煤系固废协同固化盐渍土的力学特征与机理研究

以干旱半干旱地区固体废弃物资源化利用为研究背景,利用煤系固废煤矸石(CG)、煤系偏高岭土(CMK)联合干旱区易获取的固废材料电石渣(CS)协同普通硅酸盐水泥(OPC)开发一种新型固化材料,探讨其固化干旱半干旱区盐渍土的力学性能与微观变化机理。基于室内实验,对比100%OPC固化盐渍土,研究不同矿区产出的CG以及煤矸石-煤系偏高岭土-电石渣协同固化剂(CGCMK-CS)替代52%、60%、68%、72%、84%OPC后各龄期的无侧限抗压强度(UCS)特征,并取特征组进行有害阴离子(Cl-、SO42-)浸出试验与微观测试,从微观角度对其强度变化机理进行探讨。结果表明,煤矸石–电石渣–煤系偏高岭土–普通硅酸盐水泥协同固化(CG-CMK-CS-OPC)体系具有良好的Cl-与SO42-结合能力,固化盐渍土后Cl-与SO42-浸出量是100%OPC的一半,其水化产物铝酸三钙能与盐渍土中的Cl-与SO42-生成AFm相产物,并使体系中的团粒内孔隙与团粒间孔隙向颗粒内与颗粒间孔隙转化,由此降低了盐渍土中盐分带来的危害。根据7 d UCS试验结果,使用山西运城CG固化体系的效果最佳,这与其活性钙质和铁铝...     

改性煤系高岭土矿粉填充橡胶的结构与性能

以煤系高岭土为主要原料通过相对富集,超细粉碎、表面改性处理等方法,得到一种橡胶填充剂MUCKP。用它代替通用炭黑作为橡胶的补充填充剂,制备了胶片,对填充后的橡胶进行了应用性能研究。结果表明:用于天然橡胶时,当填充剂粒度小于400目时,已有较好的补强作用,其主要性能指标类似于通用炭黑,可以部分等量替换碳黑作为橡胶的补强填充剂。取代量在20%~25%之间。     

宁东矿区气化渣基膏体充填材料性能优化研究

宁东矿区作为黄河流域的9个亿吨煤基地之一,年产出煤基固废近2×108 t且气化渣堆存量大、规模化利用困难、简单填埋处理空间有限,充填开采能解决空间堆存难题,但成本高、性能亟待优化。根据响应面法设计气化渣在固体中的掺量(A)、气化渣与水泥质量比(B)、料浆含量(C)3因素3水平共17组中心组合实验,对气化渣基膏体充填材料的坍落度、扩展度、7和14 d单轴抗压强度等性能进行了对比优化研究。实验前使用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对原料的成分及微观形态进行观测分析,试块单轴压缩后通过SEM观测分析水化作用特点,揭示强度形成机制。综合强度和流动性得到最优配比及其性能特征为：A为48%,B为3,C为80%,脱硫石膏∶煤矸石∶炉底渣的质量按2∶1∶1配制,其7、14 d强度分别为1.15、2.41 MPa,坍落度为133 mm,扩展度为325.5 mm,坍落度与扩展度的比值为0.41。进一步基于响应面法分析得到7、14 d强度的单影响因素按显著性排序分别为：B>C=A、B>A>C;7、14 d强度的交互影响因素按显著性排序分别为：BC>AB>AC、AB&g...     

煤系非常规天然气的系统研究及其意义

煤系中的烃源岩为重要的生气母质,但由于煤系的韵律性或旋回性,表现出时间上短暂、层序上多变的特点,致使煤系烃源岩呈现多层叠置现象。煤系烃源岩母质生成的气体有多种称谓,概念的混淆给资源勘查评价带来诸多困难。基于地质和矿产经济学理论,从煤系烃源岩气体概念及成因联系出发,将煤系中的非常规天然气作为一个系统进行研究,揭示煤化作用-构造作用-地质环境条件之间的时空耦合关系,探讨区域地质背景与演化对煤系中气体形成的控制作用,形成特有的煤系气研究与资源评价路线。     

风积沙质胶结充填材料性能对水固比响应分析

煤炭胶结充填开采技术是一项基于生态、地质和资源安全的新型开采技术,质量分数是控制胶结充填材料性能的重要因素。为了掌握风积沙质胶结充填材料对质量分数的响应,试验研究了质量分数对材料多项性能的影响规律。结果表明：抗压强度、坍落度、泌水率、分层度对质量分数的响应较为显著,凝结时间相对较弱。随着质量分数升高,抗压强度增长较快,坍落度、泌水率、分层度明显降低,凝结时间缓慢降低。同时质量分数与材料输送的屈服应力、黏度系数、沿程阻力等具体指标直接相关,但对各指标影响规律存在较大差异。分析认为,质量分数对材料性能和指标的控制是基于水分在材料输送和硬化过程中的化学和物理作用,水分在材料中既是化学反应的参与项,也是物理性能的控制项,对于每一种胶结充填材料均存在合理的质量分数区间。     

