煤矸石似膏体充填开采技术研究

环球市场/施工技术-178-我国煤矿充填开采技术及绿色开采技术研究袁志刚山西高平科兴新庄煤业有限公司摘要：随着煤炭开采技术水平的提高，为了解放“三下”压煤，煤矿“三下”开采技术得到了极大发展。

我国煤矿“三下”传统开采技术有离层注浆、条带式开采，其中离层注浆不能有效控制地表下沉，成本高，效率低；条带式开采，资源回收率低，一般不超过50%，资源浪费严重。

充填开采不仅能有效控制地表下沉，而且资源回收率可达90%以上。

充填开采目前有超高水材料充填、膏体充填、固体物充填三种技术。

本文主要对充填技术以及绿色开采技术进行简要阐述。

关键词：煤矿工程；充填开采；绿色技术随着煤炭资源的利用越来越广泛，煤矿开采对周围环境的破坏逐渐显现出来。

从实况来看，破坏主要表现在以下几个方面：①对土地资源大量的破坏与占用；②破坏与污染周围水资源；③污染大气环境。

因此煤炭开采必须要朝着高利用、低开采以及低排放方向发展。

在这种环境下，探究煤矿的绿色开采技术及其应用具有重要的现实意义。

1 煤矿充填开采技术1.1 超高水材料充填技术充填工艺采用水力泵送、挂包充填。

包括充填泵站与充填点两部分，该充填工艺系统相对简单，初期与总体投入均较低。

由于充填材料具有流动性，对于仰斜开采，只需要管路、搅拌与泵送等设备就可以形成完整的充填系统；而对于水平开采和俯斜开采，还需用充填袋，效率相对较低，月产一般在5000~10000t，目前在综采机械化充填方面还没有取得突破。

1.2 膏体充填采煤技术固体废物膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分，它是一种将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，适时充填采空区的绿色开采技术。

膏体充填分胶结膏体充填、非胶结膏体充填。

该充填技术具有高采出率、环保、高安全性等优点，管道运输，材料选择广泛，目前已在多个矿井应用，在炮采工作面应用较多，综采膏体充填技术正在研究。

充填开采工艺技术研究项目可行性研究报告龙煤双鸭山分公司双鸭山分公司双阳煤矿2012年5月8日一、项目名称与项目摘要1.1基本信息项目单位：龙煤双鸭山分公司双阳煤矿项目名称：充填开采工艺技术研究1.2项目摘要似膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分，它是一种将煤矸石、粉煤灰等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，适时充填采空区的绿色开采技术。

膏体充填分胶结膏体充填、非胶结膏体充填。

该充填技术具有高采出率、环保、高安全性等优点，管道运输，材料选择广泛。

二、项目的意义和必要性（含技术突破对行业技术进步的重要意义和作用等），国内外现状和技术发展趋势，市场需求分析。

双阳矿三采区为富含水区，可采储量280万吨，该项目对此区域开采具有重大意义，是确保双阳矿持续稳定发展的重点。

充填开采是黑龙江科技学院重要建构筑物及水体下煤层环保高效开采技术，以水及粉煤灰为主要原料，紧跟回采工作面充填采空区，固化膨胀及时支撑顶底板，可实现顶底板暴露面积小时间短且无垮冒、覆岩及含水层无破坏、地表无明显沉陷等技术要求。

由黑龙江科技学院科研团队与双阳矿组成项目组，完成双阳矿三采上山区开采可行性研究报告，为进一步的项目决策提供科学依据。

采用膏体充填技术是个前沿的技术，正在研究试用阶段，前景非常广阔；三、项目的基础条件：与项目相关的前期工作情况，现有技术基础和工作基础，包括前期所取得的成果或技术（工艺）情况，国内外在该技术领域的专利情况，相关领域的试验及示范基地建设情况，研究开发队伍和产学研结合等情况。

