煤矿巷道煤泥水(底泥)快速硬化固化材料的核心作用基于其与煤泥成分的化学反应网络,涉及硅酸盐、铝酸盐的复杂水化路径与离子交换机制。
1.1 化学固化机理
煤矿巷道煤泥水(底泥)快速硬化固化材料的核心作用是通过材料中的活性成分与煤泥中的矿物组分发生化学反应,形成稳定的胶凝结构。
水化反应:材料中的硅酸盐、铝酸盐等成分与煤泥中的自由水结合,
生成水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)晶体。这些产物通过化学键连接煤泥颗粒,形成三维网络骨架,显著提升整体强度。
离子交换:材料释放的钙离子(Ca²⁺)与煤泥中黏土矿物(如高岭石、
蒙脱石)表面的钠离子(Na⁺)或氢离子(H⁺)发生置换反应,中和黏土表面负电荷,抑 制泥浆的分散性,促进颗粒聚沉。
1.2 物理密实机理
材料中的微米级颗粒通过物理填充和机械咬合作用,优化煤泥的孔隙结构:
孔隙填充:粒径≤50μm的颗粒填充煤泥孔隙,将初始孔隙率从35%-45%降至≤10%。
密实度增强:通过人工或机械压实,进一步降低孔隙率至5%-8%,形成致密硬化层。
环境效益分析
减少环境污染
抑 制扬尘:固化层覆盖煤泥表面,减少粉尘扩散,改善井下空气质量。
阻断污染物迁移:抗渗结构防止重金属(铅、砷)和硫化物渗透地下水。
提高作业效率:巷道内煤泥水短时间进行固化硬化,改善通勤环境提升作业效率。
固废资源化利用
煤矸石消纳:可有效年处理煤矸石,减少填埋或者堆场用地。
粉煤灰利用:替代30%-50%传统胶凝材料,降低对天然资源依赖。
水资源保护
减少污水排放:固化体截留煤泥水分,降低矿井水处理负荷。