充填开采煤矿实践中的应用
摘要：
煤矿绿色开采的发展要求和村庄压煤开采的迫切性，提出了膏体充填不迁村采煤技术。通过研制专用膏体充填胶结料和选择廉价的充填材料，大幅度降低了膏体充填成本，提出了满足煤矿开采适用的膏体材料的合理配比，提出了适合煤矿应用的膏体充填方法，以及系统介绍膏体充填在煤矿实践中的应用。
中国矿业大学钱鸣高院士最近提出了煤矿绿色开采技术，充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分，是解决煤矿开采环境问题的理想途径。当前，研究解决村庄等建筑物下大量压煤开采，实现不迁村采煤更应受到重视。我国村庄压煤具有量大面广的特点，人口密集的河南、河北、山东、安徽、江苏五省压煤的村庄达1094个，住户11万户，占我国村庄总压煤量的55%以上，仅兖州矿业集团109个村庄压煤就达5.5亿t。村庄下压煤开采涉及到土地、环境保护、工农关系等社会各方面问题。目前，从村庄下采出的煤量仅占其压煤可采储量的4 %，其中75%以上还是靠搬迁村庄之后采出来的，而村庄搬迁费、塌陷土地赔偿费已达到20万元/户，并且对矿区环境造成了严重破坏。
关键词：膏体充填；不迁村采煤；充填工艺；膏体材料配比；材料配置控制
1 充填采煤工艺的发展背景
1．1 传统的不迁村采煤方法
村庄等建筑物下的大量压煤不仅造成煤炭资源的巨大浪费，并且严重制约矿井的正常生产和接续。通过几十年的努力，村庄下采煤技术的整体水平有了较大的提高。目前，能实现不迁村采煤的主要方法是条带开采和充填开采，特别是两者的有机结合。
条带开采是控制地表移动和变形的最有效方法之一。其最大优点是在不改变采煤工艺的前提下，较大幅度地减少地表沉降，在无法采取其它措施的条件下采出部分建筑物下压煤，最大缺点是采出率低，资源浪费严重，且生产效益较低。
充填开采是实现不迁村采煤、提高煤炭采出率的最有效途径，以水砂充填开采应用最多，效果也最好。但水砂充填开采存在工艺复杂、不利于机械化生产、效率低、成本高等问题，近十多年来，国内几乎未用该技术来开采村庄下压煤[1]。
1.2膏体充填技术及其煤矿应用的可行性
所谓固体废物膏体充填不迁村采煤，就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值
范围内，实现村庄不搬迁，安全开采建筑物下压煤，保护矿区生态环境和地下水资源。固体废物膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分。
要解决煤矿开采对水资源、土地资源、建筑物等造成的破坏，特别是当前亟待解决的不迁村采煤问题，应用膏体充填技术是最理想的方法之一，但在煤矿应用膏体充填技术与金属矿山又有较大差别。金属矿山工作面围岩较稳定，充填作业一般是在工作面回采结束后一次完成，且对充填体的早期强度无特别要求；另外，金属矿山膏体充填成本较高，煤矿难以承受的。因此，只有降低膏体充填成本，膏体充填技术在煤矿才有生命力。
2 膏体充填材料特点及发展
2.1 膏体充填材料的特点
煤矿膏体充填材料具有以下特点：
1）浓度高一般膏体充填材料质量浓度大于75%，目前最高浓度达到88%；
2）流动状态为柱塞结构流普通水砂充填料浆管道输送过程中呈典型的两相紊流特征，管道横截面上浆体的流速为抛物线分布，从管道中心到管壁，流速逐渐由大减小为零，而膏体充填料浆在管道中基本是整体平推运动，管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动，称之为柱塞结构流；
3）料浆基本不沉淀、不泌水、不离析膏体充填材料这个特点非常重要，可以降低凝结前的隔离要求，使充填工作面不需要复杂的过滤排水设施，也避免或减少了充填水对工作面的影响，充填密实程度高；
4）无临界流速最大颗粒料粒径达到25~35mm，流速小于1m/s仍然能够正常输送。所以，膏体充填所用的煤矸石等物料只要破碎加工即可，可降低材料加工费，低速输送能够减少管道磨损；
5）相同胶结料用量下膏体材料强度较高。
2.2 膏体充填对材料的要求
1）成本要求更低目前煤矿可以接受的充填开采的吨煤增加成本在20元/t左右，如果全部充填，充填体费用需要控制在25~30元/m3，比金属矿山充填可接受的成本少一半以上；
2）煤矿膏体充填没有如金属矿山那样有质量比较稳定的尾砂作集料，煤矿附近能够用作充填的原材料常常是煤矸石、粉煤灰等固体废物，物料成分复杂、变化大；
3）早期强度要求高。充填完成数小时后膏体充填体必须有一定强度，达到脱模条件，保持自稳，并能够对顶板有适当的支撑作用。
2.3 煤矿膏体充填材料的发展现状
鉴于煤矿膏体充填材料的特殊要求，最近研制了PL和SL两个系列复合膏
体充填胶结料，能够满足不同条件矿山膏体充填工程的需要，并具有以下显著特点：①能够与含泥量高的各种集料正常凝结固化，为最大限度地应用各种固体废弃物创造了十分有利的条件；②在极少用量条件下（胶结料含量一般2%~5%）就能使制作的膏体料浆形成所需强度的固化体，并且早期强度高，后期强度持续增长；③生产成本低。根据金属矿山膏体充填的情况，充填胶结料和其它充填材料的成本分别要占充填总成本的60%和30%左右，因此，PL和SL两个系列复合胶结料为减少膏体充填胶结料用量、采用廉价的充填材料，从而大幅度降低膏体充填成本创造了有利的技术条件。
2.4 PL材料在煤矿应用中的技术发展
1）PL膏体胶结料在50 kg/m3左右的极少使用量条件下，能够使膏体充填材料快速凝结固化，在数小时内达到一定的强度，可以满足膏体充填不迁村采煤工程的需要；
2）PL膏体充填材料与其它充填材料比较，弹性模量较大，抗变形能力强，有利于提高充填控制开采沉陷的效果；
3）PL膏体充填材料在低围压下即能够表现出突出的塑性强化特征，实践中可充分利用这个特性，适当降低充填材料的强度要求，降低充填成本。
2.5 充填材料物理化学组成
1）胶结料：试验采用的胶结料是以普通硅酸盐水泥为基材，与石膏、石灰和多种外加剂等科学配制的复合材料，简称PL膏体胶结料，该材料具有速凝、早强和后期强度持续增长的特点。
2）煤矸石：粗骨料矸石的级配、粒径对膏体的可泵性影响很大，最大粒径取决于输送管的尺寸。根据煤矿膏体充填的需要和煤矸石破碎后外形尖锐扁平的特点，同时参考粗骨料最大粒径与输送管径的关系确定煤矸石加工破碎到直径小于25 mm，进行筛分以后按混凝土的颗粒级配曲线进行级配。根据宝钢的泵送混凝土施工经验，集料最大尺寸25 mm有外加剂的混凝土碎石的砂率为44 %。用于不迁村采煤充填的固体废物膏体与泵送混凝土在很大程度上相似。所以用于不迁村采煤充填的固体废物膏体的砂率取44 %。
3）粉煤灰：粉煤灰在充填材料中主要发挥细集料作用，粉煤灰能显著提高混凝土拌合物的合易性，充分发挥粉煤灰球形颗粒的润滑滚珠效果，提高混凝土流动性，减少泌水防止混凝土离析，提高可泵性。
3 膏体材料物理化学性状影响因素分析
3.1 抗压强度影响因素分析
粉煤灰的加量对1d充填体抗压强度的影响不是很显著。而胶结料有显著的影响。质量分数的影响次之，最后是细粒级矸石的加量。在3d强度的影响因素中，粉煤灰的加量对充填体抗压强度的影响不显著，而其他3个因素与粉煤灰的影响作用相差不大，质量浓度的影响最大。在7d强度的影响因素中，细粒级矸石的加量对强度的影响最显著，而后是胶结料的加量，然后是粉煤灰的加量。影响作用最不显著的是质量浓度。因此综合起来可以看出，胶结料的加量对充填体
强度有显著的影响。尤其对充填体早期强度的影响最为显著。
1）细粒级矸石量：细粒级矸石量对强度的影响随着时间而逐渐增强，它对长期强度有显著影响。主要是因为后期在胶结料和粉煤灰的胶凝作用下，煤矸石的整体性得到提高，从而使得充填体整体后期强度得以增强。
2）胶结料加量：胶结料对强度的影响在早期和后期相对显著，同时随着胶结料加量的增加呈增长趋势。
3）粉煤灰加量：粉煤灰对强度的影响作用在前期硬化中不显著，粉煤灰在这时发挥微集料作用，在硬化后期，粉煤灰开始表现出类似水泥的胶凝作用，金属矿山的尾砂充填也已证明此点。
4）膏体质量分数：膏体质量分数的增加对强度的影响是先增强后减弱，因为在早期质量分数的增大可在很大程度上提高膏体的早期强度，但随着充填材料的内部化学反应和胶凝作用的加快，质量分数的影响作用开始减弱。
3.2 可泵性影响因素分析
膏体充填料的可泵性，就是膏体充填料在管道泵送过程中的工作性，主要包括流动性、可塑性和稳定性。流动性取决于膏体充填料的浓度及粒度级配，反映其固相与液相的相互关系和比率；可泵性是膏体充填料泵送的一个综合性指标，一般用坍落度来判别。坍落度影响因素主要取决于充填物料的成分与比重，粒级组成和浓度。
从试验数据可看出膏体材料的坍落度均在20cm 以上，膏体在井下经泵送后坍落度会降低，但还是能满足要求。骨料中细矸石的加量对坍落度的影响最显著，质量分数次之，胶结料和粉煤灰的影响基本相当。
1）试验研究表明煤矸石可作为固体废物膏体充填骨料与粉煤灰、胶结料进行膏体充填。为保证膏体的正常泵送，要严格控制矸石粗细颗粒的比重，砂率一般控制在44 %左右。充填骨料良好的粒级组成可使颗粒间孔隙减小，颗粒不易下沉。