1、承担单位概况（人员、资产、业务与管理状况），拥有知识产权状况（包括本项目已有知识产权状况）；黑龙江科技学院始建于1947年，是一所具有六十余年发展史的多科性普通高等院校，有先进的教研设施学校固定资产17.5亿元，其中，教学科研仪器设备值2.4亿元。

建有近30万平方米的教学用楼，10个数字化网络语音室，78个多媒体多功能教室以及数字化图书馆，拥有国内先进水平的现代制造工程中心、现代分析测试研究中心、国家安全生产技术支撑基础实验室。

(精品)山东华泰矿业有限公司煤矸石似膏体胶结充填可行性研究报告山东华泰矿业有限公司煤矸石似膏体胶结充填可行性研究报告中南大学二00八年十月目录1．研究背景及目的和意义 12．充填法开采煤层技术条件 23．充填范围充填采煤方式与充填系统能力确定 331 充填范围和充填采煤方式 332 充填系统生产能力与充填材料消耗量计算 4 4．充填方式确定 55．充填材料构成与技术参数 651 煤矸石作为充填骨料的可行性 652 充填材料构成953 充填料浆技术参数 96．充填工艺流程117．充填料浆制备及管道输送方案设计1271 方案设计原则1272 充填料浆制备站选择1273 充填制备系统方案设计13com 充填材料消耗量计算 13com 主要设施13com 主要设备16com 总图方案设计 1974 井下管道输送系统方案设计198．煤矸石似膏体胶结充填系统可行性评价 2181 环境评价2182 制备系统可靠性评价2283 管道输送系统可靠性评价 2284 效益评价261．研究背景及目的和意义山东华泰矿业有限公司以下简称华泰公司是山东新汶矿业集团所属主力矿山之一三采区是华泰公司主要采煤工区位于井田东北部采区范围东至矿井边界边界线为F秦煤柱线西部至F付断层浅部为F 秦与F付断层交汇处深部至F花断层南部为F秦1及F付断层北部为F付1断层三采区面积21地面标高20935224672m埋藏深度约-50-1000m可采煤层二四七九十五十九层煤现开采二十五层煤华泰公司三采区三下充填采矿法由于能够确保三下安全最大限度地回收矿产资源保护地下地表环境在有色金属矿山得到广泛应用近些年来由于充填材料充填工艺管道输送装备和技术的不断进步充填成本不断降低该方法在地下煤炭矿山推广应用华泰公司三采区三下由于多年的强化开采华泰公司掘进产生的煤矸石如果能够将这部分煤矸石彻底消化不仅可以恢复宝贵的土地资源创造显著的经济效益而且会对保护环境创建绿色矿山作出重大贡献新汶矿业集团二层煤二com平均厚11m开采上限为150m下限到F花断层煤柱平均走向长度1203m 倾斜长度1600m面积1925km2°32°顶板岩层为深灰色泥岩粉砂岩和浅灰色砂岩泥岩地段稳定性较差砂岩地段稳定性尚好2十五层煤十五层煤-400以上已开采完成根据实际揭露平均煤厚1m左右-400以com平均136开采上限为-200m下限为1000m平均走向长度823m倾斜长度1400m面积1152km2°32°顶板岩性及稳定性与二层煤华泰公司三采区主采煤层为二层和十五层煤根据山东科技大学三采区采充方案设计结论及建议和目前三采的实际情况二层和十五层煤在-360-500m左右开采深度采用充填面宽120非充填面宽60的开采方案-500左右以下采用充填面宽120非充填面宽80的开采方案华泰公司二层煤华泰公司层煤充填采用年工作30d每天班每班的工作制度·h-1或Qd 1440m3·d-12日充填量根据充填系统生产能力日充填量为14982m3·d-1式中压缩沉降系数取 10流失系数取106几何充填管路倍线按下式计算4-1式中管道起点和终点的高差充填钻孔预定位置标高m至-300m充填水平垂直高差约为m包括弯头接头等管件的换算长度在内的管路总长度首期充填范围水平管道长度00mm垂直段长度 