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高水材料在“三软”煤层注水、防尘、封孔技术中的应用研究

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煤炭学报 2003年第1期28卷 46-49页

作者：张英华梁铜柱崔景昆北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 阳泉矿务局一矿职教科山西阳泉045000 河北建筑科技学院资源系河北邯郸056038

通过对传统封孔方法存在问题的分析 ,很好地解决了“三软”煤层封孔难的问题 ,为“三软”煤层实施煤层注水防尘提供了很好的封孔方法 .高水材料是一种具有流动性强、凝结速度快、抗压强度大、结晶微膨胀等特点的早强固化材料 ,采用灌入... 详细信息

通过对传统封孔方法存在问题的分析 ,很好地解决了“三软”煤层封孔难的问题 ,为“三软”煤层实施煤层注水防尘提供了很好的封孔方法 .高水材料是一种具有流动性强、凝结速度快、抗压强度大、结晶微膨胀等特点的早强固化材料 ,采用灌入式可直接实现封孔 .该技术在邢台矿务局显德旺煤矿 172 3工作面进行试验取得了良好的效果 ,达到了封孔工艺简单、封孔深度大、密封性能好、成本低的目的 .

关键词：注水防尘煤层注水高水材料封孔技术抗压强度凝固时间

高水材料充填沿空留巷应力控制与围岩强化机理及应用

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煤炭科学技术 2022年第6期50卷 16-28页

作者：柏建彪张自政王襄禹徐营闫帅徐军中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 新疆工程学院矿业工程与地质学院内蒙古乌鲁木齐830023 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 扬州工业职业技术学院江苏扬州225127

高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷,形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践,以应力控制与围岩强化为主线,分析了充填留巷围... 详细信息

高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷,形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践,以应力控制与围岩强化为主线,分析了充填留巷围岩在巷道掘进、工作面超前采动影响、留巷围岩调整稳定和邻近工作面复用4个阶段的应力与变形特征,提出了“基本顶二次破断”的覆岩顶板运动特征。以青龙同昌煤矿15102工作面沿空留巷为背景,数值模拟研究了留巷过程中围岩应力和塑性区分布特征,揭示了充填留巷覆岩基本顶的旋转下沉是留巷巷道所受外力的主要来源;在此基础上,提出了充填留巷围岩控制的关键区域,根据高水材料固结体的较强塑性变形特性,提出了高水材料充填沿空留巷围岩分时分区强化机理,确定了合理的高水材料充填体支护阻力计算式、留巷顶板离层计算式和实体煤帮的支护强度计算式,给出了高水材料充填沿空留巷围岩控制关键参数设计方法,关键参数包括充填体支护阻力(充填体宽度和强度)、顶板支护强度(巷内支护和临时支护)、实体煤帮支护强度。介绍了山西高平青龙同昌煤业15号煤层和赵庄煤业9号煤层高水充填沿空留巷围岩控制2个应用实例,留巷围岩变形控制效果良好。最后,提出了高水充填沿空留巷围岩控制技术的发展方向。

关键词：沿空留巷高水材料应力控制围岩强化支护阻力

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水灰比对高水材料力学特性影响的试验研究

四川大学学报（工程科学版） 2017年第S2期49卷 115-120,127页

作者：张印刘长武谢辉卢邦稳王超邹佳良四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065 四川电力设计咨询有限责任公司四川成都610041 香港科技大学土木与环境工程系四川大学-香港理工大学灾后重建与管理学院四川成都610065

充填开采是实现矿山绿色开采的有效方式,研究量大适宜的充填材料成为充填开采技术应用的关键。高水材料是一种新型矿山充填材料,其受压后的物理力学性能直接影响采空区充填体的稳定性。固体颗粒和水作为高水材料主要的组成物质,其相对... 详细信息