2）膏体充填材料中煤矸石，胶结料对充填体强度影响显著。胶结料对早期强度的影响最明显。煤矸石对后期强度影响较明显。提高充填体强度的有效途径是提高胶结料和矸石含量，但提高胶结料含量对控制成本不利，提高矸石含量对控制坍落度和膏体的可泵性不利。因此在实际生产中要合理控制二者含量，保证膏体满足强度和可泵性的要求。
3）煤矸石在加工破碎为直径小于25 mm 后，在胶结充填中作为骨料的煤
矸石还需进一步分级。矸石粗颗粒的最大粒径与充填管径之比应控制在1：4或更小。
4）膏体中矸石细颗粒对材料的坍落度影响作用较粗颗粒显著，质量浓度的提高对膏体的坍落度不利。在膏体材料中添加优质粉煤灰能够提高和易性，可充分发挥粉煤灰的润滑效果，降低坍落度损失，提高膏体的可泵性。
4 煤矿膏体充填工艺
4.1 膏体充填流程
煤矿膏体充填就是把煤矿就近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物制
作成不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到井下，适时充
填采空区的方法。煤矿膏体充填工艺流程分为材料准备、配料制浆、管道泵送、
工作面充填等四大部分。图1为华东某矿设计的膏体充填系统工艺流程。
4.2 材料准备
煤矿膏体充填材料主要为煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、城市固体垃圾、劣质砂等固体废弃物。对于粒度较小的材料经过简单处理（筛除大于20 mm的块料及线状杂物等）就可进入料仓备用，当采用煤矸石等大块材料时，还需对其进行适当的破碎处理。为了降低胶结料用量，还可以对部分粉煤灰采用机械磨细和碱性激发等手段激发粉煤灰的化学活性。
膏体充填胶结料通过风力输送到胶结料仓备用，充填用水由水泵从水池或水井泵送至搅拌机。
4.3 配料制浆
煤矿膏体充填材料中胶结料掺量极少，按照一般混凝土的概念，是一种“极
贫”混凝土，必须按照设计的浓度，以及各种材料的配比准确制备充填浆体，并
充分混合均匀，才能够保证充填材料流动性能、凝结固化性能，井下回采工作面
充填才能够达到预期的地表沉陷控制目标。
根据材料配比实验，要使材料流动性能稳定，充填料浆的重量浓度变化范围
必须控制在0.5%以内，这要求物料称量的误差小于±2 %。为保证充填料浆的配
置质量，采取了以下技术措施：①批次配料，每种材料在静态条件下称重计量；
②采用先进、稳定性能好的高精度称重传感器；③配料系统采用工控微机和PLC
可编程控制器控制，配料过程实现程序化、自动化。另外，受充填成本的限制，
不可能对充填材料进行脱泥、脱水等处理，不同地点、不同时间所取充填材料的
含泥量、含水量不可避免有较大的变化和波动，这些变化将影响充填料浆的重量
浓度。
为了保证膏体充填材料流动性能、强度性能稳定，需要快速、准确测定河砂、粉煤灰的质量变化，并及时调整配比。
根据煤矿膏体充填材料的特点，选择周期式混凝土搅拌机强制搅拌，加料、搅拌、出料按周期进行循环作业，因而易于控制配比和搅拌质量。
4.4 管道泵送
膏体充填料浆采用混凝土泵加压管道输送。搅拌机搅拌好的料浆先进入浆体缓冲斗，再靠浆体自重向充填泵进料斗加料，经充填泵加压后的膏体料浆通过充填管，经过充填站附近的充填钻孔下井，再沿在巷道布设的充填管输送到充填工作面，在充填工作面采用液压转换阀控制采空区充填顺序。
充填泵和充填管的选择应根据充填能力、充填管线长度、膏体料浆特性、流速等综合确定。膏体充填料浆在管道输送中的一个重要特点是无临界流速，可以在很低的流速条件下长距离输送。流速过高，料浆流动需要克服的水力坡降大，管道磨损速度也大，对泵送压力的要求也高；流速过小，则充填能力不能满足生产需要。一般膏体充填系统设计流速0.7~ 1.0 m/s。
4.5 工作面充填
膏体充填系统与煤矿开采系统的协调是煤矿膏体充填开采必须解决的关键问题，由于采用膏体充填开采解决不迁村采煤在国内外还属首次，如采用综采膏体充填工艺需要设计专门的液压支架，项目的投资及风险都较大，因此在试验初期采用普采膏体充填工艺为宜。普采工作面进行膏体充填，首先必须在工作面控顶区与待充填区之间构筑一道隔离墙，形成一个“封闭”的待充填空间，为实现这一目标提出了塑料编织布隔离、组合式钢质模板隔离二个方案。塑料编织布隔离与传统水砂充填的设置砂门子相似，国外波兰胶结水砂充填也采用塑料编织布作隔离墙，此方案可以进一步减少项目的初期投资。专门设计的组合式钢质模板及其与单体液压支柱、金属铰接顶梁的连接件可以和单体液压支柱、金属铰接顶梁配合形成具有隔离充填料浆、高度和倾斜调节功能、拆装方便的隔离墙。钢质模板具有足够的刚度和强度，能重复使用，也可以降低膏体充填体的构筑成本。图2为普采膏体充填工作面布置示意图。
图2普采膏体充填工作面布置
组合式钢质模板安装完成后，通过沿工作面按一定间隔布置与工作面充填管路相连的布料管向待充填空间充入膏体充填料浆。工作面正常充填程序
如下：
（1）检查准备，确保系统正常、设备完好。在前一充填循环完成以后，管道内应该保持充满清水，新的充填循环应该在这种条件下正常开展工作，否则，必须先泵送清水，直到输送管道内充满清水以后，才能够进入正常充填作业程序。（2）实施“浆推水”。在泵送膏体料浆前，先利用清管器在充填管道中装入清洗球，然后开动充填泵，使清洗球前面是清水，后面是浆体，清水通过泵压经充填管路排到采区巷道的排水沟内，当清洗球出管后，利用液压转换阀使充填料浆经工作面充填管路充入待充填空间。
（3）轮流充填。充填管路内清水排尽后，充填料浆通过工作面充填布料管按一定间隔时间轮流充填待充填空间，直到充填完毕，充填管切换的间隔时间应根据膏体料浆可泵时间、充填点有效范围内浆体充满程度等综合考虑。
（4）实施“水推浆”。在充填量达到设计充填量之前，为备用泵准备好清水，达到设计充填量后，先利用清管器装入清洗球，然后切换到备用泵管路，停止充填泵，启动备用泵，实施水推浆。充填管内的料浆继续充入待充填空间，清洗水排到采区排水沟内，管路冲洗干净后，转换阀切换到截止状态，使管路内充满清水。（5）结束充填工作。地面充填站要彻底清洗搅拌机、膏体充填泵，井下充填工作面，则需要收集清洗球，送到地面充填站，备以后再用。
4.6 膏体充填料浆浓度的自动化监测
目前煤矿膏体充填的整个充填工艺流程可以划分为矸石破碎、配比搅拌、管道泵送、充填体构筑等四个基本环节。其中，配比搅拌在工业化试验阶段由于是大批量、连续、动态的过程不同于实验室小批量静态的试验，这就要求对搅拌机内膏体的配比质量浓度进行实时监测显得尤为重要。
监测原理和技术电流传感器工作原理如图下图所示。
通过电流传感器把主控室搅拌机主回路电流转化为4~20 mA模拟量信号传送给PLC，然后PLC通过循环中断500 ms实时采集数据，通过数据处理得出不同浓度下电流变化曲线。
系统自动补水的算法实现：在膏体充填工程实践过程中，膏体充填材料的质量浓度一般要求控制在一定的合理的质量浓度范围内，这样系统才能有更大的适
应性而不至于质量浓度的稍微波动就给充填系统料将在管路输送过程中带来较
大的影响，鉴于此，分别在灰浆和矸石浆合理的质量浓度内设置浓度的搅拌电流上下阀值（考虑到上述影响因素，取一定的富裕系数k=1.4）,当系统采集到的搅拌电流均值超过阀值上限时（料浆质量浓度较大超过合理范围的最大质量浓度）系统自动补水，反之系统自动补灰但是由于监测到的电流值会受到许多扰动的影响，所以得到的电流值不是一个精确值。例如在搅拌过程中，叶片碰到的阻力，从而造成电流值的突起，以及矸石粒径的大小变化都会影响电流值的变化。因此就需要多次的调节，但实践证明当搅拌机多次搅拌后，经过此过程的反复调整我们可以使膏体的质量浓度控制在合理的设计范围内，特别是在控制膏体质量浓度过大方面起到重要的作用，避免了因膏体质量浓度过大造成的堵管事件的发生，取得了较好的经济效益。
针对膏体充填过程中膏体质量浓度在搅拌过程中存在的难监测性、难观察性、易受外界因素的干扰等特点，采用了实时采集电流信号监测控制膏体质量浓度系统。特别对影响因素进行了研究分析，建立了补水、补灰的隶属函数形式，使膏体充填体质量浓度逐步逼近到我们设计的质量浓度范围内，做到对膏体质量浓度的自动控制。通过上述数据分析研究，对膏体质量浓度的控制方便实用，控制精度较高，能够及时了解掌握搅拌机内膏体质量浓度的变化，系统安全可靠，应用效果良好[5]。
5 充填方法研究
村庄等建筑物不搬迁安全采煤的原则是；受开采影响后大部分建筑物不维修或小修，少部分建筑物经中修和个别经大修能满足安全使用要求，开采引起的地表变形控制在下列范围内；水平变形ε≤2.0mm/m，曲率K≤0.2×10-3·m-1，倾斜i≤3.0 mm/m。煤层厚度、开采深度、覆岩条件和表土层厚度等开采条件不同，达到上述村庄等建筑物不搬迁安全采煤所要求的开采下沉系数不尽相同，对固体废物膏体充填的要求也不一样，可以选择不同的充填方法。根据采煤工作面采空区膏体充填程度、充填地点和工作面布置方式的不同，不迁村采煤固体废物膏体充填可归纳为以下5种方法：
