沿空留巷充填材料配比.doc

沿空留巷巷旁充填材料配置及力学性能分析 摘要：通过采用正交试验，调整基础配比中充填材料的含量在采矿过程中，充填到采场或采空区的砂、石或其他物料统称为充填材料。常用充填材料的组份可以分为三大类：惰性材料、胶凝材料和改性材料。 合理选择充填材料组分的原则是来源要广、成本要低，而且最好还能解决矿山企业的排污问题。在此选择了水泥作为胶凝材料，粉煤灰作为有胶凝性能的活性混合材料，煤矸石，河砂作为惰性材料，并加入了其他改性材料，按照一定配比制成巷旁充填材料。 试验室试验的主要设备为MTS815.03电液伺服岩石试验系统。它是目前国内大陆配置最高、性能最先进、在国际上最受认可的岩石力学试验设备。试验系统如图1所示。系统的基本试验功能：岩石单轴压缩试验（Uniaxial Compression Test）；岩石三轴压缩试验（Triaxral Compression Test）；岩石孔隙水压试验（Pore Water Pressure Test）；岩石水渗透试验（Water Permeability Test）。MTS815.03电液伺服岩石试验系统完全可以满足膏体胶结充填材料试验的要求。 图1 MTS815.03伺服试验系统 调整基础配比中充填材料的含量，采用正交试验的方法进行试验方案的设计。选取因素为粉煤灰对水泥相对用量、矸石粉在惰性材料中的含量、早强剂用量和质量浓度，根据基础配比各调整出三个水平进行试验方案的设计。各因素和水平见表2。 试验采用3个水平、4个因素的正交试验，对应的正交表是L9（34），表示该方案要做9次试验。每种配比试验材料混合搅匀后，按照《普通混凝土拌合物性能试验方法》中的规定方法测试膏体巷旁充填材料的坍落度。 表2 因素与水平 因素 粉煤灰（%） 质量浓度（%） 矸石粉掺量（%） 早强剂用量（%） 记号 A B C D 上水平（1） 27 80 13 1.2 基准水（2） 37 81 15 1.4 下水平（3） 47 82 17 1.6 表3正交实验参数表 编号 水灰比 粉煤灰 早强剂 减水剂 1 1（0.40） 1（10%） 3（3%） 2（1.5%） 2 2（0.42） 1（10%） 1（2%） 1（1%） 3 3（0.44） 1（10%） 2（2.5%） 3（2%） 4 1（0.40） 2（15%） 2（2.5%） 1（1%） 5 2（0.42） 2（15%） 3（3%） 3（2%） 6 3（0.44） 2（15%） 1（2%） 2（1.5%） 7 1（0.40） 3（20%） 1（2%） 3（2%） 8 2（0.42） 3（20%） 2（2.5%） 2（1.5%） 9 3（0.44） 3（20%） 3（3%） 1（1%） 强度试验的试块选用15cm×15cm×15cm的标准金属模具制作，对1d、4d、7d、14d龄期的强度进行考核，每个龄期3个试块。试块做好后置于养护箱中养护，到达龄期后用岩石取芯机加工出直径×高度=50mm×100mm的圆柱体试件，在MTS岩石伺服试验机上试验。取得的试验用标准试件如图2所示。 从照片可以看出，宏观上7d龄期的试件明显比1d、4d龄期的的试件形状规则、表面光滑，说明随着龄期的增大，充填材料内部水化凝结效果越来越好，其强度指标越来越大，取得试件的表面变得越来越光滑。 (a) 1d龄期 (b) 4d龄期 (c)7d、14d龄期 图2各龄期试件 单轴抗压强度与坍落度试验得出的坍落度和单轴抗压强度结果如表4所示。 表4试块坍落度与单轴抗压强度方案一设计矩阵 单轴抗压强度（MPa） 坍落度（cm） 记号 A B C D 1d 4d 7d 14d —— 1 1 1 1 1 2.7 6.933 10.389 11.784 22 2 1 2 2 2 1.881 5.337 5.762 9.303 23 3 1 3 3 3 1.894 6.13 9.191 11.542 12.5 4 2 1 2 3 1.99 4.798 8.158 8.953 25 5 2 2 3 1 1.737 4.355 8.296 11.643 22 6 2 3 1 2 1.554 4.929 7.104 9.744 9 7 3 1 3 2 1.635 4.24 7.205 8.968 22 8 3 2 1 3 2.046 4.217 6.326 9.879 22 9 3 3 2 1 1.429 5.334 8.461 10.538 19 对表4中的数据进行极差计算，得出结果见表5。从表5坍落度极差计算结果可知，各因素对坍落度影响的主次顺序为B＞C＞D＞A，也就是质量分数为膏体充填材料坍落度的主要影响因素，其它因素对坍