近日,西京學(xué)院校級大創(chuàng)項目《利用陜西當?shù)孛喉肥苽涔虖U基充填漿料的關(guān)鍵技術(shù)與性能研究》課題的試驗研究內(nèi)容順利開展并初步取得預(yù)期結(jié)果。該課題小組成員主要由西京學(xué)院土木工程學(xué)院的蘇瑞雪、郝波博和賀柔等五位本科生組成。
煤礦采空區(qū)的存在極易造成巖層的運動,為了控制巖層活動,保證采空區(qū)安全,需要對采空區(qū)進行充填。注漿充填法在公路、鐵路、橋梁、隧道、建(構(gòu))筑物、水庫等下伏采空區(qū)治理中都得到了廣泛的應(yīng)用,這些學(xué)者的研究驗證了注漿充填法在采空區(qū)治理措施中時最直接有效的。注漿充填法通過在地表鉆孔,將漿液注入到開采空洞中,形成漿液結(jié)石體,達到巖體承載力和抗變形能力增強的效果,從而避免踩空殼體發(fā)生垮落和塌陷,減免了地表因采空區(qū)開采沉陷引起的沉降變形對地表建筑設(shè)施產(chǎn)生的破壞。
目前采空區(qū)通用的水泥粉煤灰注漿材料的流動性難以控制,與采空區(qū)上覆巖層接頂效果不好,同時析水率高,結(jié)石率低,造成了嚴重的資源浪費;而且大多數(shù)的漿液的制備設(shè)備工藝繁復(fù)成本過高,難以進行大型空洞區(qū)的應(yīng)用。應(yīng)用膏體填充塌落破碎松散堆積體,這種輸送設(shè)備要求高,采空區(qū)空洞充填治理效果不足;添加速凝劑會帶來清理攪拌和注漿設(shè)備的問題,主要因為水固比較大而速凝效果不明顯。普通硅酸鹽水泥作為注漿材料其成本低,施工簡便,來源廣泛,無毒無害,但在灌注時若采用高水灰比時,其析水率和結(jié)石率無法完全充滿采空區(qū)。然而,因地下注漿需求量的增大,以及工業(yè)廢渣的堆積問題,國內(nèi)外開始研發(fā)工業(yè)廢渣注漿新型綠色材料。可見,適用于治理空洞型采空區(qū)的注漿材料仍有待開發(fā)。
隨著礦產(chǎn)資源的大量開采,礦產(chǎn)資源日漸貧化枯竭,尾礦作為二次資源已備受社會各界的關(guān)注,綜合利用尾礦資源是經(jīng)濟建設(shè)和保護環(huán)境的需要。通過將陜西省煤矸石與其他地區(qū)比較可知,煤矸石的化學(xué)成分隨地域變化而變化,但陜西省煤矸石的化學(xué)成分與天然砂相似。用煤矸石砂代替天然砂,不僅使環(huán)境污染得到緩解,而且使資源得到重復(fù)利用。采用煤矸石回填采空區(qū),不僅有效地控制了采空區(qū)的沉陷,而且減少因煤矸石的占地。使用煤矸石回填采空區(qū)的同時,還可以提高煤炭資源采出率、降低地質(zhì)災(zāi)害與礦井生產(chǎn)安全隱患、避免采空區(qū)成為自燃危險區(qū)域、上下方煤層的正常開采、減少了生產(chǎn)成本、及保護了自然生態(tài)環(huán)境。
本項目將觸變性水泥漿中加入固體細顆粒煤矸石砂用于充填空洞型采空區(qū)。采用室內(nèi)試驗、模型試驗等方法研究出了一種適用于空洞型采空區(qū)的新型注漿材料。該材料利用了觸變漿液的特點,解決了傳統(tǒng)灌漿材料流動性難以控制和不易堆積的困難,并且節(jié)省了天然砂用量,具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益,觸變性煤矸石砂水泥漿液在煤礦采空區(qū)治理工程中具有較好的發(fā)展前景和實用價值。