1）全采全充法在村庄压煤范围内每一个回采工作面都采用膏体充填开采，随着回采工作面向前推进，在直接顶板尚未垮落之前，即用胶结性固体废物膏体材料把工作面后方的采空区全部充填起来。全采全充法控制覆岩及地表变形效果最好，但充填量大，一般适用于村庄下厚煤层分层开采，或同时要求提高开采上限等条件。
2）短壁间隔充填法在村庄压煤范围内，采煤工作面布置成短壁条带工作面开采，每两个短壁开采条带安排一个工作面后方全部采用胶结性固体废物膏体充填，另外一个工作面采用一般的垮落法管理顶板。短壁开采条带之间保留窄
煤柱，形成一个以膏体充填体、关键层、窄煤柱构成的支撑体系，控制覆岩和地表变形，达到保护村庄等建筑物的目的。短壁间隔充填法是一种部分充填的方法，充填量较少，有利于降低充填成本，一般适用于基岩较厚的薄及中厚煤层条件。
3）长壁间隔充填法该方法指在村庄压煤范围内，采用长壁工作面开采，随着工作面推进，在工作面后方用胶结性的固体废物膏体材料构筑数个沿工作面推进方向的充填条带，充填条带之间的空间不充填或部分充填。长壁间隔充填法也是一种部分充填方法，支撑体系为充填体、关键层，适用条件与短壁间隔充填法类似。
4）冒落区充填法该方法把充填管道布置到采煤工作面冒落区底板，充填管随工作面推进拖动前移，在顶板冒落矸石未压实之前把非胶结性固体废物膏体料浆压入矸石空隙，达到减少覆岩和地表变形、保护村庄等建筑物的目的。冒落区充填法不需要隔离措施，也不需要胶结料，有利于降低充填材料成本，德国Wallsum，Monopol等数个煤矿曾经在薄煤层回采工作面后方冒落矸石还未压实之前向采空区充填固体废物膏体，这种方法减沉效果限，地表下沉系数为0.30~0.40。所以，冒落区充填法一般适用于采深较大的薄及中厚煤层条件。
5）离层区膏体充填法该方法是把非胶结性的固体废物膏体料浆通过钻孔充填到回采工作面上方离层区，达到减少覆岩和地表变形，保护村庄等建筑物的目的。与目前普通粉煤灰离层区注浆比较，采用离层区膏体充填方法将大幅度减少浆体中水的流失，充填量少，减沉效果明显改善。离层区膏体充填法一般实用于覆岩有厚层关键层，采深较大的薄及中厚煤层[2]。
6 充填开采的矿压规律
6.1 充填采场控顶影响因素
充填开采中矿压显现不明显，基本没有初次来压和周期来压，但是在充填采场中，至关重要的就是控制顶板下沉量。如果充填前的顶板下沉量过大，那么会相应的造成地表沉陷过大，充填效果差。所以充填前下沉量的大小是衡量充填采场控顶好坏的标准。
除了煤岩和围岩的性质外，充填体的强度、充填率、充填步距和支架的性能是影响充填前下沉量的最重要的因素，并且这些是可以人为控制的。因此充填采场控制主要是围绕这些因素来进行。
1）充填体强度的影响对于充填采矿，充填体强度直接影响围岩和充填体的稳定性，尤其是材料初始强度，如果材料强度不足以承载直接顶施加的压力，就会造成顶板的下沉量加大。
图3 不同配比的膏体充填材料强度与顶板下沉量关系
如图3所示，顶板的初期下沉量比较大，主要可见矸石膏体的强度对充填
效果有很大的影响，强度越大顶板下沉量越小，所以控制矸石膏体的强度可以改
善顶板管理效果是因充填体的强度低，处于两相受力，承载能力差，随着充填的
进行，充填体的强度逐渐增加，并且处于三相压缩当中，充填体承载能力大大加
强。
可见矸石膏体的强度对充填效果有很大的影响，强度越大顶板下沉量越小，所以控制矸石膏体的强度可以改善顶板管理效果。
2）充填体欠接顶量的影响充填体进入采空区，最初是不受力的，以后
随着充满度和充填体强度的增加而具备了吸收地应力和转移应力的能力，参与地
层的自组织系统和活动。根据应力转移原理，充填体弹性模量越大，也即充填体
强度越大，应力转移的效果越好，围岩就越稳定，顶板下沉量就越小。
将直接顶简化成一边固支一边简支的弹塑性梁体。直接顶在受限空间中，如
果弯矩不大，直接顶根据自身的承载能力不会破断，在下个充填循环就会将这部
分空隙充填上。充填体欠接顶量过大，会造成直接顶活动的受限空间增大，导致
其断裂破坏，又受到支架的反复的支撑作用，加速直接顶的破碎。这样当支架的
后梁回收后，直接顶就会跨落下来，充填了这部分空间，使充填体欠接顶量转化
成了顶板下沉量的一部分。最后会直接影响到地面，使得地表下沉加大，造成充
填效果变差。整个充填前下沉量，充填区的下沉量占到一半左右的部分，如果欠
接顶量过大，造成直接顶破碎深度增加，直接顶将不能成为良好的承载体，重量
会全部集中在后梁上，造成对支架后梁的破坏。
欠接顶量和支架载荷的关系如图4所示。当支架的欠接顶量增加的时候，支
架的载荷增加，当欠接顶量增加到一定程度可以看做是传统的跨落法采煤，支架
的载荷最大。
3）充填步距的影响充填步距受多种因素的影响，比如充填能力、充填支架的支护能力和顶板的破碎程度。但是根据现在支架对充填区的支护能力来说，步距越小顶板下沉量就越小，步距越大顶板下沉量就越小。但是根据高产高效的原则，又希望充填步距加大，所以要衡量得到合理的充填步距。工作面顶板下沉与充填步距的关系如图5所示。
4）支架性能的影响在充填开采当中，上覆顶板可以简化成梁结构，梁的
一端被煤壁支撑，中间受到支架或支柱的支撑，另一端被充填体承载，所以矿压
显现不明显，没有初次来压和周期来压或初次来压和周期来压不显著。
支架的作用除了保证采场的安全，保证顶板下沉量在合理的范围，保证直接
顶和老顶没有离层确保直接顶的完整。事实证明直接顶对充填开采的影响是比较
大的，直接顶的稳定是确保充填开采的重要因素，而确保直接顶的稳定的前提就
是保证不离层。因此支架的设计除了要考虑能承载直接顶冒落矸石的
重量，还要确定直接顶和老顶未分层，因为只有这样才能保证直接顶的破碎程度
最小。
6.2 膏体充填矿压监测
因为这是第一个矸石膏体充填工作面（数据来自小屯矿），以前没有相应的矿压显现的数据。为了及时对工作面支架的工作阻力进行观测，并回馈到实际的生产活动，充填工作面采用泰安尤罗卡公司开发的工作面在线监测系统，对工作面其中6架支架（6#、20#、34#、50#、65#、74#支架）进行在线监测。在这6架支架上安装远传支柱压力传感器（分前立柱、后立柱），直接由KJ216顶板动态监测系统在线连续观测工作面，来掌握矸石膏体充填工作面的矿压显现规律。如表1所示，在前60m的范围里，支架的初承力达到了要求的3200 kN，但是工作阻力没有达到要求，随着工作面的推进，支架的工作阻力有了很大的提高，但是工作面阻力还不是很大，动压系数比较低。
在充填开采当中巷道变形比较平稳，变形不大，而在非充填开采当中，巷道变形剧烈，变形值比较大；并且充填开采当中巷道受采动影响的距离为18m，而非充填开采巷道受采动影响为24m。所以在充填开采当中，巷道可留设作为下个工作面继续使用[3]。
7 膏体充填下对地表沉陷影响分析
7.1 地表沉陷影响因素及分析
地下开采就会引起地表的移动。膏体充填可以有效的控制地表沉陷。但也不能完全控制采空区上覆岩层的变形、移动和破坏。因为充填总是滞后采煤进行的。这就不可避免的会引起一定的沉陷乃至破坏。因此了解和控制引起下沉的因素对“三下”采煤是至关重要的。
通过理论分析和膏体充填开采的实践可以总结出。其影响因素可从三个方面考虑。即下沉量因素、压缩量因素和岩性因素。分析考虑时列出下面的六个具体影响参数：S1为充填前的顶板下沉量：S2为充填欠接顶量：S3为充填体压缩量：
S4为顶板压缩量：S5为底板浮煤压缩量：S6为底板压缩量。
这六个因素中按性质不同分为两部分。即下沉量因素、压缩量因素。其中
S2可看作下沉量的因素。因为未充满的欠接顶量会直接导致顶板的下沉：S3为
充填体压缩量。与其本身的强度和围岩的压力有关。而顶板、底板和浮煤的压缩
量与顶底板的岩性有关。应根据实际情况具体确定其影响大小。它们都属于压缩
量因素。此外，特定的地质条件下还存在岩性因素。而此时它有可能成为主要因
素之一。当上覆岩层中存在关键层时得考虑关键层的破断下沉对地表的影响。充
填要控制住主关键层的下沉。进而达到控制地表沉陷的要求。当矿区有深厚表
土层覆盖时。还要考虑土层固结和地表水下降引起的地表下沉[4]。
1）充填前顶板下沉量
充填前顶板下沉量S1，它可以用顶底板移近量来估算，根据上覆岩层移动规
律，可以得出顶底板移近量与煤层采高、控顶距成正比关系，即顶底板移近量可
按下面公式计算：
s=ηML′D
式中，M 为煤层采高，m；L′D为最大控顶距（煤壁至末排柱的距离），m；η
为下沉系数。
根据我国50个工作面的现场实测数据统计结果得知，下沉系数η=0.025～
0.05，这个统计是基于摩擦支柱而得出的，而单体液压支柱时会偏小，更由于充
填开采时矿压显现不明显，对充填开采液压支柱（架）的工作面这个系数是偏大
的，其取值应更小。
生产实践表明，在单体液压支柱工作面控顶范围内，顶底板移近量每米采高
不超过100mm时，该工作面顶板状态是好的，也容易控制[3]，而在充填开采时为
了有更多的空间来充填要尽量提高支护强度，因为此时的目的已不是对顶板的简
单控制了，后面的数值模拟计算和生产实践都表明控制充填前的顶板下沉量对最
终控制地表沉陷是多么的重要。
2）充填体欠接顶量
在充填结束以后充填体顶部和煤层顶板存在一定的空间尚未充满，充填体顶部至煤层顶板的距离称为欠接顶量。
