山西省霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山木瓜煤矿 山西省吕梁市 033100
摘要：为对煤矿巷道加固的水泥基材料热物理参数研究，采用ISOMET热特性分析仪对不同砂的细度模数和龄期下水泥基材料热物理特性进行试验。结果表明：随细度模数和龄期增大，水泥基灌浆材料导热系数和容积热容逐渐减小，导温系数逐渐增大；导热系数、容积热容和导温系数均与砂的系数模数呈良好线性关系与龄期呈良好对数关系。
关键词：灌浆；热物理参数；煤矿；龄期
0 前言
我国目前煤矿巷道加固主要以以锚固与注浆加固为主，对围岩条件良好的巷道，采用高强度锚杆与锚索支护能取得较好效果，然而对破碎围岩巷道，锚杆与锚索力学性能难以充分发挥，通常采用注浆加固进行处理。对注浆加固的煤岩巷道，其加固所用的水泥基材料与原本围岩的变形协调是保障加固质量的关键。因此，有必要对煤矿巷道加固的水泥基材料热物理参数进行研究。
自上世纪40年代起，国内外有关专家学者开始对混凝土的热物理参数开展相关研究，对影响混凝土热物理参数的几种基本因素进行了研究。认为混凝土龄期和初期含水量对混凝土比热影响不大，骨料母岩特性对混凝土导热系数影响较大；随温度升高，混凝土的导热系数逐渐降低，而比热逐渐增大 ；混凝土内部孔隙是影响导热系数的关键参数，随内部孔隙增大，导热系数减小 。近年来，肖建庄等[8]对高性能混凝土热物理参数进行了研究，结果表明，C50高性能混凝土比普通混凝土导热系数和热膨胀系数更低而比热更高。Chund等对外掺硅粉的混凝土导热系数进行研究，结果表明外掺硅粉能明显降低混凝土导热系数。
综上所述，目前关于混凝土热物理参数研究较多，而对于煤矿巷道采用的水泥基材料材料研究较少。本文通过对不同砂的细度模量和龄期下煤矿巷道灌浆用水泥基材料进行热物理参数测试，分析了细度模量和龄期对水泥基材料导热系数、容积热容和导温系数的影响。
1 试验材料与程序
1.1 试验材料
试验材料主要包括河砂、水泥、Ⅱ级粉煤灰、S95级矿粉、减水剂、膨胀剂、消泡剂和无水石膏和蒸馏水。其中水泥为 P?O52.5R级水泥，河砂最大干密度为1.63g/cm3，河砂细度模数分别为2.20、2.41、2.53、2.80和3.20。减水剂为聚羧酸减水剂ADV，其减水率为30%，掺量为0.2%。消泡剂为P803粉剂，掺量为0.2%，膨胀剂为UEA，掺量为胶凝材料掺量的10%。试验胶砂比为1:1，水灰比为0.38。
1.2试验程序
将各试验材料按预设配比混合，并用砂浆搅拌机搅拌10min，将搅拌均匀的水泥基材料倒入预制的长×宽×高=20cm×20cm×20cm的正方体模具中，待材料初凝后放入标准养护室养护，养护3天、7天、14天、28天和90天将试样取出，采用ISOMET热特性分析仪进行热物理参数测试。
2 试验结果与分析
2.1 导热系数
不同龄期下煤矿巷道加固水泥基材料导热系数与砂的细度模数关系曲线如图1所示。随砂的细度模数增大，水泥基材料导热系数逐渐降低，水泥基材料导热参数与河砂细度模数呈良好的线性关系。7天-90天河砂细度模数为3.2比细度模数为2.2水泥基材料导热参数分别降低了3.75%、6.33%、9.62%、11.8%和14%，可以看出随龄期增大，材料导热参数降低越明显。
不同砂模数下水泥基材料导热系数与龄期关系曲线如图2所示，随龄期增大，水泥基材料导热参数逐渐减小，材料导热参数与龄期呈良好的对数关系，材料导热参数开始随龄期增大迅速减小而后逐渐趋于平稳，当龄期超过28天时，随龄期增大，材料导热参数基本保持不变。
2.2 容积热容
不同龄期下水泥基材料容积热容与砂的细度模数关系曲线如图3所示。随砂的细度模数增大，水泥基材料容积热容逐渐降低，水泥基材料容积热容与河砂细度模数呈良好的线性关系。不同龄期下容积热容与砂的模数关系曲线基本平行，材料容积热容随龄期增大，其降低速率基本一致。
不同砂模数下水泥基材料容积热容与龄期关系曲线如图4所示，随龄期增大，水泥基材料容积热容逐渐减小，材料容积热容与龄期呈良好的对数关系，材料容积热容开始随龄期增大迅速减小而后逐渐趋于平稳，当龄期超过28天时，随龄期增大，材料容积热容基本保持不变。
2.3 导温系数
不同龄期下水泥基材料导温系数与砂的细度模数关系曲线如图5所示。水泥基材料导温系数随砂的细度模数增大而逐渐增大，且两者呈良好的线性关系。不同龄期下导温系数与砂的模数关系曲线基本平行，随龄期增大，材料导温系数增长速率基本一致。
不同砂模数下水泥基材料导温系数与龄期关系曲线如图6所示，随龄期增大，水泥基材料容积热容逐渐增大，且呈良好的对数关系，材料导热参数开始随龄期增大迅速减小而后逐渐趋于平稳，与导热系数和容积热容相比，龄期对材料导温系数影响相对较不显著。
3 结论
1）随砂的细度模数增大，水泥基灌浆材料导热系数和容积热容减小，导温系数逐渐增大，导热系数、容积热容和导温系数均与砂的系数模数存在良好线性关系；
2）随龄期增大，水泥基灌浆材料导热系数和容积热容减小，导温系数逐渐增大，导热系数、容积热容和导温系数均与龄期存在良好对数关系。
参考文献：
[1] 刘 勇. 断层破碎带中巷道注浆加固设计与实践[J]. 煤矿开采, 2012, 17(6): 56-58.
[2] 张占涛. 松软破碎巷道围岩注浆加固技术研究[J]. 中州煤炭, 2016(12): 47-52.
[3] 张向东, 殷增光, 彭伟, 等. 红庆梁煤矿软岩巷道穿越断层破碎带加固支护技术[J]. 金属矿山, 2017(09): 60-65.
论文作者:刘胜
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/7
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