Preparation of coal-series solid-waste-based green filling materials and their performance
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摘要:
充填技术是绿色开采的重要组成部分，研发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料，是发展充填技术的关键。采用煤矸石(CG)和煤系偏高岭土(MK)为原材料制备煤系固废基绿色充填材料，探讨配合比和碱激发剂对充填材料强度以及流动度的影响，并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、热重分析(TG)和扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)等表征手段，揭示充填强度发展机理。综合强度、流动性和环境指标，优化充填材料配比。研究结果表明：绿色充填材料体系中，煤系偏高岭土通过碱激发水化反应起到胶凝作用，体系强度随偏高岭土的增加呈线性增长，磨细的煤矸石充当惰性填料，协同Na2SiO3改善流动性。该充填材料主要水化产物为N―A―S―H和沸石，Si―O―Si发生聚解，随即四面体Al―O键部分取代Si―O键，由(SiO4)4−变成(AlO4)4−，进一步聚合形成Si―O―Al基团。当碱激发剂中Na2SiO3与NaOH比例为1∶1时，聚合程度最高。水化产物填充了煤矸石颗粒间孔隙，使基质致密，提高充填材料强度。综合指标评价推荐偏高岭土与煤矸石的配比为3∶7，此时不仅满足强度和流动性的要求，而且碳排放指数仅有0.257。本研究为开发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料提供新的思路，具有较好的实用性和经济性。
Abstract:The filling technology is an important part of green mining. The low-carbon environmental-friendly filling materials with low costs in research and development and reliable performance are critical for the development of filling technologies. The coal gangue (CG) and coal-series metakaolin (MK) were adopted as the raw materials to prepare coal-series solid-waste-base green filling materials, and the effect of the mixing proportion and alkali activator on the strength and fluidity of filling materials was discussed. In combination with the X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric (TG) analysis and scanning electron microscopy/energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM-EDS) and other characterization measures, the filling strength development mechanism was revealed. Considering the strength, fluidity and environmental indexes, the mixing proportion of filling materials was optimized. As indicated by the research results, in the green filling material system, the coal-series metakaolin generates gelatinization effects through alkali-activated hydration reaction. The system strength is increased in a linear mode with the increase of metakaolin. The finely-grounded coal gangue is used as the inert filler that coordinates with Na2SiO3 to improve fluidity. The main hydration products of this filling material are N ― A ― S ― H and zeolites. Right after Si ― O ― Si depolymerization, the tetrahedral Al ― O bond takes the place of Si ― O bond, resulting in the change of (SiO4)4− into (AlO4)4−. Through further polymerization, the Si ― O ― Al group is generated. When