研究建筑垃圾膏體充填試驗的意義

膏體充填開采技術(shù)是解決“三下一上”壓煤的主要方法之一，而高濃度膏體充填料漿管道輸送性能和流變特性對充填起著關(guān)鍵作用。由于充填系統(tǒng)較為復(fù)雜，僅靠理論計算，無法保證充填料漿輸送參數(shù)的準(zhǔn)確性。因此，通過室內(nèi)環(huán)管試驗?zāi)�擬系統(tǒng)對建筑垃圾－粉煤灰膏體充填料漿進(jìn)行試驗，得到管道阻力損失，為現(xiàn)場充填系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)，對城市建筑垃圾合理利用和礦山充填技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

膏體充填模擬系統(tǒng)主要組成部分包括自動稱重裝置、自動上料機(jī)、攪拌機(jī)、攪拌桶、空氣壓縮機(jī)、混凝土泵、充填管道、管道清洗機(jī)、采場模擬裝置和控制系統(tǒng)等。

試驗以破碎、篩分后的建筑垃圾為骨料，粉煤灰為主要膠凝材料。為獲取不同濃度條件下，該種膏體充填料漿流動參數(shù)，輸送試驗過程采用自質(zhì)量濃度78%到質(zhì)量濃度74%的方案。

試驗以1組配方料漿3個試驗單元，進(jìn)行3次試驗。配料的多少根據(jù)輸送管路容量和試驗要求，設(shè)計每次配料總體積為2.06m3，充填料漿的總質(zhì)量為3.5t。

該組配方料漿需要進(jìn)行3種濃度的測試，設(shè)計充填料漿濃度的變化方法是由濃到稀依次改變，即首先按照設(shè)計用料配合比配制最高濃度的料漿，該濃度條件下工況數(shù)讀取完成后，均勻地按設(shè)計計算用量向回流的料漿中加水，使充填料漿濃度降到下更好濃度，經(jīng)攪拌20min后重復(fù)上一濃度的工作。

(1)對試驗系統(tǒng)的各個組成部分進(jìn)行性能穩(wěn)定性測試，保證試驗系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。檢查和清除攪拌機(jī)、管道、充填泵喂料斗等內(nèi)的雜物。具體做法是:打開攪拌機(jī)、充填泵等設(shè)備，向攪拌斗加水1.6m3(保證滿管)，進(jìn)行輸送管路清洗及設(shè)備檢測。在清洗過程中，特別注意壓差計、電磁流量計的數(shù)據(jù)讀取是否正確。

(2)管道潤滑。用0.5t左右由骨料、細(xì)集料制備成濃度為75.5%的料漿泵入管道，該部分充填料漿不返回充填泵。

(3)人員分配。在進(jìn)行試驗之前，要安排人員在各測點、拍攝點、控制點做好試驗準(zhǔn)備。

膏體充填材料制備

(1)分別稱取粉煤灰0.702t、生石灰0.09t、石膏0.072t、早強(qiáng)劑0.036t、建筑垃圾1.8t，混合后加入料斗中。

(2)混合后的材料經(jīng)自動給料裝置送入攪拌機(jī)，攪拌機(jī)對干料進(jìn)行5min左右的攪拌。

(3)在攪拌機(jī)干料入口處，連續(xù)定量(按設(shè)計濃度)加水，與干料混合后，攪拌10min。

(4)待制備的料漿攪拌均勻后，裝滿充填泵料斗0.8m3后，即開泵輸送，并通過調(diào)節(jié)泵的流量改變充填料漿的流速。

(5)好的濃度的料漿充滿整個環(huán)管管道后，通過彎道返回到攪拌機(jī)料斗，再至充填泵料斗形成循環(huán)。

(6)充填料漿在環(huán)管泵送系統(tǒng)中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15～20min，濃度達(dá)到穩(wěn)定后，可以開始這一濃度的各種數(shù)據(jù)采集工作。

(7)進(jìn)行下一濃度梯度的轉(zhuǎn)變，按照表1所示的加水量，經(jīng)攪拌機(jī)攪拌均勻，重復(fù)上一濃度下的試驗工作。

(8)對3種濃度的膏體充填材料環(huán)管試驗，總需要時間控制在3～4h。

(9)在每一次試驗前后，標(biāo)定充填泵活塞沖程周期，人工取樣測定膏體充填材料的塌落度、稠度、分層度、泌水率等，并澆筑試驗試塊，以備測定材料的力學(xué)性能參數(shù)。

(10)試驗結(jié)束后，將充填料漿排至沉淀池，并清洗試驗系統(tǒng)，重點是充填泵的活塞缸、喂料斗及管路彎道處。

利用實驗室膏體充填模擬系統(tǒng)實現(xiàn)膏體充填材料的配比試驗、攪拌試驗和管道輸送試驗。建筑垃圾再生骨料膏體充填材料的塌落度和分層度隨泵送時間的增長而減小，質(zhì)量濃度則稍有增加。經(jīng)4h管道輸送后，質(zhì)量濃度為76%的膏體充填材料塌落度達(dá)到18.5cm和分層度達(dá)到0.9cm，兩者均可滿足煤礦膏體泵送的要求。通過流變試驗，分析了膏體基本性能變化規(guī)律，并分析了管道阻力損失與流速、膏體質(zhì)量濃度、管徑之間的關(guān)系，表明流速在0.8～1.1m/s之間較為理想。