发泡混凝土在煤矿中应用

泡沫混凝土在煤矿中的应用中国矿业大学汇报内容概述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泡沫混凝土在注浆堵水中的应用泡沫混凝土在其它方面的应用结论与展望1概述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。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100－200年内，混凝土仍将是主要的建筑材料。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。传统混凝土在煤矿中地位比例逐年下降，不到10％围岩压力不大，要求不许渗透水的永久峒室传统混凝土在矿井支护的问题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；性能单一，施工质量难以保证；自重大，施工比较困难；水泥消耗量大，造价高泡沫混凝土具有轻质、抗震、吸能、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沉陷裂缝滑坡露天矿影响之后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传统水泥胶结混凝土充填材料中水泥42.5普通硅酸盐水泥,用量为150～300kg/m3,水灰比约1.2～1.3,28d混凝土抗压强度5.0～10.0MPa,水泥在胶结充填成本中占30～60%。一般吨煤成本约增加40元/吨。泡沫混凝土的优势输送方便流动性好价格便宜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全部垮落法的采空区泡沫混凝土充填后的采空区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传统的处理方法：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，控制作用差，积聚瓦斯，且操作十分危险。聚胺树脂（成本：3万/吨）成本高、易发热着火等弊端液压支架溜子AFC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，最大可以提高到10MPa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载能力。•因材料结构是闭孔型的，故具有良好的气密性。•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，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用。•防止空洞内有害气体积聚。•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•刚性现浇混凝土在围岩压力作用下只产生弹性变形，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罐形墩柱结构：钢管充填特种轻型水泥工作原理：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：破碎顶板回风巷高瓦斯矿井专用瓦排巷动压影响巷道的超前维护窄煤柱及沿空留巷的巷旁支护大跨度切巷支护综采停采维护125.670.468.83866.44869.6116020406080100120140No.1墩柱No.2墩柱No.3墩柱No.4墩柱No.5墩柱No.6墩柱No.7墩柱No.8墩柱最大载荷（吨）31.631.633.626.419.20510152025303540No.1木墩No.2木墩No.3木墩No.4木墩No.5木墩最大载荷（吨）支护体载荷Loadingcapacityofcansandwoodcribs5522.00.25.23047.0ckyckcysfffAfA＝tonkNMPamfANscyscuo8.216216841.36458.02NEA6101788NEA6101788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：NIOSHPITTSBURGHRESEARCHLABORATORYTHECAN--36inchDIA.X72inchHIGH--STEELSHELLINTACT--1-FEB-9907014021028035042049056063070002468101214161820DISPLACEMENT,inchesLOAD,kips50100150200250300350400450Displacement（mm）3122812502181871561259362313350400重量轻lightweight承载力大greatloadingcapacity支护面积大largesupportingarea具有柔性yieldingcapacity占用空间大，不利于巷道行车和通风takingmorespace,disadvantageincartransportationandventilation体积大，运输安装需要机械操作largerinvolume,needhydraulicclamptobetransported煤矿支护体与建筑支护的区别：变形小变形（地面建筑体）大变形（井巷支护）破坏不允许破坏（地面建筑体）破坏可控（井巷支护）•2009年3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Hansonburrel公司生产，最大载荷达到200吨。该墩柱在大宁矿井下双测回采的402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，通过和木垛进行比较，木垛最大承载力为33.6t,平均承载力为28.48t；而墩柱的最大承载力为125.6t,平均承载力为75.75t,分别为木垛的3.75倍和2.66倍。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221.6mm,两帮平均移近量为154.5mm；而使用墩柱支护的区域，顶底板平均移近量为85.37mm，两帮平均移近量为34.2mm,分别为木垛的38.5％和22.1％。•墩柱的支护效率是普通木垛的3－5倍。4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。目前煤矿井巷堵水注浆材料大都选用水泥类浆材或水泥—水玻璃类浆体。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。•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12.5个月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；对泡沫混凝土的要求：快速凝固和发泡效果好；加入一定剂量的催化剂控制反应和凝固时间；高发泡系数，膨胀20-30倍最佳；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•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；•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；•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6结论与展望采空区回填混凝土外喷层冒落空洞充填支护体充填物抗冲击垫层堵水材料通风密闭漏风控制材料土地复恳覆盖膜泡沫混凝土泡沫混凝土在煤矿中应用的领域结论与展望泡沫混凝土在我国已经有几十年的生产历史，但主要在建筑行业的应用研究较多，在煤矿领域的应用刚刚起步泡沫混凝土以其轻质、闭孔结构和吸能作用，能够在矿井回填、支护、堵水和通风密闭中发挥不可替代的作用今后，在设备配套和工艺研发上适应煤矿井巷工程的需要，泡沫混凝土材料一定能够在我国矿山生产建设发挥更大的作用谢谢各位，祝大会圆满成功！