膏体充填料浆质量控制

解飞翔 徐志远 刘春英

摘要：介绍了膏体充填采矿法在国内外的发展现状及技术上可行，经济上合理，安全上可靠和具有可持续发展的优点，概述了膏体充填的特点和各种充填法的比较。

关键词：膏体充填料浆配比控制管理

0引言

膏体充填是21世纪的“绿色采矿”项目，但是能否保证料浆的合格泵送，而不至于堵管子，是一门技术，也是一门学科。所以搞好料浆的质量控制，是保证合格充填得关键一环。

1原料的质量控制

1.1骨料(矸石)的控制关键参数是骨料的温度、水分、灰分。据工艺说明矸石的粒度合格是0-25mm的矸石料。但是骨料中的粒度也有差异。

1.1.1最佳粒度：矸石5／+5含量35-45％，最佳38-40％；-5就是说小于5mm的矸石，+5mm是指5mm～25mm的矸石。煤矸石自然粒径级配变化大，对膏体的配比和流动性影响较大，因此需对煤矸石进行破碎。在满足膏体配比的前提下，为了尽可能的降低煤矸石破碎设备的投资，破碎煤矸石的粒径级配考虑了两种规格，一是～5mm煤矸石，二是5-25mm煤矸石，通过对两种规格的煤矸石进行实验室优化配比，初步确定出两种煤矸石的配比关系。－5mm破碎煤矸石的含量在30％-50％之间时，其膏体坍落度均在20-25cm，能够满足膏体管道泵送的需要，这也说明两种规格的矸石级配具有较大的选择空间。从强度实验结果看，实验范围内(-5mm矸石的含量在30％～50％)强度变化不大，相对而言-5mm破碎煤矸石的含量分别38％左右，膏体充填材料早期强度-和后期强度都相对较高，因此，破碎矸石级配初步考虑5ram破碎煤矸石的含量选择为38％。

1.1.2矸石的含泥量或者其他杂物，影响矸石浆，生成粘度偏大，影响泵送。

1.2粉煤灰质量控制粉煤灰是从煤粉炉烟道气中收集到的粉末，属人工火山灰质材料，颗粒很小，多呈球形《通称微珠》。掺人膏体中，它的颗粒形态效应产生减水势能，微集料效应产生致密势能，火山灰质效应产生活化势能；从而起到减少需水量，提高耐久性和抗渗能力，减少收缩，降低内部温升，提高抗拉强度，抗硫酸盐侵蚀，减少泌水和抑制碱一骨料反应等多方面的作用。因此，在膏体中掺粉煤灰，不仅仅是为了节省水泥，更主要的是为了改善和提高膏体的性能，粉煤灰是膏体的重要组份。

1.2.1粒度：对和易性的影响主要体现在粘聚性方面，另外掺量过高对强度也有影响。对耐久性也有影响，细度大的粉煤灰耐久性差，实体中膏体碳化较大。

1.2.2烧失量：粉煤灰中的未燃碳是有害成分，烧失量越大，含碳量越高，膏体的需水量就越大，从而导致水胶比提高，严重影响了粉煤灰效用的充分发挥，同时粉煤灰烧失量过高会严重影响对膏体中含气量的控制。

1.2.3需水量比：需水量比是核心，关系到外加剂掺量／膏体需水量等。影响需水量比的因素除了烧失量和细度外，还有含珠率、微珠的粒形状等等因素。

粉煤灰到处都有，膏体浆料要用1级灰。用作膏体料浆掺合料的|级粉煤灰成品应符合下列指标：含水量不大于1％；烧失量不大于4％；细度(0.045mm方孔筛筛余量)不大于12％；需水量比不大于95％：三氧化硫含量不大于3％。

1.3膏体的添加剂包括减水剂，保塑剂，引气剂，缓凝剂等材料。

1.3.1减水剂也叫膏体料浆超塑化剂(减水剂)，减水剂的功能是具有早强和高强性能，又具有延缓水泥硬化速度、延长砼凝结时间的作用，可减少坍落度损失，改善砼的施工性能。主要成分TH-928聚羧酸系高性能减水剂。

