)生態(tài)環(huán)境不會(huì)造成危害。在不要求有極高早期強(qiáng)度的情況下，可用計(jì)量泵計(jì)量添加，即便在劑量較小的情況下，也能獲得很厚的噴層。使用情況表明，按水泥重量的1.5 2 添加Sika Tell 100添加劑，可獲得降低回彈的最

33、佳效果，并能獲得較高的強(qiáng)度。但當(dāng)摻量增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低。試驗(yàn)指出：當(dāng)采用普通骨料、普通硅酸鹽水泥的情況下，添加Sika Tell 100添加劑，進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，其回彈率可低于10 ，28 d抗壓強(qiáng)度值為35 MPa，水的滲透深度低于30 mm。 當(dāng)使用Sika Tell 200添加劑進(jìn)行濕噴作業(yè)時(shí)，其回彈率為7 10 ，在不摻入別的速凝劑的情況下，可獲得很厚的噴層。即使是噴頂也是這樣。 加拿大、美國(guó)及北歐一些國(guó)家，目前在廣泛使用鐵合金廠的廢料微粒硅作噴射混凝土的添加劑。據(jù)稱，這種微粒硅會(huì)使混凝土具有獨(dú)特的性能。加拿大的研究指出：添加微粒硅的噴射混凝土，其強(qiáng)度、耐久性和不透水性都很好

34、，同時(shí)能提高混凝土的粘性，可使一次噴射混凝土厚度達(dá)0.40.5 m，因而可減少噴射混凝土的回彈損失。微粒硅噴射混凝土的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在潮濕受噴面作業(yè)時(shí)，不會(huì)降低粘結(jié)質(zhì)量。據(jù)化學(xué)分析，微粒硅的主要成分為非晶氧化硅，此外，含有鐵、鋁、鈣和鎂的氧化物。前蘇聯(lián)曾進(jìn)行過適合于普通噴射混凝土能達(dá)到最高強(qiáng)度的微粒硅最佳含量的研究，并指出：當(dāng)微粒硅含量增加時(shí)，混凝土的耗水量增加，例如當(dāng)微粒硅含量超過15 時(shí)，水灰比要增加到0.47。混凝土的強(qiáng)度與微粒硅的含量成正比，當(dāng)微粒硅含量為20 時(shí)，強(qiáng)度增加最大，在這種情況下，抗彎強(qiáng)度增加1倍，抗壓強(qiáng)度提高70 。當(dāng)微粒硅摻量為混凝土干料重量的4.5時(shí)，水泥用量分別降低(

35、)，15，20，25，30，35 和40(為使混凝土的絕對(duì)體積保持不變，按減少的水泥體積量加入同等體積的砂子)。結(jié)果表明，雖然水灰比達(dá)到0.7，但混凝土的強(qiáng)度不僅投有降低，甚至還有提高。在混凝土中摻入微粒硅所獲得的良好效果這一實(shí)事說明，這種添加劑將會(huì)有很好的發(fā)展前景。3.1.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀7 我國(guó)在引進(jìn)噴射混凝土支護(hù)技術(shù)的當(dāng)初，有的施工隊(duì)沒有使用速凝劑，因而使回彈率很高，特別是在噴敷頂拱時(shí)競(jìng)高達(dá)40 。有的甚至更高。同時(shí)在沒有速凝劑的情況下，一次噴層也很小，在某種程度上有礙于噴射混凝土的推廣。為此，我國(guó)于1965年前后著手開始了混凝土速凝劑的研究，并相繼取得了多項(xiàng)成果。以下介紹幾種有代表性的產(chǎn)品

36、。 (1) 紅星1型速凝劑 60年代初，噴射混凝土作為一種支護(hù)手段在井巷等地下工程中獲得應(yīng)用，為了順利開展這一工作，作為噴射混凝土添加劑之一的速凝劑的研究理所當(dāng)然地?cái)[在了科技工作者面前。 中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)所于1966年研制成了紅星1型速凝劑。這種速凝劑是由鋁氧熟料、純堿和生石灰混合配制而成。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，摻量為2 時(shí)，水泥漿的終凝時(shí)間為6 min，1天的抗壓強(qiáng)度值為不摻者的3倍；當(dāng)摻量為2.5 時(shí)，可使水泥凈漿1.5 min內(nèi)初凝，7.5 min內(nèi)終凝，1 d、3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度值分別為8.4、22.0和30 MPa。這種速凝劑的研制成功，很快在國(guó)內(nèi)地下工程界得到推廣應(yīng)用，解決了我國(guó)

