基本信息
- 项目名称：
- 基于原生矸石动力混凝土研制的沿空留巷技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 以煤矿井下原生矸石为骨料，通过材料的合理配比，研制成的混凝土，其强度完全符合煤矿深部支护要求；凝固时间在1-72小时内可调节，适合了煤矿复杂条件的长距离输送；尤其是内养护剂的创新使用，使该混凝土具备了动力特点，即超强流动性,浇筑能效更好，解决了井下难以振捣的难题，形成的混凝土致密，强度稳定，耐久性更高，有效防止了充填墙体被压裂，确保了充填墙体在服务期间的使用安全。
- 详细介绍：
- 本发明克服了以前巷旁充填材料的缺点，发明一种效果好、成本低、节约资源、环保的新型充填材料，整个充填过程井下完成，同时实现煤矿的原生矸石利用。我们设计的新型充填材料为原生矸石+水泥+水+高效减水剂+速凝剂+水化剂，通过内养护技术，制作原生矸石动力混凝土，通过泵送系统充填到巷旁的模板中，形成巷旁充填材料。本方法制作的原生矸石动力混凝土，具有高流动性，混凝土的耐久性更高，浇筑能效更好，预拌混凝土进一步取代现场搅拌，自密性强，由于无需振捣，工作环境也会更加安全。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计目的： 目前全国矸石山堆积，不仅占用土地，而且严重污染环境，有时还会发生坍塌、滑坡甚至泥石流等地质灾害。如何实现矸石不出井和现有矸石的综合利用，实现矸石置换煤炭（即“以矸换煤”），提高煤炭资源的采出率，将是一件利国利民的大事。 2.基本思路： 井下掘进产生的原生矸石，经破碎机破碎至合适粒度后，通过大量试验确定速凝剂、水化剂、减水剂、内养护剂的最优配比，经搅拌后制作成原生矸石动力混凝土，通过泵送充填系统充填到巷旁，用于沿空留巷，实现无区段煤柱开采。 3.创新点： ①本方法制作的原生矸石动力混凝土，具有高流动性，混凝土的耐久性更高，浇筑能效更好，预拌混凝土进一步取代现场搅拌，自密性更强。由于无需振捣，工作环境也会更加安全，强度完全满足巷旁充填材料的要求； ②矸石不升井，节约了提升费用。同时充分利用原生矸石，减少土地占用和环境污染，变废为宝； ③该充填材料成本只有现有充填材料成本的1/3～2/3左右，减少开采成本，节约资金； ④该泵送充填系统全部井下完成，无需建立地面充填系统，充填距离更长，成本只有现有充填系统的1/3～2/3左右，成本低，投资少。 4.技术关键： 原生矸石动力混凝土添加剂的选择、各成分的配比，泵送充填系统设备的研制。 5.主要技术指标： 水化剂、减水剂、速凝剂、原生矸石、水、内养护剂等各成分配比，泵送充填系统设备的性能参数。
科学性、先进性
- 原生矸石动力混凝土具有很好的先进性，主要表现在以下几个方面，第一原生矸石动力混凝土具有高流动性，耐久性更高,浇筑能效更好,预拌混凝土进一步取代现场拌,自密性强,无需振捣,1d龄期的单轴抗压强度为6-9Mpa，28d龄期的单轴抗压强度为16-24Mpa，强度完全满足巷旁充填的要求；第二混凝土配料使用掘进产生的矸石，即克服矸石占地和污染环境的缺点，又达到变废为宝的效果；3、本充填系统不用建设地面配料站，节省了基建投资，同时节省了从井上到井下运料的环节，减少运输成本。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月在安徽理工大学第四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中获得一等奖。 2011年5月在第四届“挑战杯”合锻股份安徽省大学生课外学术科技作品竞赛中获得二等奖
作品所处阶段
- 生产使用阶段
技术转让方式
- 合同方式
作品可展示的形式
- 实物、图片、动画
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 我们制作出的原生矸石动力混凝土具有很好的经济效益和社会效益及推广价值。1)以往煤矿没有相类似功能的充填材料，本混凝土具有动力特点,即无需振捣，早强高强，能够确保留巷成功；2)以往充填材料费用高，本混凝土充填材料成本是常规充填材料成本的1/3～2/3； 3)以往没有在井下制备本动力混凝土并充填留巷的方法。本技术改变了以往充填建设地面配料站的传统模式，为常规充填系统投入的1/3至2/3,节约系统投入为200-500万元； 4)本动力混凝土的高流动性，可以实现超长距离输送（达1200m），充分适应了煤矿复杂巷道条件；5)采用煤矸石为骨料，变废为宝，大量煤柱被采出,减少开采煤炭损失，解决了煤矿面对的共同难题。 根据以上分析，原生矸石动力混凝土具有显著的经济效益和社会效益
同类课题研究水平概述
- 传统的巷旁支护材料有：木垛支护，密集支柱支护、矸石带支护、混凝土砌块支护、整体浇注巷旁充填支护等方式，其中木垛支护，密集支柱支护、矸石带支护的主要缺点是增阻速度慢、支撑能力低、密封性能差、木材消耗多、和机械化程度不高；混凝土砌块支护工人劳动量大，效率低，留巷速度跟不上机械化快速割煤进度；整体浇注巷旁充填技术是具有增阻速度快、支撑能力大、密封、性能好和机械化程度高等优点，充填材料多为似膏体、混凝土、高水材料等，成份一般包括石子、水泥、沙子和添加剂，须在地面建立配料系统、运输和泵送充填系统，成本高，投资大，系统复杂。 综合以上的对比分析发现： （1）现有煤矿沿空留巷充填系统运行成本高； （2）配料及工艺过程存在缺陷，巷旁充填材料成本高； （3）填充后巷道变形过高，充填系统输送量相对较小。