the ratio between Na2SiO3 and NaOH is 1∶1 in the alkali activator, the polymerization degree is the highest. The hydration products are filled into the pores of coal gangue particles, leading to dense matrix and stronger filling materials. As recommended based on the comprehensive index evaluation, the mixing ratio between metakaolin and coal gangue shall be 3∶7, which does not only meet the requirements of strength and fluidity but also provides the carbon emission index as low as 0.257. This research provides new approaches for developing the low-carbon environmental-friendly filling materials with low costs and reliable performance, and is highly practical and economically efficient.
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充填技术是绿色开采的重要组成部分，充填材料强度是充填技术的核心，研发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料[1]，是发展充填技术的关键。煤矸石(CG)作为煤矿开采和洗涤过程中的主要固体废弃物，占煤炭总量的15%~20%[2-3]。堆积的煤矸石废渣不仅会占用大量土地资源，而且还有可能会引起地表沉降、土壤污染等灾害[4-5]。就地取材，原地利用，开发煤系固废基绿色充填材料，不仅可解决煤矿开采带来的环境问题，同时还能最大程度提高“三下”压煤采出率。因此，将煤矸石转化为清洁型充填材料，符合我国绿色低碳循环经济发展战略需求。
煤矸石中含有大量的金属和非金属资源，如Al、Si、Fe、C、O等[6-7]，已有多项研究提出煤矸石的处理方法和利用途径。传统处理方法是利用煤矸石余能发电[8]，但这种方法将煤矸石煅烧后仍会产生大量残渣，容易造成二次污染。近年来，研究人员对潜在活性较低的煤矸石作为建筑、充填材料开展广泛研究，如煤矸石用作水泥基材料添加剂，对煤矸石进行预处理可以激发其火山灰活性[9]，从而提高水泥基材料的强度。用作混凝土骨料，不仅可以满足混凝土的力学强度，也能满足混凝土的耐久性要求[10]。Wang Hao等[11]将煤矸石和粉煤灰混合制成浆料，直接用于采空区充填，减少了煤矸石对环境的危害。部分学者[12-13]采用煤矸石和矿粉等制作一种路基回填材料，复合材料的流变特性、抗压强度、凝结时间等均满足路基回填材料的技术要求。尽管此类煤矸石得到了一定的应用，但其潜在活性低、级配需定向调整对复合材料的强度均有很大影响。另外，由于附加值较低，依赖于运输距离，作为建材、路基填料等应用前景具有一定的局限性。
另一类与煤层伴生的硬质高岭土煤矸石，含碳量低，黏土矿物含量高[14]，潜在活性高，经800℃煅烧脱羟基后可制备煤系偏高岭土。由于偏高岭土的主要成分是二氧化硅和氧化铝，已经成为碱激发材料的重要组成部分，具有较高的技术优势和经济优势[15]。偏高岭土作为矿物添加剂或水泥掺合料已经得到广泛研究[16]，替代部分水泥不仅可以减少CO2排放，而且可以改善水泥强度[17]。D. L. Pillay等[18]采用偏高岭土制作地聚物混凝土，发现在海洋工程中可以有效抵抗氯离子的侵蚀。此外，偏高岭土地聚物具有良好的抗渗性，也可作为危险废物的封装，有效减少放射性元素的浸出[19]。V. S. Le等[20]也发现碱激发偏高岭土具有较强的抗火性，可以作为耐火性涂料等。煤系偏高岭土的碱激发胶凝特性为其作为充填材料资源化利用提供了可能，但其反应需水量大、流动性差，限制了其作为矿山充填材料的应用。
煤矸石的潜在活性较低，难以提供充填材料所需的胶凝强度，而潜在活性高的煤系偏高岭土(MK)，存在需水量大、流动性差的应用缺陷。基于此，笔者将两类煤矸石进行资源化协同利用，探讨复配制备煤系固废基绿色充填材料的可行性。综合评估两类固废掺比和碱激发剂对该充填材料强度和流动性的影响规律，采用XRD、FTIR、TG和SEM-EDS等表征手段，揭示煤系固废基充填材料反应机理，结合强度、流动性和环境指标，优化了材料配比。本研究可为充填技术发展和绿色矿山建设提供更为广阔的空间。
1 材料与方法
1.1 实验材料
煤矸石取自山西运城某煤矿堆土场，煤系偏高岭土由该矿煤系高岭土煤矸石煅烧制得。采用机械活化的方式对煤矸石进行预处理，基于以往研究工艺，将煤矸石球磨至所需粒径[21]，粒径分布曲线如图1所示。由图1可知，偏高岭土不均匀系数Cu=4.35<5，曲率系数Cc=0.90<1；煤矸石不均匀系数Cu=24.89>5，曲率系数Cc=0.60<1，表明煤矸石和偏高岭土的级配均不良。XRD矿物组成如图2所示，原材料的主要矿物是以石英为主，伴随有白云母、高岭石和锐钛矿。2种原材料的化学成分见表1，主要成分为二氧化硅和氧化铝。碱激发材料选用Na2SiO3和NaOH固体颗粒，按照0.7的水胶比称取去离子水，将碱颗粒充分溶解冷却后待用。