1m计算得出首期充填范围内充填倍线仅为4完全可以实现自流输送充填煤矸石是采煤和洗煤的副产品是无机质和少量有机质的混合物煤矸石矿物成分以粘土矿物和石英为主常见矿物为高岭土蒙脱石伊利石石英长石云母和绿泥石类除了石英和长石外以上矿物均属于层状结构的硅酸盐这是煤矸石矿物成分的一个特点煤矸石的化学成分不稳定不同地区的煤矸石成分变化较大主要化学成分是SiO2Al2O3和C其次Fe2O3CaOMgONa2OK2OSO3P2O5N和H等此外也常含有少量TiVCo和Ga等金属元素物理力学性质及化学成份·cm-3 松散干密度 1 g·cm-3 渗透系数cm·s-1 中值粒径 2 d50mm 水上休止角水下休止角煤矸石260 128133 164×10-3 016 347o 276o 粉煤灰265 060089 104×10-4 002 430o221o 注1分子为干样松散干密度分母为水中沉积时松散密度2中值粒径d50粒级组成曲线上累积含量50时对应的颗粒粒径表5-2 充填物料不同粒径mm组成表充填料52 205 05025 02500075 0075005 0050005 0005煤矸石45 246 153 141 65 170 180 粉煤灰02 92 96 660 150表-3充填料压缩参数测定结果一览表充填料压缩系数MPa-1 压缩模量MPa 050KPa 50100 100200 200400 050KPa 50100 100200 200400 煤矸石338 112 057 028 053 161 317 645 粉煤灰226 070 050 032 120 400 540 851表-4充填材料化学成份测定结果充填料名称 CaO Fe2O3 MgO SiO2 Al2O3 K2O Na2OSO3 P2O5 410 650 169 5760 1939 187047 482 013 粉煤灰295 567 5643 2717图5-1充填料图5-1充填料-1充填料1粒级较粗mm以因此充填管道输送特性较差2SiO2含量较高具有一定的散体强度是较好的充填骨料3渗透系数 cm·s-1有利于充填体脱水和快速硬化综上所述进行改良后由于粉煤灰具有一定的悬浮性能可充填料浆浓度有效抑制骨料沉淀改善充填料浆管输性能减水剂 1415质量比质量浓度 7复合减水剂263t·m-3式中 30t·m-3265t·m-3煤矸石密度 26t·m-34混合固料中值粒径根据水泥粉煤灰煤矸石中值粒径和配比情况可以估算出混合固料中值粒径为0125mm5浆体体重 177t·m-36体积浓度Cv471 112Φ22m×h24m搅拌桶水泥和粉煤灰贮藏输送系统基本相同水泥粉煤灰用散装罐车运送通过压气卸入立式水泥仓和粉煤灰仓内经仓底插板阀星形给料机螺旋输送机m3·d-1水泥粉煤灰煤矸石 1415质量浓度为70的充填料浆体重为177t·m-3则浆体的质量为14982×177 265181t·d-1其中混合固料日消耗量为265181×07 185627t·d-1水为79554t·d-1混合固料中水泥18562720 9281t·d-1 7139m3·d-1水泥松散体重13t·m-3 粉煤灰9281×4 37124t·d-1 41712m3·d-1粉煤灰松散体重089t·m-3煤矸石9281×15 139215t·d-1 104673m3·d-1煤矸石松散体重133t·m-3com 主要设施1充填管道与充填钻孔1充填管道直径根据充填系统充填能力要求和充填料浆工作流速在兼顾能力输送可靠性料浆出口压力的基础上确定充填料浆工作流速v 