由于充填体欠接顶量会马上反应到顶板的下沉量上面，因而可以把其归结到
下沉量的影响因素里。国内金属矿山在充填体接顶方面做了许多研究，一般的胶
结充填由于泌水其接顶率能达到70%以上已很高，而膏体不泌水或泌水小的特性
使其充填接顶率会更高，这对充填工作是有利的，但由于煤矿覆岩赋存条件和顶
底板岩性与金属矿山的不同，如果采煤后顶板支护强度达不到设计的要求，顶板
的破坏会很严重，结果是形成一个个下沉网兜（分层开采时），造成接顶的假象，
这样就会降低充填体的接顶率，从而增大顶板的进一步下沉而最终导致地表的下
沉。充填时要特别注意加强对充填前顶板下沉量的控制和管理。
3）充填体压缩量
充填体各种物理参数相对于煤层顶底板岩石来说都要低的多，以相对“软”的充填体置换相对“硬”的煤，充填体周围的顶、底在大的顶板压力作用下，不可避免的要产生压缩变形，从而引起地表的下沉。工作面充填体的压缩量除了受到充填体的强度，充填材料的颗粒集配、泌水性等自身性能的影响外，还与围岩压力的大小有关。膏体充填材料的牙膏状、不泌水的性质决定了充填体的泌水是少量甚至不泌水的，水砂充填时充填体压缩率在5%～6%的范围之内，膏体充填时充填体的压缩率应该小于此值。但在进行膏体充填设计时，充填体的压缩率是一个很重要的参数，要通过实验来确定最终的配比和强度，毕竟它是人工配制的“岩层”在加入到大地应力的综合作用中起的作用是非常重要的，因此认为它也是最终地表沉陷的主要影响因素之一。
4）顶底板和浮煤压缩量
充填工作面顶板在开采过程中，顶板在放炮、单体支柱或支架反复支撑的影响下，顶底板移近，顶板出现破碎，局部区域出现顶板冒落的情况，顶底板原来的实体岩层或煤层变成松散体，充填结束后顶底板在上覆岩层或者充填体的压力下会产生压缩，而这个压缩性和岩石碎胀性可以看成互为逆过程，一般岩石的碎胀系数取<1.2，那么这个压缩量系数也只有<0.2如果能控制好充填前的顶底板支护，保证其较完整，那么这个压缩量会更小，甚至在初步的研究中可以忽略不计。
5）上覆岩层的影响
在研究地表沉陷时，地表下沉系数η是个很重要的参数，其与上覆岩层岩性和采空区处理方法有关。一般认为，岩石愈坚硬，下沉系数愈小，反之则愈大。当上覆岩层中存在关键层时，对控制地表沉陷是有利的，膏体充填就应该保证关键层不破坏的基础上进行设计，通过采动岩层充填控制理论的研究，充分利用上覆岩层关键层的作用，在保证不迁村，保护地表建筑物安全的前提下，在有条件的地方尽量采用部分充填，通过减少充填量降低成本。
6）厚表土层的影响
厚松散层地区煤层开采地表下沉的特殊性，主要表现为地表下沉和水平移动较一般情况大，主要原因在煤层开采沉陷过程中，岩土体内部的变形场和渗流场之间，应力场和渗流场之间、裂隙场和应力场之间存在耦合作用，在土体沉陷过程中具体表现为变形场与渗流场的相互作用，即水土相互作用。水土相互作用表现土体变形上出现压缩和膨胀并且压缩和膨胀变形随着开采和时间的延续而发展。随着冲积层内层间水的疏失，造成土层固结密实，从而加大了地表的下沉量。
由于厚表土层在开采后重新固结的原因导致地表下沉系数大于1，一般在1.1
左右。对一些厚表土层开采矿区下沉系数统计，重复采动系数为1.16～1.29。其
中水位下降可以引起地面附加下沉造成下沉系数的增大，而超静孔隙水压力的增
长与消散的水土耦合作用是造成厚松散层地区开采沉陷特殊性的更普遍的机理。
因此在有厚表土层的矿区进行充填开采时，考虑开采沉陷因素时，重复采动条件
下厚表土层的重新固结也是一个比较重要的因素。
最终地表沉陷的影响因素可从三个方面考虑，即下沉量因素、压缩量因素和岩层性因素。
（1）在下沉量因素中，充填前的顶板下沉量S1和充填体的欠接顶量S2是两个主要影响因素，因此在充填时要加强充填前顶板的支护强度，进而控制充填前的顶板下沉量；同时也要保证充填体的接顶率。
（2）在压缩量因素中，充填体的压缩量S3也是主要影响因素之一。因为充填体要接受“上压下顶”的考验，造成的压缩量会直接反应到最终的地表沉陷量上；而顶底板和浮煤的压缩量是次要因素，它们的大小与自身岩（煤）性有关，在设计计算时可取S1、S2、S3 三者主要因素和的一定比例。
（3）在岩层性因素中，主要是考虑了各个矿区的不同，即地质条件的特殊性方面，当有关键层存在时在保证其不破坏的基础上进行设计，可以考虑部分充填，降低充填体强度等，以尽量降低充填成本；当存在厚松散表土层时，要考虑水土耦合作用对地表沉陷的影响，而此时也工作面内支护参数存在一定的优化空间许它也就成了引起地表沉陷的主要因素之一了。
8 膏体充填在沿空留巷中的技术应用
8.1 煤矸石膏体巷旁充填
利用煤矸石膏体充填材料进行巷旁充填是中国矿业大学最近提出的沿空留
巷巷旁充填技术新途径。巷旁充填成本中充填材料费用一般占70%~80%，因此
研制价格低廉、性能优良的，对煤矸石膏体充填材料的研究是这项新的巷旁充填
技术是否能应用的关键。
8.2 充填材料的要求
（1）工艺性能满足输送要求，坍落度在20cm以上。粉煤灰与胶结料的用量总和在300 kg·m-3以上。
（2）强度性能对于沿空留巷巷旁充填的煤矸石膏体巷旁充填材料1 d强度要达到4 MPa，后期强度达到10 MPa。
（3）经济性在满足以上的工艺性和强度的要求下尽可能的降低成本，符合现场实际。这样才能在各矿应用并推广开来，所以应控制胶结料的用量，胶结料用量不应高于250 kg·m-3。
8.3 充填材料配比
煤矸石膏体巷旁充填材料的最优配合比为胶结料250 kg·m-3，矸石粉的用量
1237kg·m-3，矸石粒级组成为粗矸石（8~25mm）占0.48%，细矸石（0.08~5）
占0.52%，浓度为85%，粉煤灰加量为300 kg·m-3。
矸石粒级的水平划分对膏体充填材料的强度影响很明显，并且在矸石粉中细
颗粒的百分比含量52%是最好的。
细集料对煤矸石膏体充填材料的和易性影响很大。矸石粒级的划分不同，在很大程度上影响该材料的可泵性[6]。
9 膏体充填的的技术经济展望
在煤矿应用膏体充填不迁村采煤技术是可行性的，膏体充填开采作为一项新工艺、新技术，在我国煤矿同样具有强大的生命力和广阔的应用前景，膏体充填技术在解决煤矿村庄下压煤开采问题的同时，还为煤矸石、洗选矸石、粉煤灰、工业炉渣、城市固体垃圾等废弃物开辟了新的处理途径，为有效推进煤矿绿色开采创造了条件，具有深远的经济意义和社会意义。
应用膏体充填技术解决煤矿不迁村开采问题在国内外还属首次，而且膏体充填开采技术含量较高，充填料浆的制备与输送、充填设备的选择、系统设计，以及工作面充填工艺与设施等均有独特的技术要求，在开始实践时无疑可能存在某些不完善之处。因此，在工业性试验期间，还要加强对充填工艺的研究以及试验数据的系统采集和详细分析，并对地表变形沉陷规律进行详细观测，为相关工艺技术的提升和推广积累经验，奠定基础。
充填采矿的经济环境效益评价是固体废物不迁村采煤技术体系中一个重要方面。虽然，环境保护、矿产资源的充分利用在我国得到越来越多的重视，但是，目前有关的政策还是不够完备，调控开采环境的保护、矿产资源的破坏与浪费的政策力度还不够。煤矿往往不需要为资源的过多耗费，以及开采对当地土地资源、地下水资源和生态环境得长期不良影响付出足够的成本。这些不利于旨在提高煤炭资源采出率、保护地表村庄及生态环境不受采动破坏的固体废物不迁村采煤技术的发展。所以，当前，强调充填采矿经济环境研究尤为重要，通过有关研究，可以向政府相关部门提出有关矿产资源开采费、土地占用与补偿收费、污水排放收费、固体废物排放收费等政策的科学建议，营造必要的政策环境，推动固体废物膏体充填不迁村采煤技术的发展，促进煤炭资源绿色开采。充填采矿经济环境评价首先是认识充填采矿的全面作用。煤矿采用固体废物膏体充填实现不迁村采煤，需要投入的费用包括膏体充填系统建设费用、膏体充填材料费用、膏体充填运行费用和少量的地面村庄房屋的维修费用，而获益方面不仅是节省了村庄搬迁费用，还体现在以下方面；提高煤炭资源采出率，减少排水费用，减少巷道与工作面维护费用，减少固体废物排放费用，减少采空区防灭火工程费用。有冲击地压发生危险得矿井，采用膏体充填以后，明显降低采场周围集中应力，对防治冲击地压十分有利。
固体废物膏体充填不仅能够帮助煤矿多采出煤炭资源，促进安全生产，节省支付村庄搬迁费用和土地损害赔偿费用，还减少了煤炭开采对当地土地和地下水
资源的破坏，也利用固体废物，变废为宝，是一项利矿、利民、利国的新技术，呼吁中央和地方政府积极支持和扶植此项技术的发展与应用。
参考文献：
[1] 瞿群迪，周华强，侯朝炯，关明亮.中国矿业大学能源科学与工程学院，煤
矿膏体充填开采工艺的探讨.
[2] 周华强，侯朝炯，孙希奎，瞿群迪，陈德俊.中国矿业大学能源科学与工程
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[4] 武龙飞，周华强，李锋，瞿群迪，郭振华.中国矿业大学能源与安全工程学
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[6] 何荣军，周华强，郑保才.中国矿业大学能源学院.煤矸石膏体巷旁充填材
料的研究.