表 1 原材料的化学组成Table 1. Chemical composition of raw materials原材料 各组成质量分数/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O SO3 Loss 偏高
岭土54.29 41.52 0.63 0.35 0.31 0.04 1.09 煤矸石 47.35 21.85 3.22 4.86 0.71 5.69 3.09 1.2 实验方法
较单独使用NaOH类的激发剂，Na2SiO3与NaOH的混合激发效果较好[22]，常规的碱激发材料往往需要高浓度碱溶液[23]。为节约成本，本文固定总碱外掺量质量分数为10%，Na2SiO3与NaOH质量之比分别为1∶2、1∶1、2∶1、3∶1，编号为A、B、C、D，共4种碱激发剂用于激发偏高岭土与煤矸石组成的充填材料。按照标准NB/T 51070—2017《煤矿膏体充填材料试验方法》[24]开展流动性实验和抗压强度实验。将煤矸石与偏高岭土按照不同的比例混合，配比设计见表2，采用行星式搅拌机搅拌，搅拌3 min后加入配好的碱溶液，再搅拌3~5 min后将拌好的浆体注入50 mm×50 mm的圆柱形模具中，在振动台上振动3 min排除浆体中的气体，成型后试样如图3所示。试样拆模后用自封袋密封，在20℃、95%湿度条件下进行标准养护，养护至所需龄期后开展抗压强度测试，强度结果为3个平行样的平均值。
表 2 原材料配比设计Table 2. Mix proportion design of raw materials编号 各成分质量分数/% 碱类型 煤矸石 偏高岭土 碱外掺量 Na2SiO3∶NaOH A1 30 70 10 1∶2 A2 40 60 10 1∶2 A3 50 50 10 1∶2 A4 60 40 10 1∶2 A5 70 30 10 1∶2 A6 80 20 10 1∶2 B1 30 70 10 1∶1 B2 40 60 10 1∶1 B3 50 50 10 1∶1 B4 60 40 10 1∶1 B5 70 30 10 1∶1 B6 80 20 10 1∶1 C1 30 70 10 2∶1 C2 40 60 10 2∶1 C3 50 50 10 2∶1 C4 60 40 10 2∶1 C5 70 30 10 2∶1 C6 80 20 10 2∶1 D1 30 70 10 3∶1 D2 40 60 10 3∶1 D3 50 50 10 3∶1 D4 60 40 10 3∶1 D5 70 30 10 3∶1 D6 80 20 10 3∶1 ![]()
图 3 抗压强度实验样品制备Figure 3. Preparation of samples used for compressive strength experiment微观试验时，将抗压强度测试后的试样破碎后用无水乙醇终止水化反应，干燥后取块状样品进行SEM-EDS试验，将样品粘到导电胶上，并使用Oxford Quorum SC7620溅射镀膜仪喷金，随后使用TESCAN MIRA LMS型号的扫描电子显微镜对样品进行测试。另取样品研磨成粉末分别进行XRD、FTIR和热重测试，使用日本Rigaku SmartLab SE型X射线衍射分析仪对样品进行XRD测试，扫描衍射角范围为5°~70°；使用Thermo Scientific Nicolet iS20傅立叶红外光谱仪测试样品的FTIR频谱，测试波数400~4 000 cm−1；使用NETZSCH STA 449F3热重分析仪测试不同温度下样品的质量损失。
2 结果与分析
2.1 抗压强度实验
图4为不同龄期下试样的抗压强度，可以看出，随着偏高岭土掺量的增加，抗压强度逐渐增大。以3 d龄期的A组为例，从A6到A5，强度增长了35%；而从A2到A1，强度增长了42%；说明当偏高岭土掺量在50%以内时，增长幅度较慢，当掺量在50%以上时，抗压强度的增长幅度较大。对于不同碱激发剂，B3强度比A3、C3、D3分别高56%、69%、115%，说明随着Na2SiO3掺量的增加，抗压强度呈现先增加后减小的趋势，其中当Na2SiO3∶NaOH=1∶1时，抗压强度最大。此外，随着养护龄期的增长，胶凝材料的抗压强度也呈现不同程度的增长，其中3~7 d强度增长缓慢，14~28 d强度相对增长较快。偏高岭土的主要化学成分是SiO2和Al2O3，在碱性环境下，偏高岭土中的硅、铝化合物会溶解产生硅酸根离子和铝酸根离子，碱溶液中的Na+充当阳离子与其进行键合，在重组和缩聚作用下产生大量的硅铝酸盐凝胶，将煤矸石颗粒黏结在一起，从而形成致密结构。对于偏高岭土与煤矸石混合的体系中，骨架的形成很大程度上依赖于偏高岭土产生的凝胶，而碱激发剂直接影响其溶解效果，合适的碱溶液能够使单体颗粒产生更多的反应键，从而增强混合物中分子间的键合强度[25]。煤矸石中虽然也有很多的SiO2和Al2O3，但由于活性较差，并且粒径相对较大，若要激发煤矸石的活性可能需要更高浓度的碱溶液，额外的经济成本不利于推广应用。
2.2 流动性
图5给出了试样的流动度结果，从图中可以看出，随着偏高岭土掺量的增加，试样的流动性逐渐减弱；相反偏高岭土的掺量减少，即煤矸石的掺量增加，可以有效改善膏体的流动性。一方面可以延缓胶凝产物的水化速率，另一方面煤矸石级配不良，磨细的球形颗粒有利于充填材料流动扩展，因此，80%掺量的煤矸石膏体流动性最好。当煤矸石掺量大于40%时，均优于前人研究结果[26]。此外，对于不同配比的碱激发剂，随着碱激发剂中Na2SiO3占比的增大，试样的流动性增强，表明Na2SiO3可以改善膏体的流动度，结果与前人研究一致[27]。
2.3 微观机理
2.3.1 XRD分析
