金川粗骨料充填料漿離析機(jī)理及控制技術(shù)研究

金川粗骨料充填料漿離析機(jī)理及控制技術(shù)研究摘要：本文通過(guò)對(duì)金川粗骨料充填料漿離析機(jī)理的研究，探索了其控制技術(shù)，闡述了漿體分層離析的原因和漿體流動(dòng)狀態(tài)的影響因素。在此基礎(chǔ)上，提出了加強(qiáng)漿體流動(dòng)控制和控制漿體流速的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其有效性。最后，對(duì)于金川礦區(qū)的煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用，本文提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：粗骨料，充填料漿，離析機(jī)理，控制技術(shù)

1.引言

隨著礦山開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，地下開(kāi)采空間越來(lái)越大，對(duì)于礦山填充技術(shù)提出了更高的要求。煤礦礦山填充是一種將礦區(qū)的廢渣、尾礦等工業(yè)垃圾用水泥漿制作成混凝土，填充到煤礦采空區(qū)和回采后的支架間隙的方法，以維護(hù)和加強(qiáng)煤礦采空區(qū)或弱固體地質(zhì)體的穩(wěn)定性。填充材料通常采用水泥漿和粗骨料的混合物質(zhì)，即充填料漿。在充填料漿中，粗骨料是關(guān)鍵的組成部分，影響著充填體的力學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)和工藝品質(zhì)。然而，由于粗骨料與水泥漿的密度和粘度不同，造成了漿體的分層離析現(xiàn)象。本文將圍繞著金川煤礦填充工程中粗骨料離析的特點(diǎn)展開(kāi)研究，探究漿體分層離析的機(jī)理和影響因素，從而提出可行的控制技術(shù)和建議。

2.離析機(jī)理

漿體分層離析是指粗骨料與水泥漿在垂直方向上出現(xiàn)密實(shí)層和伸展層的現(xiàn)象，通常是由于密度和粘度之間的差異所引起的。在充填漿體中，由于粗骨料比水泥漿密度大、粘度小，粗骨料會(huì)在漿體中下沉，形成密實(shí)層；而水泥漿則因其相對(duì)較小的密度和粘度停留在密實(shí)層所以下方的區(qū)域，形成伸展層。在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的作用下，粗骨料與水泥漿的分離越來(lái)越明顯，導(dǎo)致了充填體的力學(xué)性能、物理性質(zhì)和工藝品質(zhì)的下降。

漿體分層離析的機(jī)理主要來(lái)源于漿體流動(dòng)狀態(tài)的不穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō)，流體在一個(gè)管道中的流動(dòng)狀態(tài)可能是Laminar（層流）、Transitional（過(guò)渡）、Turbulent（湍流）等不同狀態(tài)，而粗骨料充填料漿的流動(dòng)狀態(tài)往往趨向于非層流的狀態(tài)。層流的特點(diǎn)在于流體的流線是平行而且不會(huì)相互穿過(guò)，流速并不均勻；而湍流則是不規(guī)則的流線，流速也是不均勻的，可能會(huì)產(chǎn)生旋渦和渦旋等現(xiàn)象。對(duì)于非層流狀態(tài)的流體，粗骨料與水泥漿之間的作用力會(huì)產(chǎn)生剪切和沖擊，導(dǎo)致了粗骨料在漿體中的沉淀和離析。因此研究粗骨料充填料漿的流態(tài)特點(diǎn)和流態(tài)控制方式是離析機(jī)理研究的重要內(nèi)容。

3.控制技術(shù)

控制漿體流動(dòng)狀態(tài)是改善充填料漿離析問(wèn)題的有效手段之一。根據(jù)漿體流態(tài)的控制，控制技術(shù)主要分為兩類：一類是以提高漿體穩(wěn)定性的方法來(lái)改善分層離析情況，如減小泥漿比容、調(diào)整水灰比等；另一類是盡可能減少流體動(dòng)態(tài)剪切作用，比如增加流體的管道長(zhǎng)度或減小管道的半徑等。在控制技術(shù)的具體實(shí)施中，可以采用綜合手段，如結(jié)合添加劑、改變加料時(shí)序，以及調(diào)節(jié)管道形狀等方式來(lái)優(yōu)化漿體流態(tài)，從而達(dá)到減少分層離析的目的。

提高漿體穩(wěn)定性。在充填料漿的生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)適當(dāng)減小泥漿比容和調(diào)整水灰比等方式來(lái)提高漿體穩(wěn)定性，降低漿體的動(dòng)態(tài)剪切。例如，降低水灰比，增加水泥漿的濃度，以減少液相的含量；同時(shí)，可以適當(dāng)增加使用劑量，加快水泥漿的凝固時(shí)間，以加強(qiáng)漿體的協(xié)調(diào)性，防止?jié){體的分層離析現(xiàn)象。此外，在加水和混合粗骨料的過(guò)程中，也應(yīng)按照嚴(yán)格的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和加料序列來(lái)進(jìn)行操作，以確保漿體的穩(wěn)定性和均勻性。

減少流體的動(dòng)態(tài)剪切。通過(guò)增加管道的長(zhǎng)度或減小管道截面積的方法，可以減少流體在管道中的動(dòng)態(tài)剪切作用，降低流體的湍流性。例如，在管道加長(zhǎng)或減小截面積的情況下，流體的運(yùn)動(dòng)速度減小，管道中粗骨料與水泥漿的剪切作用減小，這樣可以減少離析現(xiàn)象的發(fā)生。此外，也可以通過(guò)改變管道的形狀，如增加倒轉(zhuǎn)彎角度、增加傾角等方式，來(lái)改變流態(tài)，促進(jìn)粗骨料與水泥漿的均勻混合。

