煤矸石中硫的存在形态及自然条件下的转化途径

1引言 我国是一个产煤大国,每年因煤炭生产排放的煤矸石达130Mt,除部分被矸石电厂、水泥厂、矸石砖厂利用外,大部分仍是露天堆放,不仅占用土地,而且污染环境,硫是主要污染源.因此对煤矸石山中硫的转化和迁移的研究,将有助于矸石山污染源的控制.     

破碎矸石侧限承载条件下的宏-细观尺寸效应研究

矸石充填体在承压过程中力学性能受充填体尺寸的影响较大，实验室力学参数测试结果很难反映工程实际情况。为研究破碎矸石充填体侧限承压条件下的力学性能尺寸效应，借助实验室试验和颗粒流数值模拟，从宏-细观尺度分析了破碎矸石试件的直径与径高比对其承载性能的影响。结果表明：试件直径对其宏观力学性能影响显著，随着试件直径增大其抗变形能力明显减弱；破碎矸石的孔隙率变化量随试件直径增大而增加；其压缩过程中试件两侧的矸石块发生挤压破碎，细颗粒逐步填充至试件中部，颗粒配位数随试件的可变形空间增加而增大；在应力加载阶段，颗粒逐渐破碎，颗粒力链由“环状力链”演化为“柱状力链”,平均接触力变化率表明体积大的试件更易达到抗压缩变形能力极限；矸石试件主要以拉伸破坏为主，矸石块的破碎程度随试件尺寸增加而增大。研究成果对矿山充填开采的充填物料选择具有重要意义。     

松散矸石压缩特性的尺寸效应数值模拟

为研究试样尺寸对松散矸石力学性能的影响,基于PFC3D数值模拟软件,建立了松散矸石三轴压缩颗粒流模型,研究不同尺寸条件下松散矸石侧限压缩试验。     

采空区矸石压实过程对煤柱支承压力的影响

为了研究采空区压力及煤柱上支承压力随采空区矸石压实程度的变化规律,通过实验室试验、数值模拟等方法,探讨建立了采空区矸石压缩模量与矸石压实率之间的关系式,分析了采空区矸石压力分布随矸石压实率变化规律;基于弹性基础梁理论和弹塑性极限平衡理论建立了煤柱上支承压力与采空区矸石压力间的关系式,分析了煤柱支承压力峰值大小、峰值位置受矸石压实率影响规律。最后,将采空区矸石压缩模量与矸石压实率之间的关系用于FLAC3D数值模拟,与理论形成对比,证明二者结果基本一致。研究表明:矸石压实率越大,采空区压力回升越快,压力恢复至原岩应力的位置距煤壁越近,对应的煤柱上支承压力峰值位置越靠近煤壁,压力峰值越小。     

煤矸石生态重建模式及其生态环境效应

煤矸石是矿区环境污染和环境恶化源泉之一,以王庄煤矿矸石山植被生态系统从矸石山立地特征 的分析与评价,对植物种子的生长效应及生态效应进行系统地调查研究,提出了煤矸石山植被恢复与生态 重建技术模式。     

低硫煤矸石微量元素赋存特征及环境效应研究

以淮北临涣矿区的低硫煤矸石为研究对象,对其微量元素的含量及赋存状态进行分析测试,并根据测试结果对低硫煤矸石中微量元素的生物毒性效应与环境效应进行评价。结果表明:该矿区低硫煤矸石样品中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 6种元素基本不会出现生物毒性效应;Mn、Ni和Zn微量元素会产生中度生态风险,活性态的Mn经过自然风化和降水淋滤对生态环境可能造成的危害最大,容易对周边地区的水体及土壤造成污染。本研究对该矿区低硫煤矸石的堆放管理、综合利用具有参考价值。     

矸石充填开采协同承载机制及充填效果评价研究

为研究矸石充填体充入井下采空区后与围岩及煤柱的相互作用力学机理,基于矸石三向压实试验对矸石充填体与围岩协同承载效应开展研究工作,并对矸石充填开采条件下的充填效果进行评价研究.研究分析了矸石体积压缩率与各试验参数存在的定量函数关系;构建"充填体-围岩-煤柱"协同承载模型,阐明了充填体、围岩、煤柱三者共同对上覆岩层的承载控...     