37、地下工程噴射混凝土用速凝劑的急需。但是紅星1型速凝劑的速凝和早強(qiáng)效果受環(huán)境溫度、攪拌時(shí)間、水泥風(fēng)化程度、速凝劑本身是否受潮以及水泥品種的影響較大，只有掌握這些特性之后，才能正確發(fā)揮其作用。此外，這種速凝劑對(duì)人體皮膚有一定的腐蝕傷害作用，容易受潮，對(duì)噴射混凝土后期強(qiáng)度有一定影響。 (2) 陽(yáng)泉1型速凝劑 該速凝劑是中國(guó)科學(xué)院工程力學(xué)所與山西陽(yáng)泉市建筑工程公司于1974年研制成功的。這種速凝劑是用芒硝代替純堿燒結(jié)鋁氧熟料，再與生石灰、氧化鋅等混磨而成。其主要成分是鋁酸鈉、硅酸三鈣、硅酸二鈣氧化鈣和氧化鋅。當(dāng)摻量為2 時(shí)，水泥凈漿的初凝時(shí)間為1.92 min，終凝時(shí)間為5.75 min，1 d、3

38、d和28 d的抗壓強(qiáng)度值分別為8.8、21.0和28.0 MPa。這種速凝劑對(duì)人體皮膚有腐蝕，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度有影響。 （3) 711型速凝劑 7l1 型速凝劑由上海市建筑科學(xué)研究所和上海市硅酸鹽制品廠于1971年研制而成。它是由礬土、純堿、石灰混合燒成熟料后再加入無水石膏磨細(xì)而成，其主要成分為鋁酸鈉、硅酸二鈣和鐵酸鈉。當(dāng)摻量為3.5 時(shí)，水泥凈漿可在3 min內(nèi)終凝，1 d和28 d的抗壓強(qiáng)度值分別為8.1和43.2 MPa。這種速凝劑仍然對(duì)人體皮膚有腐蝕傷害作用，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度有一定影響。 (4) 73牌速凝劑 該速凝劑是銅川煤炭基本建設(shè)公司建筑材料廠于1973年研制而成。它是用重堿代替

39、純堿煅燒鋁氧熟料，將熟料粉磨即成速凝劑。當(dāng)摻量為6 時(shí)，能使混凝土5 min內(nèi)初凝，10 min內(nèi)終凝。在這一摻量情況下，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度影響不大，但若摻量增加則對(duì)后期強(qiáng)度的影響會(huì)變得十分明顯。 （5）782型速凝劑 782型速凝劑由長(zhǎng)沙礦山研究院和上海市硅酸鹽制品廠研制成功。它是利用礬泥經(jīng)適當(dāng)處理，再配少量其他材料制成的粉狀速凝劑。當(dāng)摻量為5 7 時(shí)，可使水泥凈漿5 min內(nèi)初凝，10 min內(nèi)終凝，28 d抗壓強(qiáng)度為不摻者的90 以上。這種速凝劑含堿量較少，所以對(duì)人體的腐蝕傷害亦輕但是這種速凝劑摻量大，為一般速凝劑的兩倍，而且價(jià)格與一般速凝劑相當(dāng)。同時(shí)對(duì)某些礦渣水泥的適應(yīng)性差。（6）WJ-

40、1型速凝劑WJ-1型速凝劑系由長(zhǎng)沙礦山研究院研制并組織生產(chǎn)，與其他速凝劑的生產(chǎn)工藝相比，在生產(chǎn)過程中，省去了破碎、成球和高溫焙燒等環(huán)節(jié)，從而簡(jiǎn)化了工藝過程，縮短了生產(chǎn)周期，具有制備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，有利于降低成本。此外，還具有對(duì)人體無腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一種摻量較少、速凝較快、強(qiáng)度較高、可達(dá)到較厚噴層的新型速凝劑。當(dāng)摻量為4 時(shí)，可使混凝土在1.50 min內(nèi)初凝，5.82 min 終凝，1 d、3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度值分別可達(dá)5.0、19.0和33.0 MPa。 （7）AC型速凝劑 由長(zhǎng)沙礦山研究院研制并組織生產(chǎn)的AC型速凝劑，具有良好的物理力學(xué)性能。在速凝效果、適應(yīng)性、混凝土后期強(qiáng)度以及對(duì)人體的腐

