煤矸石的理化性能研究.pdf

煤矸石的理化性能研究 刘 江 辽宁工程技术大学 资源与环境工程学院,辽宁 阜新123000 摘 要煤矸石的理化性能决定了煤矸石的利用范围和利用方式,是评价其品质的重要依据,是煤矸石综合利用的 基础。 关键词煤矸石;理化性能 中图分类号TQ536 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200805 - 0139 - 02 Study on Physicochemical Perance of Coal G angue LIU Jiang College of Resource and Environment Engineering , Liaoning Technical University , Fuxin 123000 , China Abstract Physicochemical perance of coal gangue determined utility rang and mode , which uated im2 portant gist of quality , which based on multiple - purpose of coal gangue. Key wordscoal gangue ; physicochemical perance 1 煤矸石的工艺物理性质 1.1 煤矸石的可塑性 煤矸石必须经过细碎后才有塑性,矸石中砂岩塑性较页 岩差。煤矸石经粉碎至250目筛余2 时其可塑性指标可达 到218～310 ,相应含水率为23 ～25 ,如果进一步细碎至 300目,筛余2 时,则可塑性会更大[1]。 112 煤矸石的粘性 随着煤矸石颗粒的比表面增大,矸石泥团基本可以塑性 成型时,泥浆粘度在111左右时,可用于注浆成型。 113 煤矸石的硬度 含砂岩煤矸石的真比重和硬度较含页岩煤矸石的大,含 页岩多的干事硬度在2～3之间,含砂岩多的矸石硬度在4～ 5之间。 114 煤矸石的收缩性 煤矸石塑性比较低,收缩性也就比较小,一般线收缩在 215 ～310 之间,烧结后的线收缩在212 ～214 之间,相 应吸水率在17 ～19 之间。 115 煤矸石的烧结温度范围 煤矸石的烧结温度一般在1 050℃ 左右,900℃ 为一次膨 胀,1 120℃ 至1 160℃ 时收缩量小,温度继续上升至1 160℃ 以 上时产生2次膨胀,由固相转为固液相或完全熔融。 116 煤矸石的脱炭温度 煤矸石的脱炭温度一般总是低于最佳烧结温度,最佳脱 炭温度常发生在1 000℃上下,最低脱炭时间为200～250 min ,在整个脱炭过程中,应保持氧化气氛。 2 煤矸石中的有害杂质 煤矸石中含有的有害杂质主要是硫化物和碳酸盐类混 合物,以及贡、 砷、 氟、 氯等微量元素。 煤中硫含量在013 左右,所以煤矸石中硫含量较低,通 常以有机硫和无机硫2种形式存在。主要来源于黄铁矿 FeS 2和石膏CaSO4。黄铁矿在煤层有的呈透镜状,有的呈 结核状,有的呈细分散状。硫化物易氧化生成二氧化硫,二 氧化硫再经氧化并在空气中水分作用形成雾状硫酸,对煤矿 周围的设备、 建筑、 人畜和植物危害都很大,煤矸石中的硫酸 盐以石膏、 硬石膏和半水化合物形式存在,往往沿层面或裂 缝以微小晶粒可见,属后生矿物[2]。 煤矸石中的碳酸盐类分布极广,主要是方解石和菱铁矿,其 次还有白云石等。方解石呈薄膜状充填于裂缝及层面中。 3 煤矸石的化学组成特征 化学成分是评价矸石性质,决定利用途径的重要指标, 煤矸石的化学成分随其他层岩石的种类和矿物组成不同而 变化,煤矸石的主要化学成分SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO 等,其主要氧化物为SiO2和Al2O3。 煤矸石中含有一定量的微量元素,其中包括一定量的有 毒有害物质。了解这些微元素的含量可为矸石的综合利用 及处置方式提供科学依据。矸石中可检出微量元素很多,共 有21种,其中包括有毒、 有害元素 Pb 、As、Cr等 , 但是含量 均不高。且各微量元素含量与土壤背景值基本一致[2]。 4 煤矸石的化学成分分析 煤矸石的化学成分,常因开采煤层和采动的地层形成时 的地质条件,形成后经受的地质作用,开采方式和加工方法 的不同而有较大变化。