充填开采煤矿实践中的应用 摘要： 煤矿绿色开采的发展要求和村庄压煤开采的迫切性，提出了膏体充填不迁村采煤技术。通过研制专用膏体充填胶结料和选择廉价的充填材料，大幅度降低了膏体充填成本，提出了满足煤矿开采适用的膏体材料的合理配比，提出了适合煤矿应用的膏体充填方法，以及系统介绍膏体充填在煤矿实践中的应用。 中国矿业大学钱鸣高院士最近提出了煤矿绿色开采技术，充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分，是解决煤矿开采环境问题的理想途径。当前，研究解决村庄等建筑物下大量压煤开采，实现不迁村采煤更应受到重视。我国村庄压煤具有量大面广的特点，人口密集的河南、河北、山东、安徽、江苏五省压煤的村庄达1094个，住户11万户，占我国村庄总压煤量的55%以上，仅兖州矿业集团109个村庄压煤就达5.5亿t。村庄下压煤开采涉及到土地、环境保护、工农关系等社会各方面问题。目前，从村庄下采出的煤量仅占其压煤可采储量的4 %，其中75%以上还是靠搬迁村庄之后采出来的，而村庄搬迁费、塌陷土地赔偿费已达到20万元/户，并且对矿区环境造成了严重破坏。 关键词：膏体充填；不迁村采煤；充填工艺；膏体材料配比；材料配置控制 1 充填采煤工艺的发展背景 1．1 传统的不迁村采煤方法 村庄等建筑物下的大量压煤不仅造成煤炭资源的巨大浪费，并且严重制约矿井的正常生产和接续。通过几十年的努力，村庄下采煤技术的整体水平有了较大的提高。目前，能实现不迁村采煤的主要方法是条带开采和充填开采，特别是两者的有机结合。 条带开采是控制地表移动和变形的最有效方法之一。其最大优点是在不改变采煤工艺的前提下，较大幅度地减少地表沉降，在无法采取其它措施的条件下采出部分建筑物下压煤，最大缺点是采出率低，资源浪费严重，且生产效益较低。 充填开采是实现不迁村采煤、提高煤炭采出率的最有效途径，以水砂充填开采应用最多，效果也最好。但水砂充填开采存在工艺复杂、不利于机械化生产、效率低、成本高等问题，近十多年来，国内几乎未用该技术来开采村庄下压煤[1]。 1.2膏体充填技术及其煤矿应用的可行性 所谓固体废物膏体充填不迁村采煤，就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值
膏体充填技术现状及其应用研究 摘要：充填膏体是由尾砂、水和胶结物等按一定配比混合而成的高浓度混合物，在环保、采场工作环境以及采场应力维护等方面具有明显优势，研究与发展膏体 充填技术对未来深部金属采矿以及三下采煤具有重要意义。从膏体充填理论技术 研究和充填设备应用与发展方面，对我国在膏体充填技术领域需要深入研究的内 容进行了总结。 关键字：膏体充填技术；现状；措施 1膏体充填材料的现状 膏体充填材料的强稳定性使其抵抗分层、离析的能力较强，应用过程中即使 在密闭的管道中静止数小时，也不会发生沉淀、分层、离析等现象，应用管道输 送不易发生堵塞。膏体充填料浆的质量浓度高75%～82%，一些料浆在添加骨料 后质量浓度可达到88%，而传统的低浓度充填料浆其质量浓度不超过65%。正是 膏体浓度大，其屈服切应力及塑性黏度比较强，必须通过外力克服料浆自身的屈 服应用才能流动。其在管道中的流动状态为结构柱塞流，在整个管道中进行整体 平推运动，同一横截面上浆本流动速度为常数，浓度、流速基本不会发生改变， 因此稳定性更高。 膏体充填开采的料浆具有较强的可塑性，可保证料浆在管道输送过程中具有 较强的抵抗变形能力，每个断面上的颗粒结构均可抵抗错位变形，虽然在通过管 道的弯管、接头等部位是形状有所改变，但是其基本结构、成分等均未发生变化。膏体充填料浆不沉淀、不离析、不脱水，即使质量浓度较高也不会影响其可输送性。膏体料浆中包括细粒级物料，比如粉煤灰，使用这些物料作为骨料，可保证 骨料粒径在35mm以下，大大降低了破碎充填骨料的材料加工成本。充填前无须 进行复杂的隔离，也不用建设过滤排水设施，不仅不会影响采煤工作面的结构， 而且充填水也不会对井下环境造成污染。而传统的水砂充填需要进行专门的过滤 排水，并且排水过程中料浆中的固体颗粒可能会被带出，井下排水、清理沉淀等 工作量也有所增加。 膏体充填料浆初凝时间短，而且可以根据煤矿的实际情况对料浆的配方进行 调整，材料的初凝时间、初凝强度及终凝强度也会发生改变，可以保证料浆在更 短的时间内对围岩产生支撑力，最大限度上延缓围岩变形，保证下阶段工作可及 时进行。 2某煤矿膏体充填开采技术应用实例 2.1充填方案设计 该煤矿膏体充填工作面与普通综合工作面布置基本相似，工作面沿倾斜方向 上方为材料巷，可起到通风、运料、行人的作用；运输巷则布置在工作面沿倾向 下方，运输巷实现沿空留巷，以作为下工作面材料巷使用。充填管路通过地面钻 孔或井筒下井后沿运输巷布置，工作采用充填专用液压支架进行防护，两巷用单 体液体支柱进行防护。充填前要用清水充分润湿输浆管，直至清水到达充填工作 面为止；安排专业技术人员巡视充填管路，排除跑漏液现象，保持管路畅通。地 面制浆站开始下放充填膏体。完成割煤后从工作面按照自下而上的顺序撤回支柱，撤换完毕后在充填巷道两端砌筑厚度约0.6m的挡浆墙，墙四周掏槽深度至少在0.3m以上，如果煤壁松软，则要注意加大掏槽深度；挡墙位于下出口的位置则要良好密闭，以免发生漏水、跑浆。墙外支设一排单体液压支柱，注意支柱与挡浆 墙之间必须保持0.2m的间隙，中间再用木板加实，以免发生墙体倾倒或跑浆漏
综合机械化膏体袋式充填采煤技术要求 综合机械化膏体袋式充填采煤技术要求： 一、设备要求： 1.采煤机装有适当的膏体充填装置，能够稳定、连续地向充填层输送膏体。 2.膏体制备设备齐全，包括搅拌设备、输送设备、储存设备等。 3.顶煤机配备强力覆岩机构，能够快速、有效地覆盖膏体层。 二、膏体要求： 1.膏体应具有一定的流动性，能够在矿井内输送和充填。 2.膏体的浓度应适宜，一般在65%~75%之间。 3.膏体中的成分要稳定，能够在矿井环境下长时间保持其性质不变。 4.膏体应具有一定的黏稠度，能够附着在煤炭表面。 三、充填操作要求：
1.严格按照充填方案进行操作，充填层的厚度和密实度要符合设 计要求。 2.充填应从下部向上进行，避免膏体流失和泄露。 3.充填应均匀、稳定，防止出现漏充或过度充填现象。 4.在充填过程中要注意及时发现和解决堵塞或卡住的问题，确保 连续充填。 四、安全要求： 1.充填过程中要做好防火、防爆、防窒息等安全措施，保障作业 人员的人身安全。 2.要做好通风、排水等环境保护工作，防止煤尘积聚和环境污染。 3.对于有毒有害的膏体成分要做好防护措施，确保作业人员的健 康安全。 五、运输和储存要求： 1.膏体的输送方式要选择合适的管道和输送设备，保证稳定输送 和不发生泄漏。
2.膏体的储存设备要符合安全标准，能够长期储存和保持膏体品质。 3.储存设备要进行定期维护和检修，确保设备的正常运行和安全 使用。 六、质量控制要求： 1.要建立完善的质量管理体系，对膏体及其成分进行严格的质量 控制。 2.要进行现场实时监测和抽样检测，确保膏体的质量符合要求。 3.要做好膏体的质量记录和追溯工作，方便追究责任和改进工艺。 以上为综合机械化膏体袋式充填采煤技术的要求，通过加强设备 要求、膏体要求、充填操作要求、安全要求、运输和储存要求以及质 量控制要求的管理和控制，能够实现高效、安全、可持续发展的膏体 充填采煤工艺。
关于煤矿膏体充填开采工艺分析 摘要：随着社会的不断进步以及人们环保观念的持续增强，煤矿膏体充填这 种新型绿色环保煤矿开采技术也被越来越多的应用到了实际开采工作中去，并取 得了非常有益的成绩，不仅极大提升了煤矿开采效率，同时还有效降低了煤矿开 采对周边生态环境造成了的破坏。但是，要想将这项技术的作用充分发挥出来， 煤矿开采单位必须要跟上时代发展的脚步，准确把握开采工艺特点，结合煤矿实 际情况展开开采模式优化，这样才能够进一步提高开采效率与质量，并避免周边 环境遭到破坏，推动我国长远可持续发展。鉴于这种情况，本文首先简单介绍了 煤矿膏体充填开采工艺特点，然后详细分析了煤矿膏体充填开采工艺，希望可以 为我国煤矿开采事业的持久发展起到一定的促进作用。 关键词：煤矿；膏体充填；开采工艺 煤矿膏体充填开采工艺的主要应用机理为有效应用粉煤灰与煤矸石等固体废 弃物，通过膏体充填开采技术的有效应用实现“三上一下”开采目标。在应用这 项工艺的时候，工作人员需要先把固体废弃物制成膏状浆体，然后再采用泵压这 种手段，将其沿着管道运输到目标充填采空区中，从而有效预防塌陷、滑坡等现象，在保证开采安全性的同时，进一步提高开采效率与质量，防止周边环境受到 破坏，并且经济性更为优秀。所以，本文展开煤矿膏体充填开采工艺分析有着重 要的现实意义。 一、煤矿膏体充填开采工艺特点介绍 在煤矿开采过程中，融合和应用煤矿膏体充填开采工艺能够有效提高开采效率，降低开采需要花费的成本，并且有效避免煤矿周边生态环境遭受破坏，能够 为我国煤矿开采事业的长远可持续发展提供更为强有力的支持和保障。通过实际 分析发现，煤矿膏体充填开采工艺主要有如下特点存在： 首先，展开煤矿膏体充填处理的主要目标为减沉，以此来降低安全意外事故 发生几率；其次，充填层与开采层所处工作面相同，需要使用专用膏体进行充填，
