煤矸石胶结充填材料的高浓度高流动性往往不能很好的兼顾。为解决现有充填开采技术中充填材料要么用水量过高(浓度过低)导致井下脱水后影响作业环境,要么浓度过高,流动性和管输性能不好导致堵泵和堵管等问题。通过在胶结充填材料中掺加一定量的水泥、煤矸石粉料(≤0.075mm)和高效减水剂,利用正交试验和极差分析的方法,研究分析了不同配比的充填材料的流动性和强度性能。综合利用扫描电镜SEM、EDS能谱分析、X荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)5种微观分析手段,对煤矸石的微观形貌、元素组成、氧化物含量和矿物组成进行了分析,并对煤矸石的组成和微观结构对宏观性能的影响进行了探究。揭示了决定充填材料性能的主要因素:减水剂是影响充填材料流动性的主要影响因素,水泥次之,煤矸石的组成和微观结构决定了其对于料浆的流动性亦有一定的影响;影响充填材料凝结硬化后强度的主要因素为水泥的用量和减水剂的用量,煤矸石粉料(≤0.075mm)的用量亦有一定的影响。通过研究分析得出了适合充填开采工况需求的高浓度高流动性(流动度达到305mm)的充填材料配比,该配比的充填材料凝结硬化后具有良好的强度性能。

中国煤炭科工集团重点项目(2021-2-TD-ZD006);北京中煤矿山工程有限公司重点项目(KJYF-2021-ZD-03)