各煤矿煤矸石的化学成分岁有较大 差别,特别是前两者的含量很高,SiO2 Al2O3含量一般高达 60 ～80 ,SiO2与Al2O3的比值在2～4之间。 对煤矸石化学成分影响较大的是岩石种类,比如砂岩矸 石的SiO2含量高达7 ,铝质盐矸石Al2O3含量可高达35 以上。 煤矸石是无机质和少量有机质的混合物质,无机质中包 括矿物质和水。构成矿物质的元素多达数10种,主要包括 Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、S、P等,且大多数以铝、 硅、 酸盐的形 式存在。煤矸石中的有机质随含煤量的增多而增多,主要包 括C、H、N、S、O等几种化学元素。炭是煤中有机质的主要成 分,一般来说,煤矸石中炭含量越高,发热量越大。煤矸石的 化学成分基本相似,Fe2O3含量都比较高,特别是硅、 铝的含 量很高。 η3 r3 rmc 3π9 - sin2φ 183 sin2φ 20 4 结论 该文分析比较了莫尔-库仑准则与广义米塞斯准则的 表达式,得到了α、k的统一表达式,只要选定不同的罗德角 θ σ就能确定不同的D - P准则。 α、k 与θ σ之间的关系式在该文也得到了确定。这样就 可以用统一的形式表述广义米塞斯准则与莫尔-库仑准则。 不同D - P准则与莫尔-库仑准则之间的关系可以根据 等效圆面积确定,从而使得两种准则可以方便的相互转换。 参考文献 [1] 王仁,黄文彬.塑性力学引论[M].北京北京大学大学出版社, 1982. [2] 蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京科学出版社,2002. [3] 李文平,王继成,等.复杂峒室群软弱破碎岩体孤立岩墙加固 研. 收稿日期2007 - 12 - 29;修订日期2008 - 03 - 03 作者简介刘江1985 - ,男,沈阳人,大学本科,主要从事煤矸石综合利用研究,Tel 13019860189 ,E - mail liujianghh2002 1631com。 第27卷第5期 2008年5月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol127 ,No15 May ,2008 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 关于岩层移动过程中的离层位置判别 王长俊 1 ,郝延锦 2 1. 满洲里华能扎赉诺尔煤业公司 铁北矿,满洲里021410; 2.华北科技学院 土木工程系,北京101601 摘 要通过对煤矿开采中的覆岩移动和破坏进行了分析和研究,初步得到了可能发生岩层离层的层位以及离层 在开采过程中的位置变化。提出了动态地计算离层位置的基本公式,为在离层注浆技术中判断离层位置提供了理 论依据。 关键词岩层移动;离层;机理研究 中图分类号P61 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200805 - 0140 - 02 Study on Separated Strata Mechanism in Coal Mine WANG Chang - jun 1 , HAO Yan - jin 2 1. Zhalainuoer tiebei mine of Huaneng group ,Manzhouli 021410 , China; 2. Department of Architectural Engineering , North China Institute of Science and Technology , Beijing 101601 , China Abstract Based on the studyof strata move and destroy , find out the position of separated strata and the rules of separated strata change in coal mine . Put forward the ula for calculate the position of separated strata , provide a for the design and engineering of grouting technique. Key wordsstrata move ; separated strata ; study mechanism 0 前言 众所周知,覆岩离层注浆可以有效缓解岩层移动和地表 沉陷,就是用外来材料通过钻孔来充填采空区上方覆岩内部 出现的离层空间,从而减小地表由于地下开采引起的沉陷, 从而达到沉陷控制的目的,这一技术在我国一些煤矿得到了 应用,并取得了较好的效果。