图6给出了3 d和28 d龄期试样的XRD图谱。以A1、A3、A6为例探究不同偏高岭土掺量的水化产物；以A3、B3、D3为例，探究不同碱激发剂对水化产物的影响。可以看出，水化产物主要由N―A―S―H、SiO2、沸石组成。随着偏高岭土掺量的增加，N―A―S―H的衍射峰逐渐增强，并且产生沸石类晶相，这与Liu Yi等[28]的发现一致，硅铝酸盐在碱的活化作用下会通过固态转化，转换为沸石晶相。由于煤矸石与偏高岭土中Ca的含量较低，所以只形成少量的C―A―S―H。对于A3、B3、D3试样，随着碱激发剂中Na2SiO3占比的增加，N―A―S―H和沸石类相的衍射峰先增强后减弱，在Na2SiO3与NaOH比例为1∶1时，激发效果最好，产生更多的硅铝酸钠凝胶，增强整体结构的密实度。从图6可以看出，28 d龄期的N―A―S―H和沸石峰更强，表明28 d龄期下产生更多的水化产物，有利于强度的发展。
2.3.2 FTIR分析
图7给出了不同偏高岭土掺量在不同减激发剂下试样的红外光谱图，光谱范围为400~4 000 cm−1。3 695、3 620 cm−1为OH的非对称伸缩振动，对于5个试样在1 654、3 440 cm−1均出现振动峰，并且峰位未发生偏移，是由于水化水羟基引起的振动峰，表明体系中存在一定的化学结合水。1 090、1 086、1 033 cm−1为碱激发作用下T―O―Si(其中T可为Si或Al)的典型非对称伸缩振动，是碱激发聚合的重要特征[29]，此处衍射峰最宽，峰值也最强。在800~1 200 cm−1波段内，偏高岭土发生聚合转化为无定型结构，Si―O―Si键发生聚解，四面体Al―O键部分取代Si―O键，由(SiO4)4−变成(AlO4)4−，频带发生偏移，且频率向低频移动得越多说明取代率越高[30]。在此波段内，A1试样相对A6频率更低，B3试样相对于A3和D3试样频率更低，说明偏高岭土掺量较高时，且碱激发剂为Na2SiO3与NaOH质量比为1∶1时，四面体配位的Al取代率更高，碱激发效果更好，因此强度更高。539 cm−1为Si―O―Al弯曲振动峰，该峰振动越剧烈，说明Si―O―Al基团含量越多，A1和B3试样产生更多的硅铝酸基团，与前文XRD结果相一致。799 、780 cm−1为Si―O―Si的典型对称伸缩振动；696 cm−1为Si―O―Si弯曲振动峰，467 cm−1为O―Si―O的弯曲振动。
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图 7 不同偏高岭土掺量在不同减激发剂下的FTIR谱Figure 7. FTIR graph of different mixing amounts of metakaolin under different alkali activators2.3.3 TG-DSC分析
胶凝体系内主要由N―A―S―H提供胶结作用，为了进一步分析水合程度，图8和图9给出了3 d和28 d龄期下试样的TG和DTG曲线。结合图8和图9可知，在0~200℃范围内出现第1个失重峰为N―A―S―H[31]，失重峰的大小可在一定程度上反映水化程度的强弱，可以看出主要火山灰活性材料偏高岭土的掺量越多，失重越大，3 d龄期时偏高岭土最多的A1组在200℃失重约为7.3%，生成的水化产物最多，样品表现出的强度也最高，水化产物的矿物相也说明了该结果。在400~600℃出现第2个失重峰，基于该胶凝材料体系，该失重峰的原因可归结为原材料中的高岭石脱羟基水[32]、水化产物氢氧化钙脱羟基水。由于原材料中含有少量的钙，导致原材料中的高岭石和水化产物中的氢氧化钙相互杂糅形成了该阶段的失重峰，且变化规律不明显。因此，该胶凝体系水合程度的多少主要依赖于0~200℃的热重分析，发展规律和强度具有一致性。
2.3.4 SEM分析
为进一步探究水化产物的微观形貌，图10给出了28 d龄期下的SEM图。观察可知，偏高岭土与煤矸石的混合物与偏高岭土基地聚物相似，呈现出松散的微观结构[33]，具有明显的片状和层状结构。由于固液反应可以看成是低水胶比的胶凝体系，所以聚合过程中会保留基本的原始特征形状。偏高岭土掺量为20%的A6试样可以明显看到煤矸石大颗粒，N―A―S―H凝胶较少且分布不均，无法充分填充到煤矸石的孔隙中，因此结构性较差。相比于偏高岭土掺量为70%的A1试样，N―A―S―H凝胶较多且分布均匀，煤矸石自身的多孔特性，有一定的吸附作用，会将凝胶吸附到颗粒表面，界面附着力较好，能与煤矸石有效结合成密实结构。对于不同的碱激发剂，相比于A3和D3试样，Na2SiO3∶NaOH为1∶1的B3试样的表面团状、絮状胶凝晶体明显均匀密实，同时从EDS结果也可以看出，N―A―S―H凝胶附着在煤矸石表面时，Na会与煤矸石微量的Ca元素发生置换，形成少量的C―A―S―H。
2.4 综合指标评价
为综合评定偏高岭土与煤矸石充填材料的适用性，首先对早期强度和流动性指标进行评估，结果如图11所示。结合图中强度和流动性的交叉点，可初步选取配比如下：Na2SiO3∶NaOH=1∶2时，偏高岭土∶煤矸石=4∶6；Na2SiO3∶NaOH=1∶1时，偏高岭土∶煤矸石=3∶7；Na2SiO3∶NaOH=2∶1时，偏高岭土∶煤矸石=5∶5；Na2SiO3∶NaOH=3∶1时，偏高岭土∶煤矸石=6∶4。山西沁水盆地煤矿煤层平均厚度一般在5 m[34]，对于山西煤矿充填体早期强度的计算方法采用下式[35]计算：
$$ {y^2} = a{x^3} $$ (1) 式中：y为胶结充填体高度，m；x为胶结充填体强度；MPa；a为经验系数。
经过计算5 m充填体高度的充填体强度要求为0.35 MPa，因此，满足强度要求的充填材料为Na2SiO3∶NaOH=1∶2时，偏高岭土∶煤矸石=4∶6；Na2SiO3∶NaOH=1∶1时，偏高岭土∶煤矸石=3∶7。同时，在这2种配比情况下，流动性均满足矿山充填管道输送标准[36]。