充填开采是实现矿山绿色开采的有效方式,研究量大适宜的充填材料成为充填开采技术应用的关键。高水材料是一种新型矿山充填材料,其受压后的物理力学性能直接影响采空区充填体的稳定性。固体颗粒和水作为高水材料主要的组成物质,其相对含量直接影响高水材料的物理力学特性。利用宏观与微观相结合的综合试验方法,对高水材料在不同水灰比条件下的基本物理性能和强度特性进行了系统研究,结果表明:高水材料结石体微观结构呈网状结构,且具有稀疏多孔等特点,使其可以吸附自身重量数倍的水。水灰比越大,网状结构中孔隙越稀疏,从而形成更大的孔隙结构。高水材料具有与岩石类似的应力应变曲线,但高水材料塑性极高,达到峰值强度后仍能保持较好的完整性。单轴压缩条件下,高水材料会出现明显的析水现象,水灰比越大,析水现象越严重。在单轴压缩条件下,高水材料有"X"型共轭剪切破坏、单斜剪切破坏和拉伸破坏等几种典型的破坏类型。水灰比较高时,高水材料常呈"X"型剪切破坏;水灰比较低时,常为劈裂破坏。高水材料单轴峰值强度和残余强度均随水灰比的增大而减小,水灰比越小其应力应变曲线峰值处越陡峻,峰后强度下降得越快,但其残余强度仍保持较高水平。该种材料塑性较好,残余强度较高,适合作为地下矿山采空区的永久充填材料。

关键词：水灰比高水材料微观结构强度特性

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改性高水材料抗压、抗剪强度特征及对比分析

工程科学学报 2021年第4期43卷 552-560页

作者：张钊刘长武王一冰郭兵兵四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 四川大学水利水电学院成都610065 河南工程学院安全工程学院郑州451191

以高水充填材料为载体,用聚乙烯塑料(PE)对其进行改性,研究了改性高水材料的抗压、抗剪强度特征,并对结果进行了对比分析.结果表明:随PE粉掺量的增加,改性高水材料的抗压、抗剪强度均呈现降低的趋势,改性高水材料各应力应变曲线与纯高... 详细信息

以高水充填材料为载体,用聚乙烯塑料(PE)对其进行改性,研究了改性高水材料的抗压、抗剪强度特征,并对结果进行了对比分析.结果表明:随PE粉掺量的增加,改性高水材料的抗压、抗剪强度均呈现降低的趋势,改性高水材料各应力应变曲线与纯高水材料有明显区别,纯高水材料的残余强度更高,改性高水材料的残余强度普遍较低,而剪切位移曲线变化不明显;PE粉的加入明显改变了材料的生成物形貌以及微观结构,随掺量的增加逐渐由纤维网状结构向絮凝块状结构变化,而且生成物之间更容易形成尺寸较大的贯穿孔洞;改性高水材料的抗剪强度明显低于抗压强度,表明改性类高水充填材料不宜用于倾角较大的煤层.

关键词：废弃塑料高水材料抗压强度抗剪强度微观形貌

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改性高水材料尺寸与形状效应研究

四川大学学报（工程科学版） 2017年第S2期49卷 121-127页

作者：冯波刘长武谢辉吴美苏蒋源四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都6100653 四川电力设计咨询有限公司四川成都610041

改性高水材料是在原高水材料的基础上通过掺杂或改性,以达到提高其物理力学性质和降低经济成本等目的的新型高水材料,近年来在地下采空区充填支护等领域得到了广泛应用。同岩石和混凝土等材料一样,其形状和尺寸对力学性质影响显著,因此... 详细信息

