研究建筑垃圾膏体充填试验的意义

膏体充填开采技术是解决“三下一上”压煤的主要方法之一，而高浓度膏体充填料浆管道输送性能和流变特性对充填起着关键作用。由于充填系统较为复杂，仅靠理论计算，无法保证充填料浆输送参数的准确性。因此，通过室内环管试验模拟系统对建筑垃圾－粉煤灰膏体充填料浆进行试验，得到管道阻力损失，为现场充填系统设计提供依据，对城市建筑垃圾合理利用和矿山充填技术发展具有重要意义。

膏体充填模拟系统主要组成部分包括自动称重装置、自动上料机、搅拌机、搅拌桶、空气压缩机、混凝土泵、充填管道、管道清洗机、采场模拟装置和控制系统等。

试验以破碎、筛分后的建筑垃圾为骨料，粉煤灰为主要胶凝材料。为获取不同浓度条件下，该种膏体充填料浆流动参数，输送试验过程采用自质量浓度78%到质量浓度74%的方案。

试验以1组配方料浆3个试验单元，进行3次试验。配料的多少根据输送管路容量和试验要求，设计每次配料总体积为2.06m3，充填料浆的总质量为3.5t。

该组配方料浆需要进行3种浓度的测试，设计充填料浆浓度的变化方法是由浓到稀依次改变，即首先按照设计用料配合比配制最高浓度的料浆，该浓度条件下工况数读取完成后，均匀地按设计计算用量向回流的料浆中加水，使充填料浆浓度降到下更好浓度，经搅拌20min后重复上一浓度的工作。

(1)对试验系统的各个组成部分进行性能稳定性测试，保证试验系统正常运转。检查和清除搅拌机、管道、充填泵喂料斗等内的杂物。具体做法是:打开搅拌机、充填泵等设备，向搅拌斗加水1.6m3(保证满管)，进行输送管路清洗及设备检测。在清洗过程中，特别注意压差计、电磁流量计的数据读取是否正确。

(2)管道润滑。用0.5t左右由骨料、细集料制备成浓度为75.5%的料浆泵入管道，该部分充填料浆不返回充填泵。

(3)人员分配。在进行试验之前，要安排人员在各测点、拍摄点、控制点做好试验准备。

膏体充填材料制备

(1)分别称取粉煤灰0.702t、生石灰0.09t、石膏0.072t、早强剂0.036t、建筑垃圾1.8t，混合后加入料斗中。

(2)混合后的材料经自动给料装置送入搅拌机，搅拌机对干料进行5min左右的搅拌。

(3)在搅拌机干料入口处，连续定量(按设计浓度)加水，与干料混合后，搅拌10min。

(4)待制备的料浆搅拌均匀后，装满充填泵料斗0.8m3后，即开泵输送，并通过调节泵的流量改变充填料浆的流速。

(5)好的浓度的料浆充满整个环管管道后，通过弯道返回到搅拌机料斗，再至充填泵料斗形成循环。

(6)充填料浆在环管泵送系统中连续运转15～20min，浓度达到稳定后，可以开始这一浓度的各种数据采集工作。

(7)进行下一浓度梯度的转变，按照表1所示的加水量，经搅拌机搅拌均匀，重复上一浓度下的试验工作。

(8)对3种浓度的膏体充填材料环管试验，总需要时间控制在3～4h。

(9)在每一次试验前后，标定充填泵活塞冲程周期，人工取样测定膏体充填材料的塌落度、稠度、分层度、泌水率等，并浇筑试验试块，以备测定材料的力学性能参数。

(10)试验结束后，将充填料浆排至沉淀池，并清洗试验系统，重点是充填泵的活塞缸、喂料斗及管路弯道处。

利用实验室膏体充填模拟系统实现膏体充填材料的配比试验、搅拌试验和管道输送试验。建筑垃圾再生骨料膏体充填材料的塌落度和分层度随泵送时间的增长而减小，质量浓度则稍有增加。经4h管道输送后，质量浓度为76%的膏体充填材料塌落度达到18.5cm和分层度达到0.9cm，两者均可满足煤矿膏体泵送的要求。通过流变试验，分析了膏体基本性能变化规律，并分析了管道阻力损失与流速、膏体质量浓度、管径之间的关系，表明流速在0.8～1.1m/s之间较为理想。