制备的煤系固废基绿色充填材料是一种低成本、环保型材料，原材料CO2排放量[37-40]见表3。其中煤矸石为原位取材，不考虑运输过程中的碳排放，只考虑分选时少量的CO2排放，选取文献[41]的计算方法，采用碳排放指数CI来计算充填材料的CO2排放量，如下式，结果如图12所示。对比上述配比可知，当Na2SiO3∶NaOH=1∶1，偏高岭土∶煤矸石=3∶7时，CI为0.257，碳排放最低。
表 3 原材料二氧化碳排放量Table 3. Carbon dioxide emissions of raw materials原材料 MK CG NaOH Na2SiO3 CO2排放量/(kg·m−3) 0.400 0.079 1.30 1.86 $$ {\rm{CI}} = \frac{{{e_{{\text{C}}{{\text{O}}_{\text{2}}}}}}}{{{f_{\text{c}}}}} $$ (2) 式中：
$ {e_{{\text{CO}}}}_{_2} $ 为1 m3膏体材料CO2的总排放量，kg/m3；fc为28 d龄期的抗压强度，MPa。3 结 论
a. 以煤矸石制备绿色充填材料，随着偏高岭土掺量的增加，充填材料的强度增大，流动性减弱。煤矸石可以改善充填材料的流动性，煤矸石掺量越多，流动性越强，但是不利于强度的发展。当Na2SiO3和NaOH的比例为1∶1，强度最高，且Na2SiO3的掺量越多，流动性越好。
b. 在碱性环境下，偏高岭土的Al―O基团取代部分Si―O基团，形成N―A―S―H凝胶和沸石类产物，并且随着偏高岭土掺量的增加，可以加速沸石和硅铝酸盐凝胶的生成，在碱激发剂Na2SiO3和NaOH的比例为1∶1下，水化产物最多。
c. 在偏高岭土与煤矸石的混合体系中，水化产物N―A―S―H附着在煤矸石表面，煤矸石中少量的Ca可以取代部分Na，形成C―A―S―H。偏高岭土的水化产物可以充分填充煤矸石颗粒的孔隙，致密化结构，从而改善体系的强度，其中70%偏高岭土掺量的形貌最为密实。
d. 结合强度、流动性与环境性指标对充填材料性能进行综合评价，推荐碱激发剂中Na2SiO3与NaOH的最优配比为1∶1，偏高岭土与煤矸石的最优配比为3∶7，此时强度和流动性均可以满足充填要求，并且碳排放指标低至0.257。
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图 7 不同偏高岭土掺量在不同减激发剂下的FTIR谱
Fig. 7 FTIR graph of different mixing amounts of metakaolin under different alkali activators
表 1 原材料的化学组成
Table 1 Chemical composition of raw materials
原材料 各组成质量分数/% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O SO3 Loss 偏高
岭土54.29 41.52 0.63 0.35 0.31 0.04 1.09 煤矸石 47.35 21.85 3.22 4.86 0.71 5.69 3.09 
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表 2 原材料配比设计
Table 2 Mix proportion design of raw materials
编号 各成分质量分数/% 碱类型 煤矸石 偏高岭土 碱外掺量 Na2SiO3∶NaOH A1 30 70 10 1∶2 A2 40 60 10 1∶2 A3 50 50 10 1∶2 A4 60 40 10 1∶2 A5 70 30 10 1∶2 A6 80 20 10 1∶2 B1 30 70 10 1∶1 B2 40 60 10 1∶1 B3 50 50 10 1∶1 B4 60 40 10 1∶1 B5 70 30 10 1∶1 B6 80 20 10 1∶1 C1 30 70 10 2∶1 C2 40 60 10 2∶1 C3 50 50 10 2∶1 C4 60 40 10 2∶1 C5 70 30 10 2∶1 C6 80 20 10 2∶1 D1 30 70 10 3∶1 D2 40 60 10 3∶1 D3 50 50 10 3∶1 D4 60 40 10 3∶1 D5 70 30 10 3∶1 D6 80 20 10 3∶1
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表 3 原材料二氧化碳排放量
Table 3 Carbon dioxide emissions of raw materials
原材料 MK CG NaOH Na2SiO3 CO2排放量/(kg·m−3) 0.400 0.079 1.30 1.86
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[1] 王双明,师庆民,王生全,等. 富油煤的油气资源属性与绿色低碳开发[J]. 煤炭学报,2021,46(5):1365−1377. WANG Shuangming,SHI Qingmin,WANG Shengquan,et al. Resource property and exploitation concepts with green and low–carbon of tar–rich coal as coal–based oil and gas[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(5):1365−1377.