但寻找离层可能发生的位置以 及离层在开采过程中的变化规律是十分关键的问题,对离层 注浆技术的应用具有重要的理论和实际意义[1～4]。 1 组合岩层的计算与判别 当工作面推进到一定距离后,覆岩将出现移动和破坏, 一般情况下上覆岩层并不是简单的一层一层由下而上运动 的,而是形成的一个个组合岩层结构有规律的运动的,也可 以认为覆岩就是一系列薄厚不均匀的岩板的有序叠合或者 组合;通常离层现象均出现在较硬岩层或者岩层组合的下 方,这说明硬岩层或者某些岩层组合在岩层移动过程中起着 主要的控制作用。把上述这种岩层组合结构的运动机制,抽 象成岩层在开采扰动下发生的多组合岩层的弯曲组合,如果 在每一个组合结构中的挠度不同,就可能在组合结构间产生 离层现象。关于哪些相邻岩层为一个组合结构的判断可以 这样判断如果把相邻岩层同时移动的岩层称为一个岩层组 合,即当ωsmaxωxmaxωsmax 、 ω xmax分别为上、 下位岩层的最 大挠度两岩层同时运动,这样的岩层群称之为一个组合结 构;当ωsmaxρn1∑ n i1 Eiδ 3 i 1 利用公式1可以计算出离层现象可能出现的层位即 哪两组岩层之间发生离层现象。 2 岩梁破裂时的长度确定 随着开采工作面的不断向前推进,开采空间也不断扩 大,采空区顶板出现断裂、 垮落,并在其上覆岩层中产生裂 隙、 弯曲及离层现象。起初当工作面推进到一定距离后,煤 层老顶出现初次垮落,垮落形式呈现岩梁垮落的基本形式, 随着工作面继续推进,顶板出现周期垮落,垮落形式为悬臂 梁式垮落,然而从整体上看采空区上方的岩层呈拱形破坏 如图1所示 , 随着工作面的继续推进,该岩梁也将破裂,设 破裂时的岩梁长度为L。 通过对各种煤样的化学成分比较,可得出如下结论SiO2 含量在50 ～65 之间,平均含量为55131 ;其中以铁东矿 矸石中SiO2含量最高,为62195 ,以新兴选煤厂洗矸中SiO2 含量最少,为51153 。Al2O3含量在10 ～25 之间平均含 量18155 ,铁东矿选煤厂洗矸和富强矿矸石中Al2O3含量最 高为22199 ,新兴矿矸石中Al2O3含量最低,只有12120 。 煤矸石中的SiO2和Al2O3总含量相差不是很大的。Fe2O3含 量比较低,在5 ～10 之间,平均含量7135 ,矿区煤矸石 中Fe2O3含量比较均匀,都在平均量左右。 K2O和Na2O含量普遍低,矿区煤矸石中K2O含量在0～ 015 之间,Na2O含量在110 ～310 之间,平均为2125 。 MgO和CaO含量也比较低,矿区煤矸石中MgO含量在015 ～210 之间,平均为1135 ,CaO含量在019 ～710 之间, 平均为3195 。 5 结论 1煤矸石中有机质随含煤量的增多而增多; 2煤矸石中洗矸的发热量比较高,且硫分较低,适合于 矸石电厂发电。 参考文献 [1] 中国硅酸盐协会.硅酸盐辞典[M].北京中国建筑出版社, 1984. [2] 牛泰山,宋瑞谭.煤矸石综合利用与煤炭企业可持续发展的战 略[J ].煤,2004. 收稿日期2007 - 12 - 11;修订日期2008 - 03 - 03 作者简介王长俊1966 - ,男,副矿长,工程师,1989年毕业于辽宁工程技术大学,现从事煤矿安全与管理方面的工作,Tel 0470 - 6563058 ,E- mail wcj9890 sohu. com. cn。 第27卷第5期 2008年5月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol127 ,No15 May ,2008 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.