35m·s-1充填管道内经DI应不小于≈011m 110mm 式中充填系统小时充填能力Qh 120m3·h-1v充填系统设计工作流速v 35m·s-1 12600m·h-12充填管道壁厚充填管道壁厚按下式计算∶-2式中管道所受最大压强取5MPa－钢材抗拉许用应力焊接钢管取80MPa－磨损腐蚀量取25mm代入式-2得 719mm取壁厚8mm据此选取钢管外径1mm钢管壁厚mm实际管道有效内径D 116mmΦ159mm×14mm高锰钢管M16内径D 131mm钢管壁厚14mm垂直管道之间用管箍联结并加全焊带有母螺纹的管箍规格型号应与带有公螺纹的垂直管道相匹配且壁厚不小于14mm根据套管固定需要钻孔荒孔直径确定为245mm钻孔孔壁与套管之间用油井水泥固结同时施工两条钻孔一条使用一条备用在充填制备站预留另外两个钻孔的位置需要时可施工增加新的钻孔为尽量利用矿山已有井巷工程设计钻孔坐标为1钻孔X 395669551104Y 40067231548Z 2102钻孔X 395669577242Y 40067216823Z 2103钻孔预留X 395669603379Y 40067202098Z 2104钻孔预留X 395669629517Y 40067187374Z 210钻孔布置有3种方案方案I钻孔施工至-120绞车房标高水平-100m充填管道沿三二轨道下山至-300m水平经500m左右水平管道至首采充填工作面该方案的优点是可充分利用三二轨道下山钻孔深度小310m除钻孔与下山相连的短平巷24m外无需另行施工水平巷道从而节约掘进费用缩短建设周期其缺点是大量管道647m在下山内布置管道磨损严重更换周期短且发生事故时处理困难方案II钻孔施工至-100m水平新施工水平巷道至首采工作面上方另行施工200m深度二级钻孔-100m至-300m至首采充填工作面该方案的优缺点与方案I恰好相反方案III钻孔直接施工至-300m水平充填料浆沿-300m水平管道至首采充填工作面该方案与方案II相比钻孔深度加大-510m钻孔偏斜度需严格保证但无需在井下施工钻孔减少了充填管路中转环节提高了充填系统运行可靠度综合各方案优缺点推荐采用方案III钻孔与井下水平管道通过变径连接2煤矸石堆场煤矸石堆场容积按最大消耗量设计其有效容积应大于m3 -3式中K富余系数取K 12K4堆场利用系数取K 09据此设计煤矸石堆场容积1620m3规格长25m宽18m高36m满足连续12h充填煤矸石用量要求3稳料仓煤矸石稳料仓容积按02h充填煤矸石需要量计算应不小于104673m3·d-112h·d-1×02h 1745m3煤矸石稳料仓可用钢板卷制而成高度应满足装载机ZL-50装卸要求4水泥仓按水泥最大消耗量m3计算设计采用一个圆柱圆锥立式水泥仓仓体为钢板结构板厚mm圆柱直径Φ00mm圆锥母线角o仓底出料口直径Φ300mm仓全高m容积m3有效容积m3料仓装满系数085满足连续为了破坏放料过程中可能产生的料拱在仓底部周围安装电磁震动器为保证水泥均匀向后续螺旋输送机给料在水泥仓出口安装HXF300可调速星形给料机为维修与处理故障在星形给料机上方仓底排料口装300×300mm手动插板阀星形给料机最大消耗量为m3设计采用个圆柱圆锥立式仓仓体为钢板结构板厚mm圆柱直径Φ00mm圆锥母线角o仓底出料口直径Φ30mm仓全高m容积m3有效容积m3料仓装满系数085满足连续HXF350可调速星形给料机小时供料能力m3 在粉煤灰仓上部安装除尘器15添加即 115 × 928137124 