1.3.2保塌(塑)剂膏体充填增稠剂。以羟基羧酸及其盐类为主要成分和其他改性组分的复合剂。主要功能是有效控制掺加泵送剂、高效减水剂的预拌商品混凝土、流态混凝土的坍落度、流动度的经时损失，使混凝土在所要求的时间内保持良好的可泵性。保塌剂：随着温度变化，低于18度以下，不用保塌剂；温度大于18小于24一般5％到10％，大干24度到30度，30％，一桶里边60kg，大干30度，50％。

1.3.3引气剂使膏体料浆拌合物在搅拌时引入空气而形成微小气泡的外加剂。引气增多则会增加可泵时间，增加和易性和悬浮，但是如果气泡太多，一旦气泡破裂，则会减少可泵时间；太少容易泌水，增加可泵时间。引气剂的加量和粉煤灰的颗粒度大小有关。同时和泵送压力有关，如果压力太高，多加引气，泵压力可以减小。

1.3.4缓凝剂延缓混凝土凝结时间而对后期强度无明显影响的外加剂。

温度对添加剂的影响非常重要，温度高的夏天，添加剂反应快，所以可泵时间短，上强度时间短，为了保证可泵时间，所以要增加缓凝剂，而冬天则相反。

2浓度配比过程控制

2.1控制过程方案

2.1.1配料的过程与控制岱庄煤矿充填每次配料涉及5种物料，包括煤矸石、粉煤灰(2种)、水及胶结料，这些物料的配料过程及其控制如下：①来料称重验收与管理：来料称重是一个重要环节，但是，此环节与充填站搅拌、泵送过程是相对独立的，来料称重验收与管理有两个方案，一是不考虑计算机控制，采用一般的地磅对来料车称重计量，二是与充填系统计算控制系统形成一体，来料称重管理是其中一部分。②煤矸石定量供给：煤矸石供给子系统包括煤矸石仓、称量斗、斗倾斜皮带输送机、水分测定仪和缓冲斗。每2个煤矸石仓服务1台搅拌机。在配料过程中，在规定的时间范围内，首先打开2个煤矸石仓出口给料器同时给料，到达到设计值90％时，保留1个给料器继续给料，直到达到设计值；确认计量好以后，再将煤矸石卸入皮带输送机转送到充填楼第三层的煤矸石缓冲斗；在搅拌机需要加料时，煤矸石缓冲斗打开卸料门，依靠重力卸料到搅拌机，卸料完成以后及时关闭卸料门，然后开始进行新一批次称料。在煤矸石给料过程中如果发现料仓下料不畅，还需要启动振动装置，破拱下料。⑨粉煤灰定量供给：两种粉煤灰独立计量和给料。粉煤灰供给子系统包括粉煤灰料仓、螺旋给料机和称料斗，在规定时间的配料过程中，首先料仓螺旋给料机快速给料到称料斗，称料斗开始监视进斗物料质量，到达到设计值90％时，改为慢速给料，达到设计值前适当时间螺旋给料机停机，利用螺旋机惯性使所加物料正好达到设计值。在粉煤灰给料过程中如果发现料仓下料不畅，还需要启动振动装置，破拱下料。螺旋给料机直接将粉煤灰运送到充填楼第三层的粉煤灰称料斗，待本次配置粉煤灰全部进入称料斗以后，进行称量。④胶结料定量供给：胶结料供给子系统包括圆筒料仓、螺旋给料机、称料斗，在规定时间的配料过程中，首先料仓螺旋给料机快速给料到称料斗，称料斗开始监视进斗物料质量，到达到设计值90％时，改为慢速给料，达到设计值前适当时间螺旋给料机停机，利用螺旋机惯性使所加物料正好达到设计值。在胶结料给料过程中如果发现料仓下料不畅，还需要启动振动装置，破拱下料。⑤水定量供给：水的供给子系统包括管道水泵、调节阀、称水斗。在工作时