[2] LI Jiayan,WANG Jinman. Comprehensive utilization and environmental risks of coal gangue:A review[J]. Journal of Cleaner Production,2019,239:117946. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.117946
[3] ZHANG Yuanlan,LING T C. Reactivity activation of waste coal gangue and its impact on the properties of cement–based materials:A review[J]. Construction and Building Materials,2020,234:117424. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117424
[4] BI Yinli,ZHANG Jian,SONG Ziheng,et al. Arbuscular mycorrhizal fungi alleviate root damage stress induced by simulated coal mining subsidence ground fissures[J]. Science of the Total Environment,2019,652:398−405. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.10.249
[5] 马杰, 刘萍, 刘今朝, 等. 重庆市煤矸山周边农用地土壤重金属污染评价和定量溯源解析[J/OL]. 环境科学, 2022: 1–18[2022-04-26]. DOI: 10.13227/j. hjkx. 202202123. MA Jie, LIU Ping, LIU Jinzhao, et al. Pollution evaluation and quantitative traceability analysis of heavy metals in farmland soils around the gangue heap of coal mine, Chongqing[J/OL]. Environmental Science, 2022: 1–18[2022-04-26]. DOI: 10. 13227/j. hjkx. 202202123.
[6] 白国良, 刘瀚卿, 刘辉, 等. 煤矸石理化特性及其对混凝土强度的影响[J/OL]. 建筑结构学报, 2022: 1–12[2022-04-20]. DOI: 10.14006/j. jzjgxb. 2021.0735. BAI Guoliang, LIU Hanqing, LIU Hui, et al. Physicochemical properties of coal gangue and its influence on concrete strength[J/OL]. Journal of Building Structures, 2022: 1–12[2022-04-20]. DOI: 10. 14006/j. jzjgxb. 2021. 0735.
[7] 孙艳芳,赵丽,罗绍河,等. 不同地质年代煤矸石中有机质的溶出特征对比[J]. 煤田地质与勘探,2019,47(3):172−178. DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.027 SUN Yanfang,ZHAO Li,LUO Shaohe,et al. Comparison of dissolution characteristics of organic matter in coal gangue of different geological time[J]. Coal Geology & Exploration,2019,47(3):172−178. DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.027
[8] TAN W F,WANG L A,HUANG C. Environmental effects of coal gangue and its utilization[J]. Energy Sources,Part A:Recovery,Utilization,and Environmental Effects,2016,38(24):3716−3721.
[9] QIN Ling,GAO Xiaojian. Properties of coal gangue–Portland cement mixture with carbonation[J]. Fuel,2019,245:1−12. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.02.067
[10] ZHU Yuanyuan,ZHU Yingcan,WANG Aiguo,et al. Valorization of calcined coal gangue as coarse aggregate in concrete[J]. Cement and Concrete Composites,2021,121:104057. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104057
[11] WANG Hao,JIAO Jian,WANG Yumin,et al. Feasibility of using gangue and fly ash as filling slurry materials[J]. Processes,2018,6(12):232. DOI: 10.3390/pr6120232
[12] 王川,刘超,裴文晶,等. 活化煤矸石制备路基充填材料的探讨[J]. 材料科学与工程学报,2022,40(1):97−103. WANG Chuan,LIU Chao,PEI Wenjing,et al. Discussion on the preparation of roadbed filling material with activated coal gangue[J]. Journal of Materials Science & Engineering,2022,40(1):97−103.
[13] 张宗堂, 高文华, 刘昌平, 等. 级配对煤矸石路基填料压实与强度特性的影响试验研究[J/OL]. 工程地质学报, 2022: 1–8[2022-03-23]. DOI: 10.13544/j. cnki. jeg. 2021–0564. ZHANG Zongtang, GAO Wenhua, LIU Changping, et al. Experimental study on the effect of gradation on the compaction and strength characteristics of coal gangue subgrade filler[J/OL]. Journal of Engineering Geology, 2022: 1−8[2022-03-23]. DOI: 10. 13544/j. cnki. jeg. 2021–0564.
[14] 张金山,孙春宝,曹钊,等. 煤系高岭岩制备偏高岭土实验研究[J]. 无机盐工业,2016,48(9):64−67. ZHANG Jinshan,SUN Chunbao,CAO Zhao,et al. Experimental research on preparation of metakaolin from coal kaolinite[J]. Inorganic Chemicals Industry,2016,48(9):64−67.
[15] THANKAM G L,RENGANATHAN N T. Ideal supplementary cementing material−metakaolin:A review[J]. International Review of Applied Sciences and Engineering,2020,11(1):58−65. DOI: 10.1556/1848.2020.00008
[16] RAKHIMOVA N R,RAKHIMOV R Z. Reaction products,structure and properties of alkali–activated metakaolin cements incorporated with supplementary materials:A review[J]. Journal of Materials Research and Technology,2019,8(1):1522−1531. DOI: 10.1016/j.jmrt.2018.07.006
[17] TANG Jin,WEI Shuaifei,LI Weifeng,et al. Synergistic effect of metakaolin and limestone on the hydration properties of Portland cement[J]. Construction and Building Materials,2019,223:177−184. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.06.059
[18] PILLAY D L,OLALUSI O B,AWOYERA P O,et al. A review of the engineering properties of metakaolin based concrete:Towards combatting chloride attack in coastal/marine structures[J]. Advances in Civil Engineering,2020,2020:8880974.