膏体充填料浆质量控制 摘要：介绍了膏体充填采矿法在国内外的发展现状及技术上可行，经济上合理，安全上可靠和具有可持续发展的优点，概述了膏体充填的特点和各种充填法的比较。 关键词：膏体充填料浆配比控制管理 0 引言 膏体充填是21世纪的“绿色采矿”项目，但是能否保证料浆的合格泵送，而不 至于堵管子，是一门技术，也是一门学科。所以搞好料浆的质量控制，是保证合 格充填得关键一环。 1 原料的质量控制 1.1 骨料（矸石）的控制关键参数是骨料的温度、水分、灰分。据工艺说明 矸石的粒度合格是0-25mm的矸石料。但是骨料中的粒度也有差异。 1.1.1 最佳粒度：矸石-5/+5含量35-45%，最佳38-40%；-5就是说小于5mm 的矸石，+5mm是指5mm～25mm的矸石。煤矸石自然粒径级配变化大，对膏体 的配比和流动性影响较大，因此需对煤矸石进行破碎。在满足膏体配比的前提下，为了尽可能的降低煤矸石破碎设备的投资，破碎煤矸石的粒径级配考虑了两种规格，一是-5mm煤矸石，二是5-25mm煤矸石，通过对两种规格的煤矸石进行实 验室优化配比，初步确定出两种煤矸石的配比关系。-5mm破碎煤矸石的含量在30%-50%之间时，其膏体坍落度均在20-25cm，能够满足膏体管道泵送的需要， 这也说明两种规格的矸石级配具有较大的选择空间。从强度实验结果看，实验范 围内（-5mm矸石的含量在30%~ 50%）强度变化不大，相对而言-5mm破碎煤矸 石的含量分别38%左右，膏体充填材料早期强度和后期强度都相对较高，因此， 破碎矸石级配初步考虑-5mm破碎煤矸石的含量选择为38%。 1.1.2 矸石的含泥量或者其他杂物，影响矸石浆，生成粘度偏大，影响泵送。 1.2 粉煤灰质量控制粉煤灰是从煤粉炉烟道气中收集到的粉末，属人工火山 灰质材料，颗粒很小，多呈球形(通称微珠)。掺人膏体中，它的颗粒形态效应产 生减水势能，微集料效应产生致密势能，火山灰质效应产生活化势能；从而起到 减少需水量，提高耐久性和抗渗能力，减少收缩，降低内部温升，提高抗拉强度，抗硫酸盐侵蚀，减少泌水和抑制碱一骨料反应等多方面的作用。因此，在膏体中 掺粉煤灰，不仅仅是为了节省水泥，更主要的是为了改善和提高膏体的性能，粉 煤灰是膏体的重要组份。 1.2.1 粒度：对和易性的影响主要体现在粘聚性方面，另外掺量过高对强度也 有影响。对耐久性也有影响，细度大的粉煤灰耐久性差，实体中膏体碳化较大。 1.2.2 烧失量：粉煤灰中的未燃碳是有害成分，烧失量越大，含碳量越高，膏 体的需水量就越大，从而导致水胶比提高，严重影响了粉煤灰效用的充分发挥， 同时粉煤灰烧失量过高会严重影响对膏体中含气量的控制。 1.2.3 需水量比：需水量比是核心，关系到外加剂掺量/膏体需水量等。影响 需水量比的因素除了烧失量和细度外，还有含珠率、微珠的粒形状等等因素。 粉煤灰到处都有，膏体浆料要用I级灰。用作膏体料浆掺合料的I级粉煤灰成品应符合下列指标：含水量不大于1％；烧失量不大于4％；细度(0.045mm方孔 筛筛余量)不大于12％；需水量比不大于95％；三氧化硫含量不大于3％。 1.3 膏体的添加剂包括减水剂，保塑剂，引气剂，缓凝剂等材料。 1.3.1 减水剂也叫膏体料浆超塑化剂(减水剂)，减水剂的功能是具有早强和高
膏体充填开采沿空留巷技术国内外研究 现状 摘要：通过研究膏体充填综采沿空留巷围岩活动特征、充填体滞后阻力，围 岩应力场演化规律，揭示中厚煤层膏体充填综采沿空留巷围岩结构运动特征，据 此形成针对性的沿空留巷围岩控制技术，指导沿空留巷工程实践的开展，对提供 煤炭资源采出率、减少巷道掘进量，以及实现Y型通风、治理瓦斯超限等难题、 推动我国无煤柱护巷技术的进步，具有极为重要的理论意义和实践价值。推行沿 空留巷，不仅对生产矿井进行技术改造、缓和采掘关系和延长矿井寿命具有现实 意义，而且也是使煤炭企业改善安全条件和技术经济指标，增产、增盈减亏的主 要途径之一，文章分析了膏体充填开采沿空留巷技术的国内外研究现状。 关键词：煤层开采；膏体充填；沿空留巷 0引言 我国是煤炭生产和消费大国，长期以来煤炭在我国的能源结构中一直占主导 地位，从1998～2008年煤炭在我国一次能源消费中所占比例始终在70%以上，2012年我国的煤炭消费量达到24.27亿t，占我国能源消费总量的67.1%，预计 在今后20年内煤炭依然是我国的主要能源，且在能源消费结构中所占比例达65% 左右。 我国煤炭储量虽然很多，然而人均占有量很少。我国95%以上的煤炭资源靠 井工开采，在煤炭开采中每年新掘巷道约2万km，其中采区顺槽进尺约占2/3以上，绝大部分采区顺槽长期以来一直沿用留煤柱护巷。留煤柱护巷虽然短期内对 防治窜风、自然发火起到一定作用，但造成煤炭资源的浪费。因此，研究区段不 留煤柱，实现无煤柱护巷、提高煤炭回收率和降低巷道掘进率，对矿井安全生产、增加经济效益和社会效益都具有十分重要的意义。
工作面采用膏体充填处理采空区使得基本顶运动特征、覆岩变形演化规律及其力学机制与垮落法处理采空区有显著不同，同时也区别于部分充填沿空留巷基本顶三角块的回转运动形式。其特殊的上覆岩层活动规律也给巷道支护带来新的问题，开采引起的支承压力也区别于垮落法开采，沿空巷道的受力环境和围岩控制要区别与常规的沿空巷道，且沿空留巷一侧为煤帮，另一侧为充填体，属于大变形围岩，同时还要承受掘进和采动的采场应力的影响。然而目前，国内外关于膏体充填综采沿空留巷上覆岩层运动规律及围岩控制技术的研究较少，有待进一步研究。 1沿空留巷技术研究现状 国外沿空留巷研究的历史较长，比国内该技术的研究早得多。国内很多专家 学者也对沿空留巷技术做了深入研究，使得沿空留巷技术日趋完善。 孙恒虎教授等从三维空间和动态上深入研究了沿空留巷的机理，采用现场研究、模型研究和数学力学解析相结合的综合研究方法，对煤矿生产具有指导意义。李化敏教授分析了沿空留巷顶板岩层运动的过程及其变形特征，明确了顶板岩层 运动各阶段巷旁充填体的作用。谢文兵等在工程实践基础上，采用适于分析岩层 断裂和垮落的数值分析软件UDEC建立相应的数值分析模型，分析了留巷前巷道 支护形式、充填体宽度、充填方式、充填体强度和端头不放顶煤长度等对综放沿 空留巷的作用和效果。漆泰岳教授等通过现场实测和理论分析，对不同围岩条件 下老顶断裂引起的整体浇注护巷带的支护强度和变形能力进行了深入研究，提出 了使沿空留巷巷道保持稳定的整体浇注护巷带支护强度与变形的理论计算方法， 进而对沿空留巷整体浇注护巷带的适应性进行了研究。华心祝教授等从如何提高 顶板岩层的自我承载能力入手，提出了一种主动的巷旁加强支护方式，即巷旁锚 索加强支护，建立了考虑巷帮煤体承载作用和巷旁锚索加强作用的沿空留巷力学 模型，并分析了巷内锚杆支护和巷旁锚索加强支护的作用机理。郭育光教授等研 究认为巷旁支护体应具有早期强度高、增阻速度快的特点，紧随工作面构筑，及 时支护直接顶，避免直接顶与上部基本顶离层，并切断采空区侧一定厚度的顶板，减小巷旁支护载荷，控制巷道变形。
煤矿膏体充填开采工艺研究 摘要：近些年来，我国社会发展对各类能源的需求量持续增加，虽然我国一直 致力于开发新型能源，但煤炭、石油等依旧会是未来一段时间我国最广为使用的 能源类型。因此，为了更好的满足市场需求，我国进一步加大了煤矿开采的力度。为了开采许多特殊条件的煤炭资源，越来越多的新技术得到应用。本文将就煤矿 膏体充填开采工艺进行研究。 关键词：煤矿开采；膏体充填开采工艺；工作面充填 前言：我国煤炭资源储量丰富，但是其中的很大一部分积压在建筑物、水体 或是道路之下。为了更好的满足新时期市场需求，我国开始探索这部分煤炭资源 的开采之路。充填法开采是煤矿开采技术的革命性创新，其独有的巷道开拓和采 空区处理等方法使得积压煤炭资源的开采成为可能。煤矿膏体充填开采是充填开 采技术的一部分，对其进行研究具有重要意义。 1.充填开采及煤矿膏体充填开采工艺概述 1.1充填开采的定义和分类 充填开采即是指利用机械或是爆破的方法对矿物进行开采，同时对采空区域 进行物料充填，最大程度的降低开采作业对上层覆岩的扰动，避免地面沉降等不 良现象的发生[1]。当前阶段，充填开采在我国已经经历了几十年的发展，形成了 内容丰富的充填开采技术体系，其中包含了多种充填方法，在煤矿开采作业中得 到了不同程度的应用。 以主体充填材料以及输送过程中相态的差异为依据，可以将充填开采分为水 砂充填开采、膏体充填开采、矸石充填开采、高水材料充填开采等方法。而以充 填系统动力的差异为依据，可以将其分为风力充填开采、机械充填开采、水力充 填开采等方法。此外，以充填量和充填范围占据采出煤层的比例为依据，可以将 其分为全部充填和部分充填两种类型[2]。 1.2膏体充填开采法介绍 膏体充填开采是将粉煤灰、煤矸石等材料加工制成牙膏状浆体，通过管道输 送充填到煤矿采空区域的煤炭资源开采方法。该方法具有充填材料凝固时间长、 材料成本低等优点。下图为膏体充填系统，主要包括原料破碎系统、混合系统、 管路系统以及检测控制系统等多个部分构成。 图1 膏体充填系统 膏体充填开采工艺所采用的浆体具有一定的流动性和较高的密实度，因此充 填效果更加显著，基本上可以完全消除开采作业对上层覆岩和地层的影响。但其 同样存在一定的不足，如膏体凝固所需的时间过长，影响工作进度，同时充填系 统出现故障的几率较高，且维修难度大[3]。 2.煤矿膏体充填工艺研究 上文中笔者已经的煤矿膏体充填开采工艺进行了简要的介绍，下图为膏体充 填系统的工艺流程图，综合来看，其工艺流程大致可以概括为材料准备、配料制浆、管道泵送、工作面充填等四个环节，接下来笔者将对这四个环节进行分别阐述。 图2 膏体充填系统工艺流程 2.1材料准备
探讨膏体充填开采技术在煤矿采空区的 应用 摘要：在煤矿采空区开采的过程中，膏体填充技术发挥着重要的作用。膏体 充填开采技术是煤矿开采行业的重要技术形式，膏体充填开采技术有利于优化煤 矿生产环境，避免塌陷、滑坡等安全事故，促进煤矿开采效率的提高。煤矸石、 粉煤灰等均是膏体充填开采工艺中的重要材料，诸如此类固体废弃物的应用价值 得以充分发挥，避免资源浪费问题，与节能环保、经济高效的生产理念相契合。 本文首先分析膏体充填开采的必要性，其次探讨膏体充填开采技术在煤矿采空区 的应用，煤基固废充填开采技术是实现煤炭资源绿色智能高效开采的重要代表性 途径,以供参考。 关键词：煤矿开采；采空区；膏体充填开采；效果评价 引言 煤基固废充填开采技术是实现绿色低碳开采的重要代表性技术，在地表沉陷 控制、生态环境保护、矿山固废处置与利用、绿色低碳减排等方面最优显著的技 术优势。煤基固废充填开采技术实现煤炭安全开采的同时从源头上解决了地表沉陷、地下水流失、瓦斯排放、土地占用损害等难题，同时也减少了运输、提升等 工序，节能降碳效益十分显著。煤基固废充填开采技术符合煤炭绿色智能开采和 洁净高效低碳利用行业主要攻关方向及新发展理念要求，顺应“碳达峰、碳中和”战略，有利于促进煤炭开采高质量化、环境低损伤化、绿色低碳化发展。 1膏体充填开采的必要性 （1）膏体充填既可以解决煤矿矸石污染环境问题，也可以节省矸石处理费用。（3）可以提高煤炭资源采出率，防止煤炭资源的永久性浪费。（4）村庄搬 迁难度大，征地困难，膏体充填开采可以实现不搬迁开采，同时可以防止地表塌 陷坑的出现，保护农田。