464696t·d-1减水剂密度104t·m-3按日最大消耗量计算减水剂仓容积应大于8m3据此设计减水剂仓直径m高度20m容积1413m3有效容积m3装满系数085减水剂仓装满系数0·d-1要求水池底板应超过搅拌桶桶口5m以上考虑处理堵管事故时需加大供水量系统小时最大供水能力不能低于80t·h-18厂房充填制备系统除水泥仓粉煤灰仓水池外均应安置在专用厂房内煤矸石堆场可设置简易顶棚充填制备站还应设置中央控制室和相应的办公室煤矸石计量地磅房等9供排水供暖供电供排水供暖供电由矿山按要求解决com 主要设备1煤矸石破碎系统主要设备1电溜子电溜子起集料作用将煤矸石山的煤矸石均匀转运到输送皮带上由后者输送至破碎设备电溜子宽800mm长30m其中20m埋设在堆场底部另外10m以15°倾角架空布置到皮带运输机上方电溜子由本矿机械厂负责加工2破碎系统破碎系统包括破碎机和筛分机破碎粒度5mm以上供给建材厂中碎车间 5mm以下供给充填制备站破碎系统能力应满足 5mm以上粒度400t·d-15mm以下粒度141585t·d-13推土机堆场中配备一台推土机负责将电溜子两侧的煤矸石集中到电溜子上推土机型号TYB130B功率130HP生产厂家山东推土机总厂4皮带输送机皮带输送机根据破碎系统能力选择2充填制备系统1圆盘给料机煤矸石给料采用敞开座式圆盘给料机型号GPK200圆盘直径2000mm圆盘转速75r·min-1传动电机功率75KW外形尺寸长×宽×高 2770×2110×1860mm给料量100m3·h-1生产厂家朝阳通用机械厂2振动筛煤矸石稳料仓内的煤矸石通过圆盘给料机向振动筛供料剔除大块后进入皮带运输机振动筛采用自定中心振动式型号ZD1224筛孔尺寸5mm工作面积29m2处理量70-210t·h-1筛面倾角15°外形尺寸长×宽×高 2500×2150×1340mm生产厂家鞍山矿山机械厂3皮带输送机皮带输送机负责将来自圆盘给料机振动筛的煤矸石输送至搅拌桶因输送距离有限故选用TD75型通用固定式带式输送机带宽B 650mm托辊槽角20°物料堆积角20°输送物料最大截面积S 00342倾斜输送根据出料口与的高差以及距离倾角°25°输送倾角系数 C 带速V10m·s-1输送能力Q为Q S×V×C 00342×10× 0028m3·s-1 101m3·h-1 -4星形给料机水泥采用HXF300可调速星形给料机叶轮直径Φ300mm联轴器传动齿轮减速电机YTC561功率11KW通过调节转速小时供料能力在1023m3内可调采用HXF30可调速星形给料机叶轮直径Φ30mm联轴器传动转速·min-1时小时供料能力可m3·h-1水泥由螺旋输送机输送至搅拌桶型号GX螺旋直径300mm长度根据水泥仓与搅拌桶的距离确定输送能力212t·h-1由GX螺旋输送机输送至搅拌桶长度根据水泥仓与搅拌桶的距离确定输送能力t·h-16搅拌桶水泥粉煤灰煤矸石减水剂搅拌采用Φ2200×h2400mm的搅拌桶有效容积36m3按照120m3·h-1能力要求浆体在搅拌桶内的停留时间为736120 0061h 366min桶内布置双层搅拌叶片上层叶片为右旋式下层叶片为左旋式每层叶片数目6个两层共12片由于浆叶在搅拌过程中主要失效方式为磨损故建选用·min-1搅拌桶内安设料位计出浆口外接短钢管与充填钻孔内相连搅拌桶安装上下液位计出口安装电磁流量计和核辐射浓度计测定浆体流量和质量浓度搅拌桶底部设置清洗和故障排砂口由电动螺旋杆控制开启搅拌桶上部应设立捕尘设施搅拌桶生产厂家自行加工或吉林辽源重型机器厂7装载机采用2台ZL50前端式装载机分别布置在煤矸石破碎现场和充填制备站现场负责装载煤矸石装载机斗容3m3最大卸载高度3050mm卸载距离1280mm最大爬坡能力28°最高档速28 