间水泵一直运转，通过调节阀向称水斗内加水，设置大、小两个加水管，先同时开启加水，达到一定程度后，关闭大给水管，小给水管继续给水到设定值，小给水管关闭。需要指出的是，充填站在制浆过程中要定期检测煤矸石的含水率，根据煤矸石含水率的变化及时调整充填材料配比。搅拌的过程与控制：充填站均采用周期式双卧轴混凝土强制搅拌机制作膏体料浆，主要是考虑周期式搅拌机在一批料拌好卸出后，再进行下批料的装料和搅拌，易于控制配比和保证拌合质量，另外周期式双卧轴混凝土强制搅拌机近年来在建筑工程中得到最普遍的应用，形成了系列化产品，国内最大的周期式双卧轴混凝土强制搅拌机一次可以搅拌6m3的混凝土，周期式双卧轴混凝土强制搅拌机制造技术已经成熟，设备长时间连工作可靠性高。周期式搅拌机搅拌制作充填料浆的过程是加料、搅拌、出料按周期性循环作业的过程。前面设计选择的岱庄煤矿充填系统搅拌机为DKX2 25m3型周期式双卧轴混凝土强制搅拌机，设计从称料斗向搅拌机的投料时间15～20s、搅拌时间50～60s、出料时间15s，一个搅拌周期90s。在充填过程中搅拌机的搅拌机构(也是搅拌机的主机部分)一般开启以后便连续运转，搅拌机的卸料门一般是通过电动(或气动)推杆驱动匀速打开或关闭，搅拌机在推杆两侧已经装有限位开关，可以控制卸料门的开闭极限位置，所以搅拌的过程需要控制的是开启和关闭搅拌机卸料门的时机，在执行加料时，要确保卸料门已经全部关闭，在出料完成以后才关闭卸料门。⑥泵送的过程与控制：充填泵泵送分充填料浆和清水两种介质，在输送管道中有四种情况，即完全充填料浆、完全清水、灰浆推水、水推灰浆，充填泵的泵送过程控制的目的是保持泵送速度与搅拌机拌料的速度协调一致，维持泵送系统的连续作业，控制每班充填量，为协调井上下作业提供依据。泵送流量大小依据料浆缓冲仓的料位计进行必要的调节控制，保证泵送与搅拌协调连续作业，避免充填泵吸空。

2.2操作步骤及注意事项控制系统分两种模式，一为手动，一为自动。控制单元分两个大的单元，一是充填泵站的自动化，一是以搅拌机工作为核心的下料控制过程，矸石、粉煤灰、胶结料、水各个小单元自行自动控制。

3料浆配比的质量监督

目的：保持混凝土塌落度：23：可泵时间：2.5小时；

3.1注意检测各种温度，其中包括粉煤灰的温度，灰浆温度，水的温度，环境温度，车间内温度等随时记录在案。

3.2灰浆：胶结料+粉煤灰+水①主控室要根据前一天的料浆和来料粉煤灰的粒度调整料浆浓度；②主要通过现场的工人及时汇报料位及灰浆的浓度。③主控员要根据泵送能力和泵送压力的变化，随时调整浓度。④特殊情况调节要调节胶结料，如胶结料温度突变，质量突变。⑤浓度过大可以进入搅拌控制；

3.3矸石浆：矸石料+胶结料+水①浓度范围75-81％，胶结料粉煤灰定量计算矸石量及加水量；②胶结料粉煤灰的量一般是在450-600。主要看矸石±5的量：⑨浓度稀稠调节矸石量和含水量，其他因素见上；④注意泵运行过程中泵压力变化范围，调整浓度，或者调整泵送压力，主要分析有无浆发粘的现象，后改变浓度配和外加剂的置。

4数据管理

4.1要对所有的料浆质检实验记录详细，其中包括实验料浆的塌落度、可泵时间、胶凝时间、单轴抗压强度等，为下一步的数据统计分析奠定基础。

4.2要对添加剂的各种成分的配比做大量的实验，不同配料的相关参数要做不同的记录，最后统计规律。

4.3要记录料浆浓度、充填泵的压力流量、搅拌机的参数与电流的关系的曲线，从各个渠道分析并统计规律。

5质量控制员需要的素质

①严谨科学地做好运行前的各类试验，为充填中的料浆调整提供指导作用：②掌握运行中料浆的各类参数，及时反馈运行中的信息；⑨做好运行中的各类实验，为快速掌握料浆配比做好实验；④要严格控制泵送能力、压力、浓度、温度之间的关系，要记录详实认真：⑤熟练掌握浓度稀稠和条件的关系；⑥熟悉外部因素：搞好协调工作，对井下故障能够及时反映；⑦系统中要处理断电因素及快速处理单机故障；泵压力突然增大耍停车处理；⑧系统供应、搅拌等各工艺时间及量要熟练掌握。