2膏体充填开采技术在煤矿采空区的应用 2.1工艺流程分析 在实际进行煤体开采时，通常情况下，包括了多项采煤环节。比如针对现有 的工作面，需要进行扩帮回采。在此基础上，还需要开展联合支护工作，并在工 作面之上，完成条带掘进，才能更好地发挥膏体充填开采技术的价值。膏体充填 开采技术工艺流程如下：首先，结合工作面实际情况，开展条带掘进施工，为提 升掘进面的工作效率，需要采用综掘自动化掘进巷道，从而尽可能减轻施工人员 劳动强度从中采掘更多煤炭资源，避免出现资源浪费问题。后续在进行煤炭运输时，可以采用胶带输送机、刮板输送机等，在这一过程中，还应注意配合采用单 体液压支柱，完成对巷道的支护工作。在具体开展施工的过程中，应对工作面进 行全面检查，做好杂物情况。然后在工作面之上，选择合适的位置，打设钻孔， 实施爆破。在爆破期间，禁止闲杂人等靠近爆破施工现场，避免发生安全事故。 在完成爆破后，由技术人员下场，实施敲帮问顶工作，此时围岩经过爆破，已经 变得比较松散，因此非常易于清理。在将围岩全部清除后，再进行临时支护，避 免发生坍塌问题。在确保采煤工作环境安全后，再进行出煤操作。随后还需要结 合实际情况，做好支架的架设，并延长刮板运输机，便于煤炭长距离稳定运输。 2.2料浆的配制 根据设计配合比、浓度要求等取用原材料，做充分的拌和，得到均匀性较好 的充填浆体。煤矿膏体充填施工中仅采用少量的胶结料，因此制作的是“极贫” 混凝土。充填浆体必须具有良好的流动性和固结性能，保证充填结构体的稳定性，进而有效控制地表沉陷量。具体的配料制浆作业要点如下：①各类原材料均要进 行称重计量，为保证称量结果的准确性，在静态条件下称量。②适配高精度的称 重传感器，用于精准控制材料的用量。③联合应用PLC可编程控制器和工控微机，根据预设的参数控制配料系统，实现自动配料。准确测定煤矸石、粉煤灰的质量，根据测定数据评价变化特征，根据实际变化动态调整配合比。④浆液的拌和采用 周期式混凝土搅拌机，启用前检验装置的性能。 2.3综合机械化膏体充填技术
采矿工程中条带膏体充填采矿技术的应 用探讨 摘要：条带膏体充填采矿技术是一种重要的地下采矿方法，它通过将膏体充填到采矿空间中，实现对矿体的稳定支撑和回收。这种技术在矿业工程中得以广泛应用，为矿山开发和资源利用带来了新的思路和机遇。基于此，本文章对采矿工程中条带膏体充填采矿技术的应用进行探讨，以供参考。 关键词：采矿工程；条带膏体充填采矿技术；应用要点 引言 条带膏体充填采矿技术基于高流动性和可塑性的膏体，可以在地下挖掘过程中填补空隙并形成支撑结构。该技术具有较高的填充效率、资源利用和环境保护的优势，适用于各种采矿工程和地下工程项目。然而，该技术的应用仍面临着一些技术挑战和工程难题，需要进一步研究和实践来完善和提升其应用效果。 1条带膏体充填采矿技术的原理 条带膏体充填采矿技术是一种在采矿过程中利用粉状或浆状材料将空隙区域填充并形成支撑结构的方法。条带膏体是一种由水、填充剂和添加剂组成的混合物，具有较高的流动性和可塑性，可以填充各种大小和形状的空隙。条带膏体在固化后能够形成坚硬的填充体，具有足够的强度和稳定性，可以提供支撑和加固地下空间。通过将条带膏体注入到待充填区域，可以有效地管理地下空隙，并预防由于开采引起的地面沉陷和裂缝的产生。条带膏体充填可以利用废弃物、尾矿和其他可回收材料，实现资源的综合利用和环境保护。 2条带膏体充填采矿技术的优势和局限性 2.1优势
条带膏体充填采矿技术可以利用废弃物、尾矿和其他可回收材料进行填充，实现资源的综合利用和环境保护。充填技术能够有效填充开采后的空隙，减小地面沉陷和裂缝的产生，降低对地表建筑物和基础设施的影响。通过填充空隙并形成支撑结构，充填技术可以最大限度地提高采矿效率，减少资源浪费。充填体具有较高的强度和稳定性，可以加固和支撑地下空间，减少地质灾害风险，改善工作环境安全。相比传统采矿方法，条带膏体充填采矿技术产生的环境污染更少，对水、土壤和空气等自然资源的影响更小。 2.2局限性 条带膏体充填采矿技术涉及到膏体配制、注入控制和固化等多个环节，技术要求较高，操作较复杂，需要专业的设备和技术支持。相比传统采矿方法，条带膏体充填采矿技术的实施成本较高。包括膏体配制成本、设备投资、人力成本和管理费用等因素。条带膏体充填后需要一定时间进行固化，固化时间较长可能会对采矿进程造成一定的限制。由于填充过程中受到地质条件、膏体配制和注入等因素的影响，不同区域、不同时间填充所得充填体的强度可能存在差异，需要进行合理的充填设计和监测控制。 3采矿工程中条带膏体充填采矿技术的应用要点 3.1条带膏体配制 根据工程要求，确定填充剂（如砂、矿渣等）、水和添加剂（如增稠剂、抗裂剂等）的比例。配比应充分考虑充填材料的流动性、抗裂能力和固化时间等因素。按照确定的配比，将填充剂、水和添加剂加入配制设备中。通过适当的搅拌方式（如机械搅拌、气泡注入等），将各组分充分混合，形成均匀且具有流动性的条带膏体。在配制过程中，可以根据实际情况进行适当的优化调整。例如，根据膏体流动性的调整，可增减水分或添加增稠剂；根据充填空隙的特点，可调整填充剂的粒度分布。 3.2空隙预处理
煤矿膏体充填材料试验方法 （实用版3篇） 《煤矿膏体充填材料试验方法》篇1 煤矿膏体充填材料试验方法如下： 1. 充填材料分类：充填材料可分为纯灰浆、混合灰浆、膏体充填材料等。 2. 充填材料物理性质测试：充填材料密度、液固比、粘度、含水率、凝结时间、硬化强度、充填厚度、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。 3. 充填材料结石体性能测试：结石体密度、液固比、软化系数、泌水率、膨胀率、含气量、热导率、导温性、耐火度、荷重软化温度等。 4. 充填材料充填厚度测试：标准试验方法采用锥入度法。 5. 充填材料充填质量测试：标准试验方法采用重量法。 6. 充填材料抗侵蚀性试验方法：充填材料抗侵蚀性试验方法分为干体抗侵蚀性试验方法和浆体抗侵蚀性试验方法。 7. 充填材料抗剪强度试验方法：充填材料抗剪强度试验方法可分为直接剪切试验方法和三轴试验方法。 《煤矿膏体充填材料试验方法》篇2 煤矿膏体充填材料试验方法如下： 1. 充填材料分类：充填材料可分为纯灰浆、混合灰浆、膏体充填材料三种。纯灰浆是由一种或两种不同粘土混合制备的一种膏状悬
浮体，其特点是浓度较低。混合灰浆是由水、泥和粗颗粒粘土混合制备的膏状悬浮体，常用于近地表低渗透性矿山的充填。膏体充填材料是由粗细颗粒级配组成的悬浮体，其特点是渗透系数通过级配调整，粒度成分可根据工程需要确定。 2. 充填材料密度：充填材料试样在静止状态下的体积应不小于9L，称量方法应准确至试样总体积的0.1%。 3. 充填材料含水率：将充填材料试样放入容器中，在105-110℃温度下干燥至恒重，称量方法应准确至试样总体积的0.01%。 4. 充填材料细度：将充填材料试样倒入已称量空罐重量的圆筒中，在搅拌下充分搅拌均匀，使颗粒和细粉进入罐中。将圆筒放在振筛机上，使筛孔面向圆心倾斜排列，使试样从上到下通过筛孔。取下筛子，去掉筛子上剩余的试样，称取通过筛孔的充填材料试样质量。重复进行三次试验，取其平均值。 《煤矿膏体充填材料试验方法》篇3 煤矿膏体充填材料试验方法如下： 1. 充填材料搅拌：将粉煤灰、高炉矿渣粉和硅酸钠按比例称量，置于搅拌锅中，加入定量的水，搅拌均匀，待各项指标符合要求后备用。 2. 充填系统组成：包括储仓、充填枪、管道、计量泵等，并确保其能正常工作。 3. 充填施工：用计量泵通过管道和充填枪向工作面充填。 4. 充填材料固化：充填材料固化时间不少于24h。
膏体充填技术的现状与展望 ****** ****** *** 近20年来，膏体充填技术取得了很大的进步，在全世界范围内备受关注，尤其是在加拿大、南非、澳大利亚、德国、美国等矿业发达国家得到应用。膏体充填技术可以使用全尾砂，具有料浆不脱水离析、充填体强度高、水泥耗量小等优点，是充填技术的发展方向。我国也不例外，从上世纪80年代起就开始跟踪研究膏体充填技术，先后在金川有色金属公司、大冶有色金属公司、驰宏锌锗股份有限公司进行试验研究，在尾砂浆浓密制备、水泥添加以及膏体搅拌制备、膏体泵压输送等方面取得了突破。 一、膏体充填技术提出的背景 矿山开采一直有两大问题：安全生产与环境保护。安全问题，主要是从地下采出矿石后留下空场，空场上部的岩石垮落造成人员伤亡和财产损失；环保问题，主要是矿石中有用金属提取后剩下的固体废弃物。 据统计，我国现有大大小小的尾矿库12000多座，金属矿山堆存的尾矿达到80亿t以上，且以每年6亿t的速率增长。目前，全尾处置方式主要分为井下充填与地表堆存，其共同特征是尾矿制备与输送浓度低。在进行低浓度胶结充填时，砂浆浓度较低，需要以较高的流速输送，管道磨损严重；进入采场后，由于含水率较高，料浆凝固时间长，容易离析分层，强度低，脱水困难；一些固体废弃物含有大量的有害物质，如氯离子、铜离子、砷离子等，可能影响到人们的用水安全。另外，尾矿浆低浓度地表排放使得尾矿库中含有大量的水，尾砂固结时间长，尾矿库浸润线高，增加了尾砂振动液化的可能性，降低了安全等级；同时，排入的尾砂浆浓度低使得尾矿库的有效库容降低，缩短了使用年限。 为了解决上述问题，使用尾砂时必须提高其浓度，因此提出膏体充填技术。 二、膏体充填技术的定义、分类 将一种或多种充填材料与水进行优化组合，制备成具有良好稳定性、流动性和可塑性的牙膏状胶结体，在重力或外加力作用下以柱塞流的形态输送到采空区完成充填作业的过程称为膏体充填。 当砂浆的体积浓度大于50%时，料浆呈稳定的粥状膏体，并像塑性结构体一样在管道中作整体运动，膏体中的固体颗粒一般不发生沉淀，层间也不出现交流，而呈现“柱塞状”的运动状态。膏体柱塞断面上的速度和浓度的变化为常数，只是润滑层的速度有一定的变化。细粒物料像一个圆环，集中在管壁周围的润滑层慢速运动，起到“润滑”的作用。由于膏体料浆的塑性粘度和屈服切应力均较大，因而必须施加外力克服膏体屈服应力后，方可流动。
