采空区大掺量粉煤灰无机固化泡沫制备及特性研究

作     者：马砺 杜素 张照允 王慧 赵亮 张波 MA Li;DU Su;ZHANG Zhaoyun;WANG Hui;ZHAO Liang;ZHANG Bo

作者机构：西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 山东兖矿能源股份有限公司山东邹城273500 

出 版 物：《煤田地质与勘探》 (Coal Geology & Exploration)

年 卷 期：2023年第51卷第2期

页      面：243-251页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0703[理学-化学] 0814[工学-土木工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金重点项目(52174206) 陕西省高校青年创新团队项目(22JP047) 

主　　题：大掺量粉煤灰 无机固化泡沫 抗压强度 水化反应 采空区堵漏 

摘      要：煤矿采空区漏风是引发煤火灾害的重要原因,传统充填堵漏材料易干裂,流动性差,成本高,因此研发出有效充填封堵漏风通道的新型材料十分必要。通过单因素变量法,以材料流动度、初凝时间、抗压强度为指标进行配比优选,研发出大掺量粉煤灰无机固化泡沫充填堵漏新材料。同时,利用红外光谱、X射线衍射仪、扫描电镜表征材料的水化过程。结果表明∶基于泡沫均匀度、发泡倍数、半衰期及析水率等参数,优选出十二烷基硫酸钠(SDS)∶辛癸基葡糖苷(APG)=1∶1,黄原胶(XG)∶瓜尔胶(GG)=1∶1的水基泡沫。研发的大掺量粉煤灰无机固化泡沫,其初凝时间与粉煤灰掺量、水灰比、泡沫掺量成正比;流动度与水灰比成正比,与粉煤灰掺量成反比,随泡沫掺量增加先上升后缓慢降低;抗压强度随粉煤灰掺量增加呈先增加后减小趋势,与水灰比和泡沫掺量呈反比关系。综合评价指标确定粉煤灰掺量为60%、水灰比为0.6、泡沫与复合浆液体积比为1∶1时,材料流动度好,为15.9 cm,初凝时间适中,为5 h,抗压强度高,28 d达到1.5 MPa。该材料的水化产物是钙矾石(AFT)以及C-S-H凝胶,由水泥先发生水化反应生成Ca(OH)2,后与粉煤灰反应生成AFT及C-S-H凝胶,提高了大掺量粉煤灰无机固化泡沫抗压强度,能够适应采空区堵漏的要求。