风积砂质高浓度胶凝充填材料性能与粉煤灰掺量关系分析

充填材料是决定煤炭充填开采效益、效率、效果的最主要因素。为了掌握风积砂质高浓度胶凝充填材料的性能变化规律,本文以粉煤灰的质量掺入比作为变量,试验研究和理论分析了粉煤灰对该充填材料性能的影响规律。结果表明,粉煤灰的适量添加可以提高充填材料的强度,大掺量导致强度相对降低; 泌水率随着粉煤灰掺量的增大总体上呈减小趋势,较大掺量试样泌水速率相对较低; 分层度随着粉煤灰掺量的增大线性降低; 凝结时间随着粉煤灰掺量增大呈现指数增大; 坍落度总体上随粉煤灰掺量的升高而增大,但大掺量会使其出现相对降低。分析认为,适量粉煤灰的掺入,使风积砂质高浓度胶凝充填材料的颗粒粒度、水分分布和水泥分散均匀,而使材料的强度和输送性能适度改变,但掺量过大会稀释胶结料和改变颗粒相对级配而导致性能下降。     

碱激发材料固化低液限粉黏土路用性能及抗冻融特性研究

以伊犁地区S315线蜂场至尼勒克段低液限粉黏土为研究对象,以碱激发材料为固化剂,对粉质黏土和其固化土开展了路用性能指标试验与冻融循环试验,并利用电镜扫描试验(SEM)与X射线衍射试验(XRD)研究了固化土的微观特征,探讨了碱激发材料对粉质黏土路用性能指标与抗冻融特性的影响.试验结果表明,固化土的无侧限抗压强度与抗剪强度...     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明：随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长; 水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大; 黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高; 与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆; 水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长;水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大;黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高;与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆;水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

花岗岩残积土填料路用工程特性室内试验研究

为了研究花岗岩残积土的路用工程特性,通过击实试验、承载比CBR试验、固结试验以及室内基床系数试验分析了该类材料压实性能及基本力学特性,对压实度为92%的最优含水率和饱和压实土样进行了循环加载试验,研究了动力荷载作用下土体的变形特性。结果表明,花岗岩残积土在K为91%～97%时压实功效率较高,提高压实度对于增强土体局部抗变形能力较为有效;采用室内三轴法得到的基床系数K30值为188.25 MPa/m;最优含水率下花岗岩残积土动力变形稳定性较好,但含水率增加会大幅度增加土体塑性变形,降低土的动弹性模量,不利于变形稳定。所以作为路堤填料,应考虑作为受气候与动荷载影响较小的下路堤备用填料,作为铁路路堤本体及公路上、下路路床填料,应在进行土性改良且满足要求的论证基础上取舍。研究成果可为花岗岩残积土填料的工程应用及土体改良提供技术参考。     

Influence of discontinuities and clay minerals in their filling materials on the instability of rock slopes

To assess the influence of discontinuities and clay minerals in their filling materials on the instability of rock slopes, seven rock slopes along the margin of Ganjnameh–Shahrestaneh Road, Hamedan Province, Western Iran were selected, and the physical and mechanical properties of their rocks and discontinuities were determined. By statistical studies of the discontinuities, rock slope stability analysis has been performed using kinematic and limit equilibrium methods so that safety factors for the rock slopes can be calculated. Also, sampling of filling materials and X-ray diffraction tests have been done to identify the clay minerals in the filling materials. The lithologies of the studied rock slopes are granite, diorite and hornfels. The presence of discontinuities and weakness planes with different orientations and clay minerals in filling materials of discontinuities are effective factors that cause plane, wedge and toppling failures in the rock slopes. Clay minerals as filling materials of discontinuities in the studied rock slope facilitate their instability by two different methods. First, absorption of water by infilling clay minerals causes the friction angle of discontinuity surfaces that leads to plane and wedge failures to be reduced. Second, water absorption causes the swelling of clay infilling minerals that leads to toppling failure.     

