煤矿工作面煤层中常存在一些特殊用途的巷道,其中潜藏有部分不规则的回采巷道,俗称空巷。工作面在过空巷期间,极易发生冒顶、压架等事故,严重影响生产安全,所以对空巷进行合理的支护是保证生产安全的必要手段。研究一种新型泵送材料,可以应用于柔模泵送支柱,对空巷进行支护具有重要意义。硫铝酸盐水泥熟料与石膏石灰相配,可以制备浆体材料用于泵送支柱,该材料施工工艺简单快捷,硬化强度满足要求,具有广泛应用的前景。为了能够控制材料反应时间,优化材料反应过程和掌握反应机理,需对材料开展一系列试验研究。鉴于上述需要研究的问题,本论文首先对硫铝酸盐水泥熟料、石膏和石灰三种原材料的配合比进行了研究,从生成物角度解释其反应过程;其次,研究了不同种类外加剂的作用及影响规律;然后通过正交试验分析外加剂共同作用下的影响规律,筛选出最优配合比;最后进行工业试验并取得了很好的效果。论文的主要研究内容分为以下四个方面:(1)探究了原材料的配比与反应特性,硫铝酸盐熟料中加入石膏具有缓凝的作用,随着石膏掺量的增大,水泥浆体的凝结时间也会随之增长,膨胀率也会随着石膏掺量的增加而持续增加。但是石膏的加入对浆体p H值没有明显的改变。石膏能够有效的增加材料的抗压强度。石灰的加入则会提高材料浆体的p H值,缩短材料的凝结时间,合适的掺量能提高材料。另外还发现,石灰对材料膨胀性有很大影响,当掺量较大时,材料硬化后会发生胀裂破坏现象。XRD水化产物分析得出石膏掺量超过30%后便有剩余,主要的生成物为钙矾石。石灰的加入会促进石膏参与反应的量,不会改变生成物的种类。(2)对4种缓凝剂,3种减水剂,2种锂盐和ZQ1增强剂的主要作用进行了试验研究。研究结果发现,葡萄糖酸钠有很好的缓凝效果并且符合材料的使用要求;聚羧酸减水剂对初始流动度的影响作用最明显;碳酸锂和氢氧化锂对材料的早期强度作用明显,考虑到经济效益,最终选择碳酸锂作为促凝剂;自主研发的ZQ1早强剂对材料14天抗压强度有明显的提高作用。(3)通过正交试验,分析了外加剂共同作用下各指标的变化规律。最后得出最佳的外加剂掺量分别为缓凝剂0.2%,减水剂0.3%,碳酸锂0.15%,ZQ1 2%,达到300mm的流动度需要20分钟,完全满足施工要求,2h抗压强度可达4.68MPa,28天强度达19.12MPa,满足一般工程强度设计要求。(4)对某矿某工作面过平行空巷进行现场支护试验,通过对支柱承载力的计算,确定了支柱布置的数量,对施工过程进行了详细研究,在工作面向空巷推进过程中对顶底板高度和支柱所承受压力进行了监测。最终工作面快速安全的通过空巷,支柱达到了很好的支护效果,节省了成本。