41、蝕傷害等方面都有較好的技術(shù)指標(biāo)，而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，投資少、見效快。當(dāng)摻量為6 時(shí)，水泥凈漿初凝時(shí)間為1.33 min，終凝時(shí)間為2.83 min，1 d、3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度值分別為9.6、l7.0和46.0 MPa。（8）高效減水速凝劑該速凝劑是由長(zhǎng)沙礦山研究院研制并生產(chǎn)。研制這種速凝劑是為了克服782速凝劑的缺點(diǎn)，在782速凝劑配方的基礎(chǔ)上，增加新的成分后試驗(yàn)而成。通過采用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度計(jì)進(jìn)行測(cè)定表明：高效減水速凝劑的施工需水量比目前常用的速凝劑低，這一特點(diǎn)對(duì)提高水泥制品的強(qiáng)度非常有利。對(duì)比試驗(yàn)表明，在相同水灰比的情況下，摻高效減水速凝劑的水泥石，28 d抗壓強(qiáng)度值與摻入782型速凝劑

42、的相當(dāng)，比摻紅星1型的高33 。在混凝土相同稠度情況下，摻高效減水速凝劑的水泥石強(qiáng)度要比摻紅星1型的高80 。比摻入782型速凝劑的高16 。在采用偏高摻量的情況下，則紅星1型速凝劑不但會(huì)使水泥凈漿凝結(jié)時(shí)問變慢 ，而且28 d強(qiáng)度也比正常摻量低12 。但高效減水速凝劑采用偏高摻量時(shí)，不但凝結(jié)時(shí)間快，早期強(qiáng)度更高，而且28 d強(qiáng)度指標(biāo)無明顯影響。同時(shí)高效減水速凝劑不但適用于硅酸鹽水泥和普通水泥，也適用于各種礦渣水泥及特種水泥。到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)高效減水速凝劑不適應(yīng)的水泥。同時(shí)這種速凝劑不會(huì)對(duì)施工人員造成腐蝕傷害。實(shí)踐表明：這種速凝劑不失為一種較為良好的速凝劑。(9) J85型混凝土速凝劑該速

43、凝劑由中國(guó)建材研究院房建材料與混凝土所和煤炭科學(xué)研究院北京建井所共同研究開發(fā)而成。其用于噴射混凝土施工中可增大噴層厚度，縮短兩次噴層的時(shí)間間隙，使新噴混凝土迅速凝結(jié)，并可提高新噴混凝土的早期強(qiáng)度，及早提供支護(hù)能力，減少新噴料的塌落。還具有混凝土后期強(qiáng)度可達(dá)空白砼的80 以上。含堿量底，腐蝕性極微，無毒。噴射料粘結(jié)好，回彈量小，一次噴層厚等特點(diǎn)。由于J85混凝土速凝劑可增加混凝土的粘稠性，故可減少噴射混凝土的回彈量。國(guó)內(nèi)噴射混凝土使用的速凝劑回彈量一般為30 40 ，J85速凝劑可使回彈量降至20 左右。堿性小，對(duì)人體反映腐蝕危害性小?；炷?8d強(qiáng)度降低小且初、終凝時(shí)間間隔短，一般只有l(wèi)-2分

44、鐘min，從而可提高混凝土一次噴射厚度，加快施工進(jìn)度。在水泥硬化過程中體積變化小，當(dāng)配制摻入J85速疑劑的砂漿與空白砂漿相同標(biāo)號(hào)時(shí)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)可大大提高，這對(duì)地下工程的防潮、防水是很有益的性能。 （10）8880型水泥速凝劑 由安徽省巢湖速凝劑總廠開發(fā)的8880型水泥速凝劑主要是利用礬礦的工業(yè)廢渣一礬泥，經(jīng)烘干后與鋁氧熟料、A組分和B組分，按一定比例混勻粉碎制成的粉狀材料。其具有以下特點(diǎn)： 1、注意編號(hào)！宜改為（i）等。按水泥質(zhì)量的6 摻入混凝土，初凝時(shí)間小于3 min，終凝時(shí)間小于7 min；1 d 抗壓強(qiáng)度可達(dá)8 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度比為96 107。2、抗?jié)B標(biāo)號(hào)可達(dá)S18。 3、一次噴

45、涂厚度平均達(dá)100 mm，平均回彈量可控制在12.5 以下。 4、噴射混凝土?xí)r，粉塵濃度小于10 mg/m3，工作面內(nèi)肉眼可見度好，混凝土耐久性能好。 5、堿性甚小，對(duì)人體無毒，無腐蝕性，無刺激性氣味。儲(chǔ)存期可達(dá)6個(gè)月。 （11）8880-Q型液體速凝劑安徽巢湖速凝劑總廠通過多年研究與實(shí)踐，采用無機(jī)、有機(jī)材料合成新工藝，開發(fā)的新一代高效多功能8880-Q型液體速凝劑，該產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中具有領(lǐng)先地位，它不但具有速凝效果，而且有防水性能。其主要性能有： 1、摻量低，一般為水泥量 3 %5 %。 2、凝結(jié)時(shí)間快，初凝 <3 min，終凝<10 min。 3、粘結(jié)性好，一次噴層厚。 4、回

