发泡混凝土在煤矿中应用

1、泡沫混凝土在煤矿中的应用泡沫混凝土在煤矿中的应用中国矿业大学中国矿业大学汇报内容 概述概述 泡沫混凝土在矿井回填材料上的应用泡沫混凝土在矿井回填材料上的应用 泡沫混凝土在巷道支护中的应用泡沫混凝土在巷道支护中的应用 泡沫混凝土在注浆堵水中的应用泡沫混凝土在注浆堵水中的应用 泡沫混凝土在其它方面的应用泡沫混凝土在其它方面的应用 结论与展望结论与展望1 1 概概 述述u 我国是世界最大的煤炭生产和消费国，煤炭在 一次性能源的比重占到70以上。u 我国是世界上的水泥生产大国，全国累计水泥产 量9.7亿吨，估算的混凝土产量在26亿立方米，占世界总产量的40。在今后100200年内，混凝土仍将是主要的建

2、筑材料。u 混凝土支架过去是煤矿井巷工程常用的形式之一。 现浇混凝土支架、砌块混凝土支架、钢筋混凝土 支架。u 传统混凝土在煤矿中地位F 比例逐年下降，不到比例逐年下降，不到10F 围岩压力不大，要求不许渗透水的永久峒室围岩压力不大，要求不许渗透水的永久峒室u 传统混凝土在矿井支护的问题l 易脆、易裂、抗拉强度低，无法适应煤矿巷道的易脆、易裂、抗拉强度低，无法适应煤矿巷道的 大变形和冲击荷载大变形和冲击荷载 ；l 性能单一，施工质量难以保证；性能单一，施工质量难以保证；l 自重大，施工比较困难；自重大，施工比较困难；l 水泥消耗量大，造价高水泥消耗量大，造价高u 泡沫混凝土具有轻质、抗震、吸能

3、、可缩等优点，在未来的煤矿生产建设中，会有用武之地。 2 泡沫混凝土在矿井回填材料上的应用泡沫混凝土在矿井回填材料上的应用沉沉陷陷裂裂缝缝滑滑坡坡露天矿影响之后的草原露天矿影响之后的草原露天矿影响之前的草原露天矿影响之前的草原 2005年全国沉陷面积已达70万公顷采空区回填是根治地表沉陷及采动损害的最直接、最有效的方法。 路厂电3456728储灰罐路公1井下采空区回填示意图u 传统水泥胶结混凝土充填材料中l 水泥 42.5普通硅酸盐水泥,l 用量为150300kg/m3 ,l 水灰比约1.21.3 ,l 28d 混凝土抗压强度5.010.0MPa ,l 水泥在胶结充填成本中占3060 %。l

4、一般吨煤成本约增加40元/吨。u 泡沫混凝土的优势 l输送方便l流动性好l价格便宜l利用不同级配的尾矿矿粉， 可以保持较高的强度充 填 区充填器下 顺 槽 胶 管胶管上 顺 槽 采区上山输灰钢管泡沫混凝土输送管泡沫混凝土充填系统平面图泡沫混凝土充填系统平面图全部垮落法的采空区泡沫混凝土充填后的采空区u冒落空洞充填冒落空洞充填 采掘工作面顶板冒顶后会形成一定范围和高度的空洞采掘工作面顶板冒顶后会形成一定范围和高度的空洞 传统的处理方法：传统的处理方法：l 木垛充填木垛充填木垛施工速度慢，材料消耗大，木垛与顶板接触面小，控制木垛施工速度慢，材料消耗大，木垛与顶板接触面小，控制作用差，积聚瓦斯，且操