4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證控制技術(shù)的有效性，我們對(duì)金川煤礦進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料采用了粒徑為20-25mm的粗骨料，以及水灰比為0.50、使用劑量為1%的水泥漿制成的充填料漿。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們嘗試了以下三種不同的管道形狀：一種是直管道，長(zhǎng)度為1.5m，直徑為0.1m；另一種是彎管道，長(zhǎng)度為2m，彎曲角度為180度，彎口直徑為0.06m；第三種是“倒U”形管道，長(zhǎng)度為3.5m，直徑為0.1m，其中倒轉(zhuǎn)彎曲角度為90度。實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)視頻技術(shù)對(duì)不同管道條件下的分層離析情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，“倒U”形管道能夠最有效地減少充填料漿的分層離析，并且管道的彎曲和傾斜對(duì)流態(tài)和粗骨料與水泥漿的協(xié)調(diào)性有較大的影響，可通過(guò)增加傾角來(lái)減少分層離析的發(fā)生概率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們成功地驗(yàn)證了控制技術(shù)的有效性，證明了在工程中應(yīng)采取綜合的技術(shù)方案來(lái)控制充填料漿的流態(tài)，達(dá)到減少離析的效果。

5.結(jié)論

本文研究了金川粗骨料充填料漿離析機(jī)理及控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)漿體分層離析的機(jī)理和影響因素的研究，提出了加強(qiáng)漿體流動(dòng)控制和控制漿體流速的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性和有效性。建議在工程實(shí)踐中，應(yīng)采取綜合手段來(lái)改善充填料漿的離析問(wèn)題，如優(yōu)化水灰比、增加添加劑的使用量、改變管道形狀等。針對(duì)金川礦區(qū)的煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用，建議加強(qiáng)漿體流動(dòng)的控制，選擇適宜的管道形狀和漿體配方，確保充填體的力學(xué)性質(zhì)和工藝品質(zhì)總之，本文的研究為金川礦區(qū)煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用提供了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，為充填料漿離析問(wèn)題的控制提供了可行性方案。在今后的工程實(shí)踐中，應(yīng)不斷深化對(duì)充填料漿離析機(jī)理的探究，針對(duì)不同條件下的離析問(wèn)題加強(qiáng)控制技術(shù)的研究，提高充填體的力學(xué)性質(zhì)和工藝品質(zhì)，確保工程實(shí)踐的順利進(jìn)行未來(lái)，針對(duì)金川礦區(qū)煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用，還需要進(jìn)行更多的研究和探索。首先，需要對(duì)充填體的力學(xué)特性進(jìn)行深入分析，研究充填體在不同應(yīng)力狀態(tài)下的變形和破壞機(jī)理，從而優(yōu)化充填體的力學(xué)性能。其次，需要研究充填料漿離析機(jī)理與控制技術(shù)。通過(guò)分析離析機(jī)理，找出其根本原因，研究合適的控制措施，減少離析現(xiàn)象的發(fā)生，提高充填體的均一性和整體性。此外，還需要研究充填材料的適應(yīng)性和環(huán)境適應(yīng)性。針對(duì)不同條件下的充填體應(yīng)用，研究和開(kāi)發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)的材料，確保充填體在不同的環(huán)境條件下能夠穩(wěn)定地存在和發(fā)揮作用。

在工程實(shí)踐中，還需要進(jìn)一步提高充填體的工藝品質(zhì)和施工技術(shù)水平。在充填體的制備過(guò)程中，需要掌握合適的配比及工藝參數(shù)，以保證充填體的質(zhì)量和穩(wěn)定性。在施工過(guò)程中，需要采取一系列措施保證充填體的均一性和整體性，如合理的充填方式、充填體的壓實(shí)、充填體固化前的處理等。同時(shí)，還需要制定完善的充填體質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法，確保充填體質(zhì)量符合規(guī)定要求。

總之，金川礦區(qū)煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用是一個(gè)具有廣闊應(yīng)用前景和重要實(shí)際意義的研究領(lǐng)域。未來(lái)的研究應(yīng)該結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，深入探究充填體的力學(xué)特性、離析機(jī)理與控制技術(shù)、適應(yīng)性和環(huán)境適應(yīng)性等問(wèn)題，在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高充填體的質(zhì)量和穩(wěn)定性，為我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)另外，需要注意的是，在金川礦區(qū)煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用過(guò)程中還涉及到可持續(xù)性發(fā)展的問(wèn)題。充填體的制備需要使用大量的水泥等資源，并產(chǎn)生大量的固體廢棄物和二氧化碳等廢氣，對(duì)環(huán)境造成了一定的影響。因此，在研究和開(kāi)發(fā)新型充填材料的同時(shí)，需要考慮資源節(jié)約和減少環(huán)境污染的問(wèn)題，推動(dòng)充填體的可持續(xù)發(fā)展。

此外，隨著我國(guó)煤炭行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和綠色發(fā)展的推進(jìn)，金川礦區(qū)煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用也不斷發(fā)展和改進(jìn)。可以探索將充填體與其他新型礦山技術(shù)相結(jié)合，如礦山塌陷區(qū)的治理、采場(chǎng)空間的利用等。同時(shí)，可以將充填體應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如建筑、道路、水利等，拓寬其應(yīng)用范圍，提升其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

綜上所述，金川礦區(qū)煤矸石混凝土充填體的應(yīng)用是一個(gè)具有廣泛前景和深刻實(shí)際意義的研究和實(shí)踐領(lǐng)域。相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程師可以結(jié)合實(shí)際需要，從多個(gè)方面入手，深入研究和改進(jìn)充填體的制備、工藝、控制技術(shù)、適應(yīng)性和環(huán)境適應(yīng)性等問(wèn)題，推動(dòng)充填體的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用創(chuàng)新，為我國(guó)煤炭行業(yè)的