46、彈低，一般為5 %15 %。 5、工作面粉塵小。 6、28d抗壓強(qiáng)度為不摻者的90 %以為。 7、抗?jié)B防水效果明顯，可達(dá)P14以為。 8、對(duì)水泥適應(yīng)性好。(12) JL-1型低堿液體速凝劑8JL-1型低堿液體速凝劑由鄭州大學(xué)研究與實(shí)踐而成，主要速凝成分為水玻璃（液體）、明礬、碳酸鈉、聚丙烯酰胺。其所有技術(shù)性能指標(biāo)均符合噴射混凝土用速凝劑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JC477-92的要求。其中在摻量為8 時(shí)，凝結(jié)時(shí)間為：初凝 24 min，終凝610 min，28 d強(qiáng)度不降低，并略有提高。摻入明礬石作為其膨脹組分，對(duì)混凝土的收縮形成補(bǔ)償收縮，克服了原有的水玻璃速凝劑的一些缺點(diǎn)。符合現(xiàn)代混凝土工程技術(shù)界對(duì)混凝土產(chǎn)

47、品高性能的技術(shù)要求(高強(qiáng)、耐久、體積穩(wěn)定性好、工藝性能等)。另外，由于水玻璃和碳酸鈉的同時(shí)使用，降低了速凝組分水玻璃的用量，也在一定程度上減小了混凝土的體積收縮。運(yùn)用膠體化學(xué)的吸附理論，在水玻璃溶液中加入高分子化合物，如聚丙烯酰胺，在水泥漿體的顆粒表面發(fā)生吸附現(xiàn)象，從而在水泥漿體的顆粒之間形成連接鏈，即產(chǎn)生橋聯(lián)效應(yīng)，增加了水泥漿體顆粒之間的作用力，實(shí)現(xiàn)增稠效果，這樣既可以減少施工現(xiàn)場(chǎng)的粉塵濃度，又可以節(jié)約施工費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。JL-1型液體速凝劑堿性較低，對(duì)降低堿骨料反應(yīng)非常重要，可以有效地改善混凝土的耐久性。（13） LSA液體速凝劑9 LSA液體速凝劑是南京工業(yè)大學(xué)采用無機(jī)復(fù)合方法合成的

48、一種低堿液態(tài)水泥速凝劑。性能測(cè)試結(jié)果表明，LSA速凝劑摻量為7 時(shí)可使PII52.5硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間縮短至l3 min，終凝3.1 min，ld抗壓強(qiáng)度達(dá)到l9.8 MPa，比空白試樣提高37.5 ，28 d抗壓強(qiáng)度保留率為95.2 。同樣摻量時(shí)可使JC477-2005基準(zhǔn)水泥的初凝時(shí)間縮短至l.8 min，終凝3.8 min，1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到l6.3 MPa，比空白試樣提高136 ，28 d抗壓強(qiáng)度保留率為107.5。XRD、SEM、TG-DSC等測(cè)試手段對(duì)水泥硬化體微觀結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物的深入分析表明，LSA速凝劑是通過促進(jìn)早期水泥水化體系鈣礬石晶體生成而達(dá)到促凝效果的。（14） HL-

49、801型液態(tài)速凝劑10HL-801型液態(tài)速凝劑摻入混凝土中，能使混凝土立即增稠、早強(qiáng)提高，且對(duì)28 d強(qiáng)度無不利影響，它還可以增加噴射混凝土的一次噴厚，減少粉塵和回彈量。經(jīng)施工現(xiàn)場(chǎng)多次應(yīng)有，確實(shí)改善了工作環(huán)境，節(jié)約了材料，加快了施工，有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。3.2速凝劑作用機(jī)理目前對(duì)于速凝劑的促凝機(jī)理尚無定論，主要有如下一些觀點(diǎn)： 熊大玉等11認(rèn)為以鋁氧熟料、碳酸鹽、石灰等為基礎(chǔ)的速凝劑加入水泥后，石膏被迅速消耗后濃度降低，其緩凝作用已很不明顯，導(dǎo)致C3A迅速溶解進(jìn)入水化反應(yīng)，C3A的水化產(chǎn)物又迅速生成鈣礬石而加速了水泥漿的凝結(jié)硬化。 鄭國(guó)強(qiáng)12 等認(rèn)為無機(jī)速凝組分與水泥中所含的各組分(主要是石

