粉煤灰的特性及直接使用原状粉煤灰的问题

粉煤灰是一种固体粉状资源, 但并不是所有的电厂原状灰, 特别是颗粒较粗、质量较差的坑口电厂之原状粉煤灰皆可直接替代黄土泥浆进行井下防灭火和沿空留巷的工程材料等使用。因为坑口电厂原状灰多数不具备黄泥浆防灭火的黏性、黏附性、黏闭性等重要的物理性能。粉煤灰是煤炭或煤矸石等经粉磨成灰后喷吹到电厂锅炉中燃烧, 再淬冷后生成的微粒状的玻璃球体, 其内虽仍含有与黄土相同的化学成分(如SiO2、Al2O3、Fe3O4等等) , 但煤中原有的有机物, 有机胶体、许多可溶性矿物等皆被高温烧失殆尽, 剩下的少量可溶性SiO2等无机活性物质还被包裹在玻璃体中, 需要新的能量予以打开才能活化。所以原状粉煤灰是难有黏性、黏附性、触变性等重要的物理性能的。因此, 当其用管道水平输送时, 只要倍线大于3, 就需要大水量(水∶灰= 7～10∶1) 冲送。当其进入采空区后就又如同一滩散沙, 随水四处流淌, 难以自动堆积, 难以有黏附性包裹浮煤、更难有黏闭性自动紧紧黏结在一起, 不透水、不透气。其在采空区的堆积仅仅是靠量的堆积, 这如同一堆厚沙子堆积在浮煤之上一样。

由于原状灰需水量大, 保水能力又低, 进入采空区后, 脱水迅速、集中, 30%以上的细灰随水流淌到巷道, 淤积在水沟、水仓及大巷里, 给矿井工业卫生、排水、清理水仓、排水泵(清水泵) 及地面粉煤灰水处理带来一系列负面影响和难度。所以, 原状灰在煤矿除作为地面及井下直接充填使用外, 作为其它工程及灌浆防灭火使用, 皆存在着有待改性和许多要深入研究的地方。

兖矿集团济二矿在2001年前一直使用黄土作为灌浆材料, 自坑口电厂建成后, 就改用粉煤灰替代黄土使用。这期间发现了上述问题, 认为“黄土泥浆可以防灭火, 粉煤灰的化学成分与黄土相近甚至相同, 粉煤灰不加改性, 就可直接用于灌浆防灭火”的认识缺乏理论依据, 更不符合多数坑口电厂粉煤灰使用的实际。而且, 真正要用好粉煤灰, 并不是个简单的问题。

自2002年, 对粉煤灰的生成矿物成分、理化性质特别是防灭火功能与黄土进行了对比研究, 初步总结了以下几点作为认识粉煤灰、用好粉煤灰的基础知识之一 。