[19] HE Peigang,CUI Jingyi,WANG Meiling,et al. Interplay between storage temperature,medium and leaching kinetics of hazardous wastes in metakaolin–based geopolymer[J]. Journal of Hazardous Materials,2020,384:121377. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121377
[20] LE V S,LOUDA P,TRAN H N,et al. Study on temperature–dependent properties and fire resistance of metakaolin–based geopolymer foams[J]. Polymers,2020,12(12):2994. DOI: 10.3390/polym12122994
[21] WU Hui,WEN Qingbo,HU Liming,et al. Feasibility study on the application of coal gangue as landfill liner material[J]. Waste Management,2017,63:161−171. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.01.016
[22] KUMAR M L,REVATHI V. Microstructural properties of alkali–activated metakaolin and bottom ash geopolymer[J]. Arabian Journal for Science and Engineering,2020,45(5):4235−4246. DOI: 10.1007/s13369-020-04417-6
[23] RASHAD A M. Alkali–activated metakaolin:A short guide for civil engineer:An overview[J]. Construction and Building Materials,2013,41:751−765. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.12.030
[24] 中国煤炭工业协会. 煤矿膏体充填材料试验方法: NB/T 51070—2017[S]. 北京: 煤炭工业出版社, 2017. [25] MA Hongqiang,ZHU Hongguang,YI Cheng,et al. Preparation and reaction mechanism characterization of alkali–activated coal gangue–slag materials[J]. Materials,2019,12(14):2250. DOI: 10.3390/ma12142250
[26] KOOHESTANI B,DARBAN A K,MOKHTARI P. A comparison between the influence of superplasticizer and organosilanes on different properties of cemented paste backfill[J]. Construction and Building Materials,2018,173:180−188. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.265
[27] YI Cheng,MA Hongqiang,CHEN Hongyu,et al. Preparation and characterization of coal gangue geopolymers[J]. Construction and Building Materials,2018,187:318−326. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.07.220
[28] LIU Yi,YANG Xiaohui,YAN Chunjie,et al. Solvent–free synthesis of zeolite LTA monolith with hierarchically porous structure from metakaolin[J]. Materials Letters,2019,248:28−31. DOI: 10.1016/j.matlet.2019.03.135
[29] LANCELLOTTI I,CATAURO M,PONZONI C,et al. Inorganic polymers from alkali activation of metakaolin:Effect of setting and curing on structure[J]. Journal of Solid State Chemistry,2013,200:341−348. DOI: 10.1016/j.jssc.2013.02.003
[30] 马宏强,易成,陈宏宇,等. 碱激发煤矸石–矿渣胶凝材料的性能和胶结机理[J]. 材料研究学报,2018,32(12):898−904. MA Hongqiang,YI Cheng,CHEN Hongyu,et al. Property and cementation mechanism of alkali–activated coal gangue–slag cementitious materials[J]. Chinese Journal of Materials Research,2018,32(12):898−904.
[31] CHAIPANICH A,WIANGLOR K,PIYAWORAPAIBOON M,et al. Thermogravimetric analysis and microstructure of alkali–activated metakaolin cement pastes[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2019,138(3):1965−1970. DOI: 10.1007/s10973-019-08592-z
[32] CAO Zhao,CAO Yongdan,DONG Hongjuan,et al. Effect of calcination condition on the microstructure and pozzolanic activity of calcined coal gangue[J]. International Journal of Mineral Processing,2016,146:23−28. DOI: 10.1016/j.minpro.2015.11.008
[33] SAMSON G,CYR M,GAO Xiaoxiao. Formulation and characterization of blended alkali−activated materials based on flash−calcined metakaolin,fly ash and GGBS[J]. Construction and Building Materials,2017,144:50−64. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.160
[34] 李国富,张为,李猛,等. 沁水盆地寺家庄区块煤储层含气性及产能控制因素[J]. 煤田地质与勘探,2022,50(3):146−155. LI Guofu,ZHANG Wei,LI Meng,et al. Gas content and productivity controlling factors of coal reservoir in Sijiazhuang area,Qinshui Basin[J]. Coal Geology & Exploration,2022,50(3):146−155.
[35] 姚俊耀,李志立,左迪. 条带开采嗣后充填法充填膏体强度设计及工程应用[J]. 采矿技术,2019,19(5):27−29. YAO Junyao,LI Zhili,ZUO Di. Strip mining is made between flat–back cut and fill method filling paste strength design and engineering application[J]. Mining Technology,2019,19(5):27−29.