水下收缩裂隙形成过程及裂缝充填模式研究

通过野外实地考察测试,对水下收缩裂隙整体形成过程、裂隙内充填物沉积模式、影响因素等进行了详细讨论,并且建立了相应的地质理论模型。水下收缩裂隙的形成共分4个阶段,依次为:泥水混合物进入低洼地带的初始混浊状态;沉积压实稳定阶段;水位线下降,盐度增大,裂隙形成阶段;沉积裂隙充填阶段。其中“异常高压作用”,对于初始裂隙的形成、沉积物孔隙水的有效排出以及主要渗流通道的发育起到了重要作用。单一泥质地层裂隙内充填物沉积模式与沙泥互层的多旋回地层略有差异,主要表现为沙层的润滑作用以及对早期裂隙内充填物类型的影响。上述两种地层裂隙内充填物沉积特征均与后期充注期次相对应,表现出很好的韵律性。裂隙纵剖面中生物发育层的出现,对裂隙内充填物的物理、化学性质将产生重要影响。     

水下收缩裂隙形成过程及裂缝充填模式研究

通过野外实地考察测试,对水下收缩裂隙整体形成过程、裂隙内充填物沉积模式、影响因素等进行了详细讨论,并且建立了相应的地质理论模型。水下收缩裂隙的形成共分4个阶段,依次为:泥水混合物进入低洼地带的初始混浊状态;沉积压实稳定阶段;水位线下降,盐度增大,裂隙形成阶段;沉积裂隙充填阶段。其中“异常高压作用”,对于初始裂隙的形成、沉积物孔隙水的有效排出以及主要渗流通道的发育起到了重要作用。单一泥质地层裂隙内充填物沉积模式与沙泥互层的多旋回地层略有差异,主要表现为沙层的润滑作用以及对早期裂隙内充填物类型的影响。上述两种地层裂隙内充填物沉积特征均与后期充注期次相对应,表现出很好的韵律性。裂隙纵剖面中生物发育层的出现,对裂隙内充填物的物理、化学性质将产生重要影响。     

固化疏浚淤泥做堤防填筑材料的试验研究

固化疏浚淤泥作为堤防填筑材料,既解决淤泥的处置,又可解决堤防建设中填土的缺乏。用灰渣胶凝材料（HAS）固化淤泥并测试固化淤泥土的主要物理力学性质,发现掺6 %灰渣胶凝材料固化后的淤泥土,在自然堆积28 d后的液塑限达到60 %,有机质含量降低到2 %,淤泥由原来的有机质高液限黏土（CHO）变成高液限粉质黏土（MH）,其28 d的无侧限抗压强度普遍大于1.4 MPa,凝聚力c≥100 kPa,内摩擦角?＞35°,渗透系数小于10-6 cm/s,远高于提防填筑材料的标准,表明灰渣胶凝材料固化改性淤泥成为堤防填土是可行的。     

高水材料充填技术在减小地表沉降中的应用

高水材料用于采空区充填有着工艺简单、凝结速度快、性能稳定等优点。采用建立地表沉降观测站方式,研究了用高水材料充填采空区后地表沉降变形规律。结果显示,充填后地表的下沉量明显减小。2009年5—12月,充填后地表最大下沉值为165.6 mm,月平均下沉20.7 mm。该方法用于减小开采引起的地表沉降,比传统的充填方法效果明显。     

Structure of fougerite and green rusts and a thermodynamic model for their stabilities

Fougerite is a new iron oxide, a mixed M(II)–M(III) hydroxide, a member of the green rust group. Its structure consists of a brucitic layer of Fe(III)–Fe(II)–Mg(II), where the excess of the positive charge due to Fe³⁺ is compensated in the interlayer by anions. The limits of composition are structurally and geochemically constrained, and the stabilities of the mineral and green rusts are obtained by a thermodynamic model of a regular solid solution, for different compensating anions and for any allowed composition of the brucitic layer.     

砂?重晶石粉填料导热性能与传热机制研究

地埋管地源热泵是浅层地热能利用的一种主要形式,回填材料的热物性尤其导热系数是影响热泵系统换热效率的关键。以砂和重晶石粉作为研究对象,探究不同重晶石粉掺比(体积分数)以及不同饱和度样品导热系数的变化规律;并基于体视镜、核磁共振分析等宏细观实验,揭示重晶石粉对回填材料导热系数提高的机制;最后,通过数值模拟手段研究该回填材料导热性能对换热效率的影响。研究表明:重晶石粉对回填材料导热系数的影响显著,掺比20%重晶石粉对回填材料导热系数提高的效果最好,最高可使导热系数提高52.09%;水的含量对导热系数影响也很显著,样品饱水后导热系数明显增加,相比干燥样品提高了4~5倍;重晶石粉对回填材料导热系数的提高主要由包裹效应和填隙效应引起,包裹效应为重晶石粉将砂颗粒表面包裹,而填隙效应则是重晶石粉将砂颗粒之间的孔隙填充;数值模拟结果证明重晶石粉提高回填材料导热系数进而提高地源热泵换热效率的可行性。研究成果为地源热泵回填材料的选择提供了参考。