發(fā)泡混凝土在煤礦中應(yīng)用

1、泡沫混凝土在煤礦中的應(yīng)用泡沫混凝土在煤礦中的應(yīng)用中國礦業(yè)大學(xué)中國礦業(yè)大學(xué)匯報內(nèi)容 概述概述 泡沫混凝土在礦井回填材料上的應(yīng)用泡沫混凝土在礦井回填材料上的應(yīng)用 泡沫混凝土在巷道支護(hù)中的應(yīng)用泡沫混凝土在巷道支護(hù)中的應(yīng)用 泡沫混凝土在注漿堵水中的應(yīng)用泡沫混凝土在注漿堵水中的應(yīng)用 泡沫混凝土在其它方面的應(yīng)用泡沫混凝土在其它方面的應(yīng)用 結(jié)論與展望結(jié)論與展望1 1 概概 述述u 我國是世界最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，煤炭在 一次性能源的比重占到70以上。u 我國是世界上的水泥生產(chǎn)大國，全國累計水泥產(chǎn) 量9.7億噸，估算的混凝土產(chǎn)量在26億立方米，占世界總產(chǎn)量的40。在今后100200年內(nèi)，混凝土仍將是主要的建

2、筑材料。u 混凝土支架過去是煤礦井巷工程常用的形式之一。 現(xiàn)澆混凝土支架、砌塊混凝土支架、鋼筋混凝土 支架。u 傳統(tǒng)混凝土在煤礦中地位F 比例逐年下降，不到比例逐年下降，不到10F 圍巖壓力不大，要求不許滲透水的永久峒室圍巖壓力不大，要求不許滲透水的永久峒室u 傳統(tǒng)混凝土在礦井支護(hù)的問題l 易脆、易裂、抗拉強(qiáng)度低，無法適應(yīng)煤礦巷道的易脆、易裂、抗拉強(qiáng)度低，無法適應(yīng)煤礦巷道的 大變形和沖擊荷載大變形和沖擊荷載 ；l 性能單一，施工質(zhì)量難以保證；性能單一，施工質(zhì)量難以保證；l 自重大，施工比較困難；自重大，施工比較困難；l 水泥消耗量大，造價高水泥消耗量大，造價高u 泡沫混凝土具有輕質(zhì)、抗震、吸能

3、、可縮等優(yōu)點，在未來的煤礦生產(chǎn)建設(shè)中，會有用武之地。 2 泡沫混凝土在礦井回填材料上的應(yīng)用泡沫混凝土在礦井回填材料上的應(yīng)用沉沉陷陷裂裂縫縫滑滑坡坡露天礦影響之后的草原露天礦影響之后的草原露天礦影響之前的草原露天礦影響之前的草原 2005年全國沉陷面積已達(dá)70萬公頃采空區(qū)回填是根治地表沉陷及采動損害的最直接、最有效的方法。 路廠電3456728儲灰罐路公1井下采空區(qū)回填示意圖u 傳統(tǒng)水泥膠結(jié)混凝土充填材料中l(wèi) 水泥 42.5普通硅酸鹽水泥,l 用量為150300kg/m3 ,l 水灰比約1.21.3 ,l 28d 混凝土抗壓強(qiáng)度5.010.0MPa ,l 水泥在膠結(jié)充填成本中占3060 %。l

4、一般噸煤成本約增加40元/噸。u 泡沫混凝土的優(yōu)勢 l輸送方便l流動性好l價格便宜l利用不同級配的尾礦礦粉， 可以保持較高的強(qiáng)度充 填 區(qū)充填器下 順 槽 膠 管膠管上 順 槽 采區(qū)上山輸灰鋼管泡沫混凝土輸送管泡沫混凝土充填系統(tǒng)平面圖泡沫混凝土充填系統(tǒng)平面圖全部垮落法的采空區(qū)泡沫混凝土充填后的采空區(qū)u冒落空洞充填冒落空洞充填 采掘工作面頂板冒頂后會形成一定范圍和高度的空洞采掘工作面頂板冒頂后會形成一定范圍和高度的空洞 傳統(tǒng)的處理方法：傳統(tǒng)的處理方法：l 木垛充填木垛充填木垛施工速度慢，材料消耗大，木垛與頂板接觸面小，控制木垛施工速度慢，材料消耗大，木垛與頂板接觸面小，控制作用差，積聚瓦斯，且操