改性高水材料是在原高水材料的基础上通过掺杂或改性,以达到提高其物理力学性质和降低经济成本等目的的新型高水材料,近年来在地下采空区充填支护等领域得到了广泛应用。同岩石和混凝土等材料一样,其形状和尺寸对力学性质影响显著,因此对改性高水材料形状和尺寸效应的研究具有重要意义。为研究不同形状和尺寸改性高水材料的力学性质,借助ETM力学试验系统,通过对不同尺寸和形状下的改性高水材料的破坏过程、抗压强度和变形特性等性质的测试,系统研究改性高水材料的尺寸和形状效应。结果表明:改性高水材料是一种弹塑性材料,其变形破坏过程可以分为弹性阶段、屈服阶段、塑形阶段和破坏阶段4个过程;改性高水材料的尺寸仅影响其应力-应变曲线峰值强度,对曲线的形状几乎没有影响,而形状对应力-应变曲线的峰值强度和形状均有较大影响;相对于圆柱体试件,立方体试件的全应力-应变曲线屈服后下降得更加缓慢;随着材料尺寸的增加,圆柱体和立方体试件的抗压强度、弹性模量和变形模量均在一定范围内逐渐减小,且当试件尺寸较小时(小于100mm),尺寸增加25%,弹性模量降低约50%,变形模量约降低10%,尺寸较大时(大于100 mm),变化率急剧减小;在相同条件下,圆柱体试件的抗压强度、弹性模量大于立方体试件,变形模量小于立方体试件。

关键词：高水材料力学性质尺寸效应形状效应

典型悬浮添加剂对高水材料力学性质影响的试验研究

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四川大学学报（工程科学版） 2017年第S1期49卷 21-26页

作者：吴美苏刘长武蒋源冯波四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都610065

针对高水材料强度相对偏低、成本相对较高的问题,选取粉煤灰和硅粉两种材料作为添加剂,对高水材料进行改性研究。设置添加剂掺量梯度为5%、10%、15%和20%,采用四川大学电子万能试验机和扫描电镜(SEM)两种试验设备,进行添加剂对高水材料... 详细信息

针对高水材料强度相对偏低、成本相对较高的问题,选取粉煤灰和硅粉两种材料作为添加剂,对高水材料进行改性研究。设置添加剂掺量梯度为5%、10%、15%和20%,采用四川大学电子万能试验机和扫描电镜(SEM)两种试验设备,进行添加剂对高水材料力学性质影响试验,探究添加剂对高水材料力学性质及微观结构的影响。试验结果表明,添加剂对高水材料力学性质和微观结构均有较大的影响:1)掺20%粉煤灰和掺10%硅粉均可使高水材料的抗压强度提高到0.36 MPa,与未掺添加剂高水材料相比,强度提高了20%,且能有效提高残余强度。2)添加剂的掺入改变了高水材料钙矾石晶体的发育形貌、直径大小及空间网状结构的致密程度,主要包括以下两个方面:粉煤灰的掺入使晶体形貌由短棒状发展为针棒状,大直径晶体数量增多,绒球状的水化硅酸钙及未反应完的残留物填充在晶体结构孔隙中,使晶体空间结构更为致密;硅粉的掺入使晶体形貌发展为枝网状,水化硅酸钙数量增加,起到了充填孔隙和增加晶体交错搭接牢固性的作用,枝网状的晶体和绒球状的硅酸钙共同形成了致密的网状结构。3)证明了抗压强度的大小是由晶体形貌、直径大小、晶体结构的搭接方式及网状结构的致密性共同影响的。

关键词：高水材料改性粉煤灰硅粉抗压强度微观结构

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真实水环境下高水材料三轴蠕变特性研究

四川大学学报（工程科学版） 2016年第S1期48卷 87-93页

作者：蒋源刘长武谢辉郭兵兵陈宏臻四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点试验室水利水电学院四川成都610065 四川电力设计咨询有限责任公司四川成都610041

为研究采空区中的高水充填材料的活动规律,利用自行设计、加工、制造的轴压水压联合作用岩石流变试验系统,进行真实压力水环境下高水材料的蠕变试验。结果表明:水环境有利于高水材料强度的保持和发展,水压力可以提高材料的承载能力和长... 详细信息