5、作十分危险。作用差，积聚瓦斯，且操作十分危险。 l 聚胺树脂（成本：聚胺树脂（成本：3 3万万/ /吨）吨）成本高、易发热着火等弊端成本高、易发热着火等弊端 液 压支 架溜 子A F C巷道冒顶综采工作面冒顶通过调节发泡倍数以及改变水灰比来调节泡沫混凝土抗压强度，最大可以提通过调节发泡倍数以及改变水灰比来调节泡沫混凝土抗压强度，最大可以提高到高到10MPa10MPa左右。左右。当材料单向受压达到屈服极限后，随着变形的增加，材料仍能保持较高的承当材料单向受压达到屈服极限后，随着变形的增加，材料仍能保持较高的承载能力。载能力。因材料结构是闭孔型的，故具有良好的气密性。因材料结构是闭孔型的，故具有良

6、好的气密性。这种利用泡沫水泥充填冒落空洞的方法可使处理冒顶空洞的工作实现机械化，这种利用泡沫水泥充填冒落空洞的方法可使处理冒顶空洞的工作实现机械化，施工安全，速度快。施工安全，速度快。能增大对空洞壁的支撑，防止冒顶范围继续扩大，改善支架与围岩的相互作能增大对空洞壁的支撑，防止冒顶范围继续扩大，改善支架与围岩的相互作用。用。防止空洞内有害气体积聚。防止空洞内有害气体积聚。防止发火。防止发火。 回采工作面冒落空洞泡沫混凝土充填技术1泡沫水泥 2充填管 3编织帘布 4挑梁 5 锚杆 6挡板 7塑料编制袋3 泡沫混凝土在巷道支护中的应用泡沫混凝土在巷道支护中的应用 刚性现浇混凝土在围岩压力作用下只产生

7、弹性变形，在承受受较大刚性位移时，实效现象较为普遍。 泡沫混凝土由于具有一定的柔性、可压缩性大，具有一定的强度等优点，可以作为矿井有效支护材料。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块构筑通风密闭u 罐形墩柱罐形墩柱 结构结构：钢管充填特种轻型水泥工作原理：工作原理：借助钢管壳的约束作用使混凝土处于三向受压状态，从而使夹心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力；适用地点：l 破碎顶板回风巷l 高瓦斯矿井专用瓦排巷l 动压影响巷道的超前维护l 窄煤柱及沿空留巷的巷旁支护l 大跨度切巷支护l 综采停采维护支护体载荷支护体载荷Loading capacity of cans

8、 and wood cribs5522. 00 . 25 .23047. 0ckyckcysfffAfAtonkNMPamfANscyscuo8 .216216841. 36458. 02NEA6101788NEA6101788正常使用极限状态下的轴压刚度为：正常使用极限状态下的轴压刚度为： 对于圆形钢管，轴压强度承载力为对于圆形钢管，轴压强度承载力为 ：对于圆形钢管，轴压强度承载力为：对于圆形钢管，轴压强度承载力为： 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Displacement（mm）312 281 250218187156125936231 3350 40

9、0 l 重量轻重量轻 light weightl 承载力大承载力大 great loading capacityl 支护面积大支护面积大 large supporting areal 具有柔性具有柔性 yielding capacityl 占用空间大，不利于巷道行车和通风占用空间大，不利于巷道行车和通风 taking more space, disadvantage in car transportation and ventilation l 体积大，运输安装需要机械操作体积大，运输安装需要机械操作 larger in volume, need hydraulic clamp to be t

10、ransported煤矿支护体与建筑支护的区别：煤矿支护体与建筑支护的区别：变形小变形小变形 （地面建筑体）（地面建筑体）大变形大变形 （井巷支护）（井巷支护）破坏破坏不允许破坏不允许破坏 （地面建筑体）（地面建筑体）破坏可控破坏可控 （井巷支护（井巷支护） 20092009年年3 3月，山西亚美大宁煤矿从澳大里亚引进一批墩柱，月，山西亚美大宁煤矿从澳大里亚引进一批墩柱，该墩柱由澳大里亚该墩柱由澳大里亚Hanson burrelHanson burrel公司生产，最大载荷达公司生产，最大载荷达到到200200吨吨。该墩柱在大宁矿井下双测回采的。该墩柱在大宁矿井下双测回采的402402沿空动压巷