浅析我国矸石充填采煤法研究现状及发展前景

矸石充填采煤作为煤矿绿色开采体系中一种全新的采煤方法,在国内外已有较大的发展并取得了一定的经济社会效应。该文在综合分析大量国内矸石充填工程实例的基础上对目前生产中应用较为广泛的几种充填法展开详细比较,提出在今后相当长的一段时间内将形成以矸石为主要结构体的多种充填物组成的混合构架充填逐渐代替传统矸石单一充填的矸石充填采煤法。     

考虑采空区矸石压缩效应的沿空掘巷时机确定方法

合理沿空掘巷时机可有效缓解采掘接续压力、减小巷道变形。采用理论分析方法,建立考虑矸石压缩效应的沿空掘巷覆岩结构力学模型,分析"煤壁(柱)-矸石"承载体系对覆岩稳定的协同控制效应。关键块触矸后下位岩层反向力矩无法协调其稳定时,关键块持续回转下沉产生对矸石的压缩,矸石承载力、下位岩层支撑力和岩块间水平推力随矸石压缩量增加近似呈负指数关系递增,共同协调关键块稳定,据此提出掘巷时机计算方法。在基本顶断裂线内掘巷会对覆岩结构稳定产生扰动,掘巷产生的关键块附加力矩将由矸石持续压缩恢复的应力协调承担,掘巷扰动时间、顶板下沉量与煤柱宽度负相关,适当增加煤柱宽度有利于缩短掘巷扰动时间,减小顶板下沉。研究成果对确定沿空掘巷时机和设计煤柱宽度具有借鉴意义。     

矸石集料承载力学特性模拟研究

为探究矸石集料的承载特性与破裂演化规律,采用液压伺服岩石力学试验系统与破碎矸石压实装置,开展了不同矸石粒径（0～5,5～10,10～15,15～20,20～25,25～30 mm）、轴向应力（2.5,5.0,7.5,10.0 MPa）、加载速率（0.05,0.10,0.50,1.00 mm/s）影响下破碎矸石集料压实试验,研究各因素对矸石集料压缩变形与分形特征的影响;基于PFC^3D数值软件建立考虑矸石形状与粒径分布的颗粒流模型,探讨了矸石集料承载过程中能量耗散、力链演化等规律,揭示颗粒形状与粒径级配对矸石集料压实力学特性的影响机制。试验结果表明：矸石集料压缩变形分为孔隙压密、结构调整和弹塑性变形3个阶段,随着轴向应力逐渐增大,矸石集料的大颗粒骨架破坏、中等颗粒滑动移位、小颗粒填充孔隙,颗粒间的接触方式由锐角接触转变为钝角或球面接触;不同加载速率下,矸石集料轴向应力与应变呈幂函数分布,轴向应力和加载速率与破碎矸石分形维数呈对数函数关系;相同载荷下大粒径矸石易发生挤压破碎,矸石颗粒克服变形消耗摩擦能,有利于强化整体的摩擦效应;矸石集料的力链长度随载荷的增大逐渐增长,覆...     

化学增钙与热复合活化煤矸石的性能研究

对江苏宜兴煤矸石的基本物性分析知,其主要矿物成分为高岭石和石英,化学成分中Cao的含量相对较低.于煤矸石高温煅烧过程中引入不同掺量的CaO后制成活化煤矸石样,采用X射线衍射分析法(XRD)对其活化过程的结构特征进行分析,同时采用比强度法对部分活化煤矸石的火山灰效应进行评定.结果表明:煅烧温度较低时,生成的硅酸盐矿物较少...     

矸石山稳定性非线性极限分析上限法

总结了矸石山几种失稳模式，在分析矸石散体剪切强度非线性机理的基础上，依据塑性极限分析原理，考虑矸石散体抗剪强度的非线性，利用极限分析上限定理针对矸石山内部滑坡进行稳定分析.结果表明，在中低围压下，采用线性强度准则低估了矸石山的稳定性；考虑矸石散体强度非线性可体现随高度增加矸石山稳定性降低的实际状态；当矸石散体黏聚力为零时，由非线性准则可得到合理的临界滑裂面.     

矸石入选比例变化对煤泥水水质硬度的影响

为探究煤和矸石的入选比例对张二选煤厂煤泥水沉降的影响,采用激光粒度仪分析了<0.045 mm极细颗粒煤泥的粒度组成、用XRD衍射仪分析了煤和矸石的主要组成;并将不同质量比的煤和矸石进行泥化试验,取其上清液进行水质硬度化验。化验结果表明:当原煤和矸石质量比为3∶1时,煤泥水硬度最大,对煤泥水沉降最有利。从提高分选效率和节能减排方面考虑,张二选煤厂在生产中应控制矸石的入选量,以加速煤泥水的沉降。     

煤和矸石选择性破碎分选理论研究

通过对煤和矸石力学参数尺寸效应的研究,利用指数函数对各力学参数进行拟合,获得了各种岩石在不同粒径条件下的力学参数;借助玛洛金公式,对煤与矸石的冲击破碎速度进行计算,获得了煤和各种岩类矸石的冲击破碎速度范围,指出原煤之中不含类煤类岩石或类煤类岩石含量较少时可以进行煤和矸石的选择性破碎分选,并且煤和矸石的物理力学性质差别越大,选择性破碎分选的效果会越好。     

综采机械化矸石充填开采技术研究与应用

矸石充填开采是有效解放"三下"压煤的主要技术途径之一,其既可有效保护地表建(构)筑物,又能提高资源回收率,延长矿井服务年限,同时解决矿井排矸问题.为实现大采深厚煤层综采机械化矸石高效密实充填,文中以邢东矿综采机械化矸石充填开采工作面为例,结合对矸石充填体的力学试验,提出提高充填开采减沉效果的关键技术.通过优化矸石粒径级...     