全尾砂膏体充填技术标准 本技术标准适用于全尾砂膏体充填系统的设计和运行。全尾砂膏体充填技术旨在通过使用膏体状尾砂进行充填，实现对矿山废料的有效处理和利用。本标准详细介绍了全尾砂膏体充填技术的各个方面，包括充填材料、充填设备、充填工艺、质量检测与控制以及环境影响控制。 1. 充填材料 全尾砂膏体充填材料应具备以下特性： 1.1. 稳定性：膏体充填材料应具有良好的稳定性，以确保在运输和充填过程中不发生分离或沉淀。 1.2. 充填性能：膏体充填材料应具有良好的流动性，以便实现自流充填和泵送充填。 1.3. 固化性：膏体充填材料应能在一定时间内固化，以保持充填体的稳定性。 1.4. 抗侵蚀性：膏体充填材料应能抵抗地下水和外部环境的侵蚀，以确保充填体的长期稳定性。
1.5. 环保性：膏体充填材料应使用环保材料，减少对环境的影响。 2. 充填设备 全尾砂膏体充填系统应配备以下设备： 2.1. 搅拌设备：用于制备膏体状尾砂。 2.2. 输送设备：用于将膏体状尾砂输送到充填地点。 2.3. 充填设备：包括自流充填设备和泵送充填设备，根据实际情况选择使用。 2.4. 监测设备：用于监测充填过程和效果。 3. 充填工艺 全尾砂膏体充填工艺应包括以下步骤： 3.1. 搅拌：将尾砂和膏体粘合剂按一定比例混合，制备成膏体状尾砂。
3.2. 输送：将膏体状尾砂输送到充填地点。 3.3. 充填：根据设计要求，将膏体状尾砂充填到指定地点。 3.4. 监测：对充填过程和效果进行监测，确保达到设计要求。 4. 质量检测与控制 全尾砂膏体充填系统的质量检测与控制应包括以下方面： 4.1. 材料检测：对使用的尾砂和膏体粘合剂进行检测，确保符合设计要求。 4.2. 搅拌控制：控制搅拌设备的运行参数，确保制备出稳定的膏体状尾砂。 4.3. 输送监控：监控输送设备的运行情况，确保膏体状尾砂顺利输送到充填地点。 4.4. 充填效果检测：对充填后的区域进行检测，确保充填效果达到设计要求。
膏体充填开采底板破坏深度及充填体作 用机理分析 摘要：针对近距离高承压水上安全高效采煤的问题，运用理论分析的方法， 对膏体充填开采等级采高进行理论分析，并计算出膏体充填工作面底板破坏深度 计算。充分研究和揭示充填体的力学特性及充填体与围岩之间的相互作用机理， 并寻找合理的评价方法是优化采矿工艺和降低充填采矿成本的重要基础，同时也 是分析计算充填开采中矿山压力显现与采场顶底板围岩应力的基础。 关键词：充填开采；底板破坏；作用机理；支撑作用 中图分类号：TD 823文献标识码：A 1.工程概况 某井田内地势平坦，地面标高平均为+39.5 m，东西走向长约9.0 km，南北 倾斜宽7.2 km，面积约65.0 km2。矿井主要可采煤层为3上、16和17煤层，3 下煤层局部可采；矿井采用立井分水平开拓，当前生产水平为-410 m水平，开采 3上和3下煤层；-580 m水平正在开拓之中，新水平的首采工作面将要投产，开 采16、17煤层，16煤层平均厚度为1.5 m，17煤层平均厚度为1.2 m。目前， 矿井可采储量仅有3670万t，按照300万t/年的生产能力计算，矿井剩余服务 年限为只有12年。通过膏体充填开采研究分析下伏煤岩层的变形破坏和应力场 分布规律，对于煤矿底板防治水研究理论的深化，以及煤矿企业的安全高效开采 和可持续发展，都具有显著的现实意义。 2.膏体充填等价采高计算 膏体充填工作面等价采高度一般由三个组成部分，模型如图1所示。图1中，δ为顶底板移近量，主要由顶板下沉量组成；Δ为充填欠接顶量，是由充填技 术和充填工艺受限产生的；S为充填体的变形量，由两个部分组成，分别为充填
煤矿膏体充填材料试验方法 【原创版3篇】 《煤矿膏体充填材料试验方法》篇1 煤矿膏体充填材料试验方法通常包括以下几个步骤： 1. 采集样品：从煤矿膏体充填材料中采集样品，并进行物理、化学和力学性能测试。 2. 物理性能测试：通过测量样品的密度、粘度、流动性、凝固时间等指标，来评估膏体充填材料的物理性能。 3. 化学性能测试：通过对样品进行化学分析，包括pH 值、氧化还原性、氯离子含量等指标的测试，来评估膏体充填材料的化学性能。 4. 力学性能测试：通过对样品进行压缩强度、抗拉强度、剪切强度等指标的测试，来评估膏体充填材料的力学性能。 5. 充填性能测试：将膏体充填材料注入到煤矿采空区中，通过观察其充填速度、充填密度、充填均匀性等指标，来评估膏体充填材料的充填性能。 6. 环保性能测试：对膏体充填材料进行生物毒性、重金属离子含量等指标的测试，以评估其对环境的影响。 综上所述，煤矿膏体充填材料试验方法包括物理、化学、力学和充填性能等方面的测试，以及环保性能的评估。 《煤矿膏体充填材料试验方法》篇2 煤矿膏体充填材料试验方法通常包括以下几个步骤：
1. 采集样品：从煤矿膏体充填材料中采集样品，并进行标准化处理，以确保样品的代表性和均匀性。 2. 制备试样：将采集到的样品进行制备，通常包括研磨、筛分、混合等步骤，以确保试样的均匀性和稳定性。 3. 测量物理性质：对试样进行物理性质的测量，如密度、粘度、流动性、含水量等，以评估膏体充填材料的性能。 4. 进行化学分析：对试样进行化学分析，如pH 值、总固含量、有机质含量等，以评估膏体充填材料的化学性质。 5. 进行力学测试：对试样进行力学测试，如抗压强度、抗拉强度、弹性模量等，以评估膏体充填材料的力学性能。 6. 进行充填性能测试：对试样进行充填性能测试，如充填速度、充填密度、充填稳定性等，以评估膏体充填材料在实际工程中的应用性能。 7. 进行环境影响评估：对试样进行环境影响评估，如对土壤、水体的污染等，以评估膏体充填材料在环境保护方面的性能。 《煤矿膏体充填材料试验方法》篇3 煤矿膏体充填材料试验方法通常包括以下几个步骤： 1. 采集样品：从煤矿膏体充填材料中采集样品，并进行初步处理，如研磨、筛分等。 2. 测定化学成分：对采集的样品进行化学成分分析，包括有机质、灰分、挥发分、固定碳、硫分等。 3. 测定物理性质：对采集的样品进行物理性质测试，如密度、
膏体充填系统流程简介资料 简介 膏体充填系统是一种将膏体自动充填到管子或者其他容器中的生产设备。它具 有高精度、高效率和可重复性的优点，适用于制药、食品、化妆品等生产领域。 膏体充填系统一般由控制系统、充填系统和清洗系统组成。 流程概述 步骤一：准备工作 在使用膏体充填系统前，需要进行以下准备工作： •清洗设备：清洗设备确保设备卫生洁净，避免污染物或其他杂质影响到产品质量。 •选择优质原材料：选择不会影响性能或安全性的材料，以确保产品的质量符合标准。 •设置设备参数：设备参数通过控制系统进行设置，包括设备运转速度、充填量、充填时间等参数。 步骤二：充填膏体 在准备工作完成后，可进行膏体充填操作。具体流程如下： 1.将已经准备好的膏体导入充填系统中。 2.调整充填系统的参数，根据产品的特点调整充填时间、速度、压力等 参数。 3.当充填系统准备就绪后，将容器放在充填系统下方，系统会自动将膏 体注入容器中。 4.充填完成后，系统会自动检测充填容器是否已充满，如果未充满，充 填系统会自动重新进行充填操作。 5.当充填容器已满时，系统会自动停止充填操作。 步骤三：清洗设备 充填膏体完成后，需要清洗设备，避免设备反复污染和去除残留膏体。清洗操 作具体流程如下： 1.将设备的残余膏体清除干净。 2.使用专用的清洗液对设备进行清洗，包括管道、容器等设备。
3.清洗完毕后使用清水进行冲洗，清除清洗剂的残留。 4.拆除并清洗充填管道并进行消毒处理。 步骤四：记录记录数据 为了生产纪录管理与质量跟踪，需要对膏体充填系统的操作记录的流程数据进 行记录。主要包括设备、原材、充填记录等。 结论 膏体充填系统是将软膏体自动充填到管子或其他容器中的生产设备。通过设备 的参数调整和操作手段，可以控制充填量的大小和充填时间，获得高效率、高精度、可重复性的数据结果。需要注意的是，在每次充填之后需要对设备进行清洗，以确保卫生洁净，避免污染物或其他杂质影响到产品质量。
膏体充填站年终总结和工作计划 膏体充填站年终总结与工作计划 一、年终总结 回首膏体充填站的一年工作，我深感时间的流逝之快，工作的繁忙之余也让我有了更多的收获和思考。在这一年里，膏体充填站团队充分发挥团队协作的优势，不断提升自身的工作能力和技术水平，为公司的发展做出了积极的贡献。 1. 工作总结 （1）注重质量管理：在膏体充填过程中，严格遵守工作程序，确保产品质量。针对不同产品的特点，我们优化工艺流程，提高产品的稳定性和精准度，进一步增强了产品的竞争力。 （2）加强团队配合：我们注重团队的协作和配合，定期开展 团队沟通会议，交流工作中的问题和经验，并及时解决出现的困难和挑战。通过提升团队的凝聚力和合作精神，有效提高了工作效率。 （3）提高维护保养水平：在日常工作中，我们注重设备的维 护保养，定期进行设备巡检和维修，确保设备的正常运转和稳定性。通过优化设备操作流程和技术手段，有效降低了设备故障率，提高了生产效率。 （4）加强安全管理：我们高度重视安全生产工作，制定了详
细的安全管理制度和操作规程，并定期开展安全培训和演练，提高员工的安全意识和自救能力。通过严格执行的安全措施，有效预防了安全事故的发生。 2. 工作成果 （1）产品品质：我们通过不断优化工艺流程和提高操作技能，有效控制了产品的质量，达到了客户的要求和期望。经过市场的实际应用，产品被广泛认可，取得了良好的口碑。 （2）生产效率：通过改进生产流程和加强设备管理，我们提 高了生产效率，缩短了生产周期，实现了设备的最大化利用。同时，我们在保证产品质量的前提下，有效降低了生产成本，提高了企业的盈利能力。 （3）安全生产：通过加强安全培训和安全管理，我们有效预 防了安全事故的发生，保障了员工的生命安全和财产安全。这不仅是公司发展的基础，也为员工的持续稳定工作提供了良好的保障。 二、工作计划 1. 提高工艺技术水平 （1）学习先进的膏体充填技术和设备应用，不断创新工艺流程，提高产品的质量和稳定性。 （2）推进数字化制造，引进智能充填设备，提高工艺的自动