11、沿空动压巷道中进行了科学试验，试验取得较为满意的效果，通过和道中进行了科学试验，试验取得较为满意的效果，通过和木垛进行比较，木垛最大承载力为木垛进行比较，木垛最大承载力为33.6t,33.6t,平均承载力为平均承载力为28.48t28.48t；而墩柱的最大承载力为；而墩柱的最大承载力为125.6t,125.6t,平均承载力为平均承载力为75.75t,75.75t,分别为木垛的分别为木垛的3.753.75倍倍和和2.662.66倍倍。从巷道的表面位。从巷道的表面位移量来看，使用木垛支护的地段，平均顶底平均移近量为移量来看，使用木垛支护的地段，平均顶底平均移近量为221.6mm,221.6mm,两

12、帮平均移近量为两帮平均移近量为154.5mm154.5mm；而使用墩柱支护的；而使用墩柱支护的区域，顶底板平均移近量为区域，顶底板平均移近量为85.37mm85.37mm，两帮平均移近量为，两帮平均移近量为34.2mm,34.2mm,分别为木垛的分别为木垛的38.538.5和和22.122.1。 墩柱的支护效率是普通木垛的墩柱的支护效率是普通木垛的3 35 5倍。倍。 4 泡沫混凝土在注浆堵水中的应用泡沫混凝土在注浆堵水中的应用 注浆堵水是矿井水防治的重要技术。目前煤矿井注浆堵水是矿井水防治的重要技术。目前煤矿井巷堵水注浆材料大都选用水泥类浆材或水泥巷堵水注浆材料大都选用水泥类浆材或水泥水水玻

13、璃类浆体。其主要优点是成本低、材料来源广，玻璃类浆体。其主要优点是成本低、材料来源广，但由于其硬化后易收缩而产生细小裂隙，在水力但由于其硬化后易收缩而产生细小裂隙，在水力冲刷下裂隙逐渐扩大，堵水效果不理想。冲刷下裂隙逐渐扩大，堵水效果不理想。 采用泡沫混凝土作为堵水材料，由于不受收缩变采用泡沫混凝土作为堵水材料，由于不受收缩变形的影响，闭孔结构可以有效吸收收缩变形和增形的影响，闭孔结构可以有效吸收收缩变形和增加水流路径，可以达到止水的目的。加水流路径，可以达到止水的目的。 胜利油田采用泡沫水泥堵水取得了一定效果，平胜利油田采用泡沫水泥堵水取得了一定效果，平均有效期为均有效期为12.5个月个月u

14、主要用途是密封注射，尤其防止水流和承压水的逸出； 在掘进时密封水流； 密封断层带水流； 密封平巷的水流；u对泡沫混凝土的要求： 快速凝固和发泡效果好；n 加入一定剂量的催化剂控制反应和凝固时间；n 高发泡系数，膨胀20-30倍最佳；n 裂缝和断层可被完全封闭；保持较高的早期强度，阻止承压水流出；5 泡沫混凝土在其它方面的应用泡沫混凝土在其它方面的应用钢管混凝土支架的充填材料钢管混凝土支架的充填材料井下通风密闭内外墙体的保护层；井下通风密闭内外墙体的保护层；冲击地压严重矿井井巷工程支架外垫层；冲击地压严重矿井井巷工程支架外垫层；做为井下巷道表面喷层代替普通混凝土；做为井下巷道表面喷层代替普通混凝土；沿空留巷的巷旁充填材料沿空留巷的巷旁充填材料开采沉陷土地复垦的地表覆盖等开采沉陷土地复垦的地表覆盖等6 结论与展望结论与展望采空区采空区 回填回填混凝土混凝土外喷层外喷层冒落空冒落空洞充填洞充填支护体支护体充填物充填物抗冲击抗冲击 垫层垫层堵水堵水材料材料通风密闭漏通风密闭漏风控制材料风控制材料土地复恳土地复恳覆盖膜覆盖膜泡