5、作十分危險。作用差，積聚瓦斯，且操作十分危險。 l 聚胺樹脂（成本：聚胺樹脂（成本：3 3萬萬/ /噸）噸）成本高、易發(fā)熱著火等弊端成本高、易發(fā)熱著火等弊端 液 壓支 架溜 子A F C巷道冒頂綜采工作面冒頂通過調(diào)節(jié)發(fā)泡倍數(shù)以及改變水灰比來調(diào)節(jié)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度，最大可以提通過調(diào)節(jié)發(fā)泡倍數(shù)以及改變水灰比來調(diào)節(jié)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度，最大可以提高到高到10MPa10MPa左右。左右。當(dāng)材料單向受壓達(dá)到屈服極限后，隨著變形的增加，材料仍能保持較高的承當(dāng)材料單向受壓達(dá)到屈服極限后，隨著變形的增加，材料仍能保持較高的承載能力。載能力。因材料結(jié)構(gòu)是閉孔型的，故具有良好的氣密性。因材料結(jié)構(gòu)是閉孔型的，故具有良

6、好的氣密性。這種利用泡沫水泥充填冒落空洞的方法可使處理冒頂空洞的工作實現(xiàn)機(jī)械化，這種利用泡沫水泥充填冒落空洞的方法可使處理冒頂空洞的工作實現(xiàn)機(jī)械化，施工安全，速度快。施工安全，速度快。能增大對空洞壁的支撐，防止冒頂范圍繼續(xù)擴(kuò)大，改善支架與圍巖的相互作能增大對空洞壁的支撐，防止冒頂范圍繼續(xù)擴(kuò)大，改善支架與圍巖的相互作用。用。防止空洞內(nèi)有害氣體積聚。防止空洞內(nèi)有害氣體積聚。防止發(fā)火。防止發(fā)火。 回采工作面冒落空洞泡沫混凝土充填技術(shù)1泡沫水泥 2充填管 3編織簾布 4挑梁 5 錨桿 6擋板 7塑料編制袋3 泡沫混凝土在巷道支護(hù)中的應(yīng)用泡沫混凝土在巷道支護(hù)中的應(yīng)用 剛性現(xiàn)澆混凝土在圍巖壓力作用下只產(chǎn)生

7、彈性變形，在承受受較大剛性位移時，實效現(xiàn)象較為普遍。 泡沫混凝土由于具有一定的柔性、可壓縮性大，具有一定的強(qiáng)度等優(yōu)點，可以作為礦井有效支護(hù)材料。泡沫混凝土壁后充填1普通支架（或混凝土） 2泡沫混凝土泡沫混凝土砌塊構(gòu)筑通風(fēng)密閉u 罐形墩柱罐形墩柱 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：鋼管充填特種輕型水泥工作原理：工作原理：借助鋼管殼的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使夾心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力；適用地點：l 破碎頂板回風(fēng)巷l 高瓦斯礦井專用瓦排巷l 動壓影響巷道的超前維護(hù)l 窄煤柱及沿空留巷的巷旁支護(hù)l 大跨度切巷支護(hù)l 綜采停采維護(hù)支護(hù)體載荷支護(hù)體載荷Loading capacity of cans

8、 and wood cribs5522. 00 . 25 .23047. 0ckyckcysfffAfAtonkNMPamfANscyscuo8 .216216841. 36458. 02NEA6101788NEA6101788正常使用極限狀態(tài)下的軸壓剛度為：正常使用極限狀態(tài)下的軸壓剛度為： 對于圓形鋼管，軸壓強(qiáng)度承載力為對于圓形鋼管，軸壓強(qiáng)度承載力為 ：對于圓形鋼管，軸壓強(qiáng)度承載力為：對于圓形鋼管，軸壓強(qiáng)度承載力為： 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Displacement（mm）312 281 250218187156125936231 3350 40

9、0 l 重量輕重量輕 light weightl 承載力大承載力大 great loading capacityl 支護(hù)面積大支護(hù)面積大 large supporting areal 具有柔性具有柔性 yielding capacityl 占用空間大，不利于巷道行車和通風(fēng)占用空間大，不利于巷道行車和通風(fēng) taking more space, disadvantage in car transportation and ventilation l 體積大，運(yùn)輸安裝需要機(jī)械操作體積大，運(yùn)輸安裝需要機(jī)械操作 larger in volume, need hydraulic clamp to be t

10、ransported煤礦支護(hù)體與建筑支護(hù)的區(qū)別：煤礦支護(hù)體與建筑支護(hù)的區(qū)別：變形小變形小變形 （地面建筑體）（地面建筑體）大變形大變形 （井巷支護(hù)）（井巷支護(hù)）破壞破壞不允許破壞不允許破壞 （地面建筑體）（地面建筑體）破壞可控破壞可控 （井巷支護(hù)（井巷支護(hù)） 20092009年年3 3月，山西亞美大寧煤礦從澳大里亞引進(jìn)一批墩柱，月，山西亞美大寧煤礦從澳大里亞引進(jìn)一批墩柱，該墩柱由澳大里亞該墩柱由澳大里亞Hanson burrelHanson burrel公司生產(chǎn)，最大載荷達(dá)公司生產(chǎn)，最大載荷達(dá)到到200200噸噸。該墩柱在大寧礦井下雙測回采的。該墩柱在大寧礦井下雙測回采的402402沿空動壓巷