为研究采空区中的高水充填材料的活动规律,利用自行设计、加工、制造的轴压水压联合作用岩石流变试验系统,进行真实压力水环境下高水材料的蠕变试验。结果表明:水环境有利于高水材料强度的保持和发展,水压力可以提高材料的承载能力和长期强度;同时,水压力可以抑制高水材料的蠕变发展,且水压力越大,材料稳定蠕变的极限蠕变量越小;水压力对高水材料蠕变试验的初始应变率有显著影响,并影响进入到稳定蠕变阶段所需的时间长度。

关键词：真实水环境高水材料水压力长期蠕变试验蠕变特性

基于低标硫铝酸盐水泥熟料的高水材料物理力学性能及应用

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第2期6卷 142-152页

作者：陈志松徐佑林江泽标肖兵吴少康张际涛贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 贵州黔诚力锦科技有限公司贵州贵阳550081 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

为解决高水材料充填成本高、物理力学性能差等问题,选用低标硫铝酸盐水泥熟料为主要原料,通过物理试验探究了低标硫铝酸盐水泥熟料高水材料在不同外加剂剂量、水灰比、水温下的物理力学性能,并通过工艺性试验测试了实际应用效果。研究... 详细信息

为解决高水材料充填成本高、物理力学性能差等问题,选用低标硫铝酸盐水泥熟料为主要原料,通过物理试验探究了低标硫铝酸盐水泥熟料高水材料在不同外加剂剂量、水灰比、水温下的物理力学性能,并通过工艺性试验测试了实际应用效果。研究结果表明:(1)不同条件下高水材料物理力学性能不同的主要原因在于其钙矾石的生成速率及生成量受到影响;(2)以低标型硫铝酸盐水泥熟料作为高水材料原料时,使用一定量外加剂能够改善其样貌并显著提升其强度;(3)降低水灰比能够显著提升高水材料的早期强度及峰值强度,且每提高0.1的水灰比,平均各龄期强度下降约11%;(4)水温对于高水材料初凝时间的影响高于终凝时间,对早期强度起促进作用,水温每上升2℃, 1d强度增加约6.8%;(5)影响高水材料强度的各项因素排序为:外加剂>水灰比>水温;(6)现场应用低标型硫铝酸盐水泥熟料高水材料后,巷道变形量较小,取得较好的留巷效果。

关键词：硫铝酸盐水泥熟料高水材料沿空留巷高水充填

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大尺寸高水材料巷旁充填体蠕变特性试验研究

采矿与安全工程学报 2012年第4期29卷 487-491页

作者：孙春东张东升王旭锋周睿中国矿业大学矿业工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 冀中能源邯郸矿业集团有限公司河北邯郸056002 河北工程大学资源学院河北邯郸056038 新疆大学地质与勘查工程学院新疆乌鲁木齐830047 煤炭科学研究总院沈阳研究院辽宁沈阳110016

针对高水材料巷旁充填体具有蠕变特性的特点,采用自行研制的大尺寸（1500 mm×600mm×900 mm）蠕变实验系统和FLAC^3D数值模拟软件对其蠕变特征进行了试验研究,分析了高水材料充填体蠕变过程中瞬时、稳定及加速3个阶段位移和应力随时间... 详细信息

针对高水材料巷旁充填体具有蠕变特性的特点,采用自行研制的大尺寸（1500 mm×600mm×900 mm）蠕变实验系统和FLAC^3D数值模拟软件对其蠕变特征进行了试验研究,分析了高水材料充填体蠕变过程中瞬时、稳定及加速3个阶段位移和应力随时间的变化特征,指出充填体蠕变极限载荷随高水速凝材料水灰比降低而提高;结合充填体在加速蠕变阶段变形速度过大的特点,为确保井下充填体长期稳定,需保证充填体保持在稳定蠕变阶段,认为充填体载荷不超过其强度的70%~80%时较为合理。

关键词：单轴压缩蠕变高水材料巷旁充填体