大洋富钴结壳选矿尾矿的表面改性及应用研究

采用酸、碱、盐、有机物等药剂对大洋富钴结壳选矿尾矿进行了单一及复合改性处理,并将改性后的尾矿直接用于吸附模拟废水中的Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+等重金属离子,以评价改性效果。结果表明,NaOH、CJ盐和有机物CMB可以提高大洋富钴结壳选矿尾矿的吸附能力,其中CJ盐的改性效果最佳。当CJ占矿重百分比为25%时,CJ改性后尾矿对Cu2+和Pb2+的最大吸附率分别可达49.86%和97.70%,比未改性尾矿的吸附率分别要高出23%和9%以上;而对于Cd2+和Zn2+来说,当CJ占矿重百分比分别为50%和75%时,CJ改性后尾矿对它们的吸附率达最大,分别为38.86%和61.45%,比未改性尾矿的吸附率要高出10%和20%以上。     

改性煤矸石处理鱼塘养殖废水的试验研究

利用改性后的煤矸石处理鱼塘养殖废水,考察了改性煤矸石粒径、投加量、吸附时间对鱼塘养殖废水处理效果的影响。试验结果表明:在原水COD为133.1 mg/L,浊度为9.8 NTU,总氮12.29 mg/L时,投加120目改性煤矸石1 g,与50 mL废水混合,振荡吸附120 min,处理后出水COD为73.3 mg/L,浊度为7.3 NTU,总氮为0.27 mg/L,对COD、浊度、总氮的去除率分别可达到44.93%,25.51%和97.8%。该项研究为改性煤矸石作为水处理吸附剂在养殖废水处理中的应用提供了理论依据,同时也为养殖废水的处理提供一种途径。将吸附氨氮及其他污染物的煤矸石应用于土壤改良,不仅可减轻氨氮对环境的污染,也为废水中氨氮的有效利用提供了一种途径。     

煤矸石山自燃治理方法研究

文章根据大量的研究数据和理论成果,探讨了煤矸石山自燃的治理方法,结合桑树坪煤矿煤矸石山综合治理工程,对自燃治理方法进行了研究。室内和现场试验表明,采用注浆灭火工艺时,在粘土中添加一定比例的石灰作为注浆灭火材料有较好的灭火效果,得到了粘土与石灰配制的浆液的浓度和控制比例,工程实践表明浆液具有良好的稳定性和流变性。     

粉煤灰掺量对煤矸石骨料混凝土性能影响研究

为探讨粉煤灰作为矿物掺合料对煤矸石骨料混凝土性能的影响,在制备煤矸石骨料混凝土试件时,掺入0%、15%、25%、35%、50%的粉煤灰来取代等量的水泥,进行抗压强度、碳化性能及干燥收缩性能试验研究。结果表明,煤矸石混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而有所降低,且均低于未掺粉煤灰时的混凝土抗压强度,但当掺量为15%时,煤矸石混凝土的90 d抗压强度超过同龄期未掺粉煤灰时的混凝土强度;当粉煤灰掺量不超过35%时,对煤矸石混凝土的碳化性能影响不大,粉煤灰掺量达到50%时,煤矸石混凝土的抗碳化能力降低明显;随粉煤灰掺量的增加,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩性能得到改善,50%粉煤灰掺量时干燥收缩率最小。试验表明,适量掺入粉煤灰能改善煤矸石骨料混凝土的后期强度及干燥收缩性能,且对碳化性能影响不大,这为煤矸石骨料混凝土掺粉煤灰的应用提供了试验依据。     

矸石膏体充填材料物化特性与配比试验研究

以岱庄煤矿矸石膏体充填为例,开展了煤矸石、粉煤灰等材料物化性能及优化配比试验。试验结果表明:岱庄煤矿二级破碎的矸石粒径分布基本符合要求;粉煤灰颗粒较粗,球状玻璃微珠量少,对管道润滑作用一般;配比试验表明p10可作为本次试验的优化配比结果,即胶结料∶粉煤灰∶煤矸石为1∶4∶6,质量浓度为74%。