50、膏)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成更難溶鹽類，使?jié){體中SO4 2-明顯降低，在這種情況下，水泥中的C3A快速和Ca(0H)2反應(yīng)生成大量六角板狀的水化鋁酸鈣晶體從而導(dǎo)致水泥漿體的迅速凝結(jié)。 郭啟峰13認(rèn)為,以Al2(SO4)3為主劑的無堿速凝劑，由于Al2(SO4)3等電解質(zhì)的解離，使水化初期溶液中硫酸根離子濃度驟增并與溶液中的A12O3 、Ca(OH)2等組分急速反應(yīng)，迅速生成微細(xì)針柱狀的鈣礬石在水泥顆粒間交叉連生成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)而速凝。 劉晨14、潘志華15等則人認(rèn)為將速凝劑的促凝機(jī)理歸因于消除了石膏的緩凝作用值得懷疑。通過研究他們得出高堿速凝劑之所以能加速水泥水化，一是C3S迅速水化生成了大量的C-S-

51、H凝膠和Ca(0H)2；二是大量水化熱使水泥漿體溫度升高；三是大量游離水被結(jié)合使?jié){體失去流動(dòng)性。趙蘇16等認(rèn)為鋁酸鈉液體速凝劑的促凝機(jī)理，并不是主要靠生成大量鈣礬石相互搭接而速凝，而是促進(jìn)各水泥礦物的反應(yīng)，形成大量的C-S-H凝膠，一定量的板狀晶體氫氧化鈣和柱狀晶體鈣礬石錯(cuò)綜復(fù)雜的分布在凝膠中，從而使水泥漿迅速凝結(jié)。 Paglia17等認(rèn)為，無堿速凝劑主要是通過鈣釩石的形成來實(shí)現(xiàn)速凝，而堿性速凝劑則主要是通過片狀Ca(OH)2 晶體的快速析出和一種代號(hào)為KCASSH(主要成分為K2 O，CaO，A12O3，SiO2，SO3和H2O)的無定形物質(zhì)的形成來達(dá)到速凝效果。 3.3膏體充填材料對(duì)速凝劑

52、的一般要求 （1）易于長(zhǎng)距離管道輸送。采用充填技術(shù)采礦要求膏體充填材料在地面工業(yè)場(chǎng)地配制并有地面經(jīng)管道向地下采空區(qū)輸送，速凝劑在膏體充填材料管道出口附近添加，為便于管道輸送，要求所用速凝劑為液體速凝劑。 （2）價(jià)格低廉。應(yīng)選擇價(jià)格較低的速凝劑以降低膏體充填材料成本，使膏體充填作為一種新型充填開采技術(shù)能在煤礦綠色開采中得到重視和推廣應(yīng)用。 （3）速凝功效顯著。 能使膏體充填材料凝固時(shí)間小于2 h，且強(qiáng)度達(dá)到0.1 MPa；28 d強(qiáng)度達(dá)到15 MPa。4膏體充填材料速凝技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)4.1 膏體充填材料的組成與配制2 本實(shí)驗(yàn)所用膏體充填材料是結(jié)合太平煤礦厚煤層分層膏體充填的需要進(jìn)行的， 膏體充填材

53、料膏體膠結(jié)料與粉煤灰、泗河砂與水合理配制而成。 膏體膠結(jié)料是一類以普通硅酸鹽水泥為基材(占一半左右)，與石膏、石灰和多種外加劑等科學(xué)配制的復(fù)合材料，為了便于區(qū)別，稱之為PL膏體膠結(jié)料。此材料加水混合后，凝結(jié)的初期快速水化生成適當(dāng)量的高結(jié)晶水水化物一鈣礬石，其分子式為 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，結(jié)晶水分子容積高達(dá)81.16 %，從而達(dá)到速凝、早強(qiáng)的效果；凝結(jié)的中期和后期，又能夠正常水化生成硅酸鈣凝膠等膠凝物質(zhì)，如3CaO·2SiO2·3H2O，3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O，4CaO·Al2O3·13H2O，6CaO·Al2O3·Fe2O3·12H2O，Ca(OH)2等，具有后期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)的特點(diǎn)，保證了后期強(qiáng)度的需要。 粉煤灰在充填材料種主要發(fā)揮微集料作用，目的是在膠結(jié)料摻量很少的條件下保證膏體具有良好的工藝性能。所用粉煤灰為里彥電廠煙塵粗灰，經(jīng)檢測(cè)，這種粉煤灰0.08 mm方孔篩篩余量26 %，標(biāo)準(zhǔn)稠度32.5 %，化學(xué)成分為SiO2 占54.68 %；Fe2O3占5.84 %；Al2O3占26.