[36] QI Chongchong,FOURIE A. Cemented paste backfill for mineral tailings management:Review and future perspectives[J]. Minerals Engineering,2019,144:106025. DOI: 10.1016/j.mineng.2019.106025
[37] LONG Guangcheng,GAO Yu,XIE Youjun. Designing more sustainable and greener self–compacting concrete[J]. Construction and Building Materials,2015,84:301−306. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.02.072
[38] ZHANG Junyi,CHEN Tiefeng,GAO Xiaojian. Incorporation of self−ignited coal gangue in steam cured precast concrete[J]. Journal of Cleaner Production,2021,292:126004. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126004
[39] OUFFA N,TRAUCHESSEC R,BENZAAZOUA M,et al. A methodological approach applied to elaborate alkali−activated binders for mine paste backfills[J]. Cement and Concrete Composites,2022,127:104381. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2021.104381
[40] MA Cong,ZHAO Bin,WANG Luming,et al. Clean and low–alkalinity one–part geopolymeric cement:Effects of sodium sulfate on microstructure and properties[J]. Journal of Cleaner Production,2020,252:119279. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.119279
[41] SHI Jinyan,TAN Jinxia,LIU Baoju,et al. Experimental study on full−volume slag alkali−activated mortars:Air−cooled blast furnace slag versus machine−made sand as fine aggregates[J]. Journal of Hazardous Materials,2021,403:123983. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123983
-
期刊类型引用(20)
1. 杨科，于祥，何祥，侯永强，张连富. 不同含水状态矸石胶结充填体能量演化与损伤特性研究. 岩土力学. 2025(01): 26-42 . 
百度学术
2. 王波，周俊丽，翟龙虎，张超，王家乐，宋杰. 风积沙-萘系减水剂充填材料流动性测试研究. 兵器材料科学与工程. 2025(01): 94-100 . 百度学术
3. 董书宁，于树江，董兴玲，张步勤，郭小铭，王晓东，王凯，朱世彬，武博强，刘磊. 煤基固废与高盐废水“固液协同”充填处置关键技术. 煤田地质与勘探. 2025(01): 163-173 . 本站查看
4. 于祥，杨科，何祥，侯永强，文志强，张连富. 饱和浸水过程矸石胶结充填体强度及损伤特征. 煤田地质与勘探. 2025(02): 147-159 . 本站查看
5. 程强强，汪浩东，阴琪翔，赵明翔，姚越，闫宝峰. 玻璃纤维改性煤基固废胶结充填材料性能研究. 矿业安全与环保. 2024(01): 161-167+174 . 百度学术
6. 周天璧，蒋波，罗正东. 碱激发胶凝材料在充填领域的应用及发展. 山西建筑. 2024(07): 108-111 . 百度学术
7. 黄鹏程，蔡飞飞，吴天才，赵辉，郭伟勇，梁永平，祁风华. 宁东能源化工基地燃煤电厂粉煤灰的矿物学及元素地球化学特征. 洁净煤技术. 2024(03): 145-152 . 百度学术
8. 刘浪，罗屹骁，朱梦博，苏臣，吴涛涛，王建友，杭彦龙. 建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践. 煤炭科学技术. 2024(04): 83-92 . 百度学术
9. 张丽维，侯恩科，段中会，付德亮，贺丹. 基于AHP熵权TOPSIS模型的矸石充填方案评价和优选研究. 中国煤炭. 2024(05): 120-126 . 百度学术
10. 杨科，张继强，何祥，魏祯，赵新元. 多源煤基固废胶结充填体力学及变形破坏特征试验研究. 煤田地质与勘探. 2024(06): 102-114 . 本站查看
11. 郭昆明. 智能化连续长距离注浆系统的研制及现场实践. 煤矿机电. 2024(03): 1-5 . 百度学术
12. 王思云，任美嘉，周进生. 任家庄煤矿绿色充填示范工程经济社会效益评价研究. 能源科技. 2024(06): 27-30+35 . 百度学术
13. 李运红，王光炎，乔森，郭月明，刘娟，武亚磊. 全固废流态化材料充填性能研究. 人民长江. 2024(S2): 257-262 . 百度学术
14. 刘剑平，谢国帅，曹园章，陈炜旻，白晓红. 盐酸溶液环境下RM-CMK地聚合物的强度机理研究. 非金属矿. 2023(02): 9-12 . 百度学术
15. 侯典臣，郇恒恒. 工业废料氟石膏基充填材料试验研究. 煤矿现代化. 2023(04): 58-61 . 百度学术
16. 罗正东，蒋波，章本本，邓代强，李翔. 碱激发金矿粉充填材料力学性能及微观分析. 矿冶工程. 2023(04): 21-25 . 百度学术
17. 辛亚军，杨俊鹏，陈祖国，王晓鹏，任金武，吴春浩. 薄分层软顶间隔柔模承载解析与快速留巷技术. 采矿与安全工程学报. 2023(06): 1161-1176 . 百度学术
18. 周瑶，刘长友，谢志清，潘海洋. 粒径对煤矸石浆液的性能影响研究. 矿业研究与开发. 2023(12): 118-123 . 百度学术
19. 李硕森，徐青云，吴季洪. 膏体充填开采覆岩移动特征研究. 山西煤炭. 2023(04): 7-13 . 百度学术
20. 殷文文，张理群，丁丹，单士锋，陈永春，安士凯，郑刘根. 淮南潘一矿煤基固废精细化学结构及重金属生态风险评价. 煤田地质与勘探. 2023(12): 176-184 . 本站查看
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