11、沿空動壓巷道中進(jìn)行了科學(xué)試驗，試驗取得較為滿意的效果，通過和道中進(jìn)行了科學(xué)試驗，試驗取得較為滿意的效果，通過和木垛進(jìn)行比較，木垛最大承載力為木垛進(jìn)行比較，木垛最大承載力為33.6t,33.6t,平均承載力為平均承載力為28.48t28.48t；而墩柱的最大承載力為；而墩柱的最大承載力為125.6t,125.6t,平均承載力為平均承載力為75.75t,75.75t,分別為木垛的分別為木垛的3.753.75倍倍和和2.662.66倍倍。從巷道的表面位。從巷道的表面位移量來看，使用木垛支護(hù)的地段，平均頂?shù)灼骄平繛橐屏縼砜?，使用木垛支護(hù)的地段，平均頂?shù)灼骄平繛?21.6mm,221.6mm,兩

12、幫平均移近量為兩幫平均移近量為154.5mm154.5mm；而使用墩柱支護(hù)的；而使用墩柱支護(hù)的區(qū)域，頂?shù)装迤骄平繛閰^(qū)域，頂?shù)装迤骄平繛?5.37mm85.37mm，兩幫平均移近量為，兩幫平均移近量為34.2mm,34.2mm,分別為木垛的分別為木垛的38.538.5和和22.122.1。 墩柱的支護(hù)效率是普通木垛的墩柱的支護(hù)效率是普通木垛的3 35 5倍。倍。 4 泡沫混凝土在注漿堵水中的應(yīng)用泡沫混凝土在注漿堵水中的應(yīng)用 注漿堵水是礦井水防治的重要技術(shù)。目前煤礦井注漿堵水是礦井水防治的重要技術(shù)。目前煤礦井巷堵水注漿材料大都選用水泥類漿材或水泥巷堵水注漿材料大都選用水泥類漿材或水泥水水玻

13、璃類漿體。其主要優(yōu)點是成本低、材料來源廣，玻璃類漿體。其主要優(yōu)點是成本低、材料來源廣，但由于其硬化后易收縮而產(chǎn)生細(xì)小裂隙，在水力但由于其硬化后易收縮而產(chǎn)生細(xì)小裂隙，在水力沖刷下裂隙逐漸擴(kuò)大，堵水效果不理想。沖刷下裂隙逐漸擴(kuò)大，堵水效果不理想。 采用泡沫混凝土作為堵水材料，由于不受收縮變采用泡沫混凝土作為堵水材料，由于不受收縮變形的影響，閉孔結(jié)構(gòu)可以有效吸收收縮變形和增形的影響，閉孔結(jié)構(gòu)可以有效吸收收縮變形和增加水流路徑，可以達(dá)到止水的目的。加水流路徑，可以達(dá)到止水的目的。 勝利油田采用泡沫水泥堵水取得了一定效果，平勝利油田采用泡沫水泥堵水取得了一定效果，平均有效期為均有效期為12.5個月個月u

14、主要用途是密封注射，尤其防止水流和承壓水的逸出； 在掘進(jìn)時密封水流； 密封斷層帶水流； 密封平巷的水流；u對泡沫混凝土的要求： 快速凝固和發(fā)泡效果好；n 加入一定劑量的催化劑控制反應(yīng)和凝固時間；n 高發(fā)泡系數(shù)，膨脹20-30倍最佳；n 裂縫和斷層可被完全封閉；保持較高的早期強(qiáng)度，阻止承壓水流出；5 泡沫混凝土在其它方面的應(yīng)用泡沫混凝土在其它方面的應(yīng)用鋼管混凝土支架的充填材料鋼管混凝土支架的充填材料井下通風(fēng)密閉內(nèi)外墻體的保護(hù)層；井下通風(fēng)密閉內(nèi)外墻體的保護(hù)層；沖擊地壓嚴(yán)重礦井井巷工程支架外墊層；沖擊地壓嚴(yán)重礦井井巷工程支架外墊層；做為井下巷道表面噴層代替普通混凝土；做為井下巷道表面噴層代替普通混凝土；沿空留巷的巷旁充填材料沿空留巷的巷旁充填材料開采沉陷土地復(fù)墾的地表覆蓋等開采沉陷土地復(fù)墾的地表覆蓋等6 結(jié)論與展望結(jié)論與展望采空區(qū)采空區(qū) 回填回填混凝土混凝土外噴層外噴層冒落空冒落空洞充填洞充填支護(hù)體支護(hù)體充填物充填物抗沖擊抗沖擊 墊層墊層堵水堵水材料材料通風(fēng)密閉漏通風(fēng)密閉漏風(fēng)控制材料風(fēng)控制材料土地復(fù)懇土地復(fù)懇覆蓋膜覆蓋膜泡