km·h-1发动机功率163KW8计量设备煤矸石计量采用电子皮带秤水泥与粉煤灰计量采用DE10冲板流量计减水剂及水计量采用LD-80电磁流量计浆体流量计量采用LD-100电磁流量计配LDZ-50电磁流量转换器浆体浓度计量采用核辐射浓度计料位计与各料仓搅拌桶设计时同步考虑9减水剂泵减水剂输送泵根据流量039058t·h-1确定com 总图方案设计煤矸石破碎系统与建材厂破碎系统同步考虑因此本总图设计仅考虑充填制备系统根据充填工艺流程主要设施和主要设备方案充填制备站总图方案设计如图7-1所示由于充填制备站地形平坦无高差可以利用因此充填制备系统厂房采用双层钢结构水泥粉煤灰减水剂输送系统搅拌系统控制系统充填钻孔均布置在厂房内充填钻孔先期施工两条预留另外两条位置厂房待主要系统和两条钻孔施工完毕后封顶厂房设计应考虑未来钻孔施工要求煤矸石堆场设置简易顶棚皮带输送机设置皮带走廊其他设施如动力房地磅房高位水池办公室等的布置参见图7-1 整个充填制备站面积9348m274 井下管道输送系统方案设计地表充填制备站制成的符合要求的水泥粉煤灰煤矸石浆体沿充填钻孔进入井下充填管道与充填钻孔布置方案相对应井下管道输送系统也有3种布置方案方案I钻孔施工荒孔直径245mm安装Φ159mm×14mm高锰钢管至-120绞车房水平标高-100m变径后与Φ140mm×12mm高锰主充填管道连接经24m短平巷进入-120绞车房平巷沿三二轨道下山至-300m水平最后经500m左右水平管道至首采充填工作面方案II钻孔施工至-100m水平变径后与Φ140mm×12mm高锰主充填管道连接主充填管道沿新施工水平巷道至首采工作面上方后另行施工200m深度二级钻孔-100m至-300m钻孔荒孔直径245mm安装Φ140mm×12mm高锰钢管至首采充填工作面方案III钻孔直接施工至-300m水平变径后与Φ140mm×12mm高锰主充填管道连接充填料浆沿-300m水平管道至首采工作面推荐采用方案III图7-1 华泰公司充填制备站总图布置方案井下管道安装与布设时应注意以下问题1为减少充填引流水和洗管水的用量减轻井下充填料浆排水压力同时提供堵管时的处理措施在钻孔与水平管道连接处添置三通管引入压风和高压水2保证合理的充填倍线如果倍线过小出口浆体压力过大管道磨损严重采场充填难度加大反之如果倍线过大则工作流速降低固体颗粒容易沉淀造成管道堵塞在正常情况下水平巷道中管路布设应有一定的下向坡度不允许向输送和充填尽量减少弯道接头因为在这些部位流速容易放缓局部阻力增大易造成堵管绝对避免锐角弯道的存在在易堵管部位如弯道等应设立事故处理阀门8．煤矸石似膏体胶结充填系统可行性评价81 环境评价煤矸石似膏体充填系统满足环境保护要求1充填骨料煤矸石来自井下掘进工作面回填井下不会恶化井下工作环境2煤矸石似膏体呈碱性不会恶化地下水质也不会对井下设备产生腐蚀破坏3煤矸石似膏体体积浓度高泌水率小不会脱出大量充填用水增加井下排水压力而且似膏体各物料混合均匀不会产生细颗粒随泌水流出采场而污染井下环境的现象4煤矸石回填井下有利于消灭矸石山和环境保护回收土地资源5充填采矿既提高了煤炭资源回收率又保护地表建构筑物有利于防止地下采矿引起地表移动和塌陷等地质灾害6充填用水可使用经过处理的井下废水实现水资源的循环使用82 制备系统可靠性评价由中南大学和山东新汶矿业集团按下式估算-1式中与粒径浓度等有关的速度系数≈105DI管道内径 DI 116mmg重力加速度输送载体水和100μm以下细颗粒密度-2粒径小于100μm的混合料质量煤矸石粒径小于100μm的颗粒含量约为42粉煤灰与水泥粒径小于100μm的颗粒含量约为92因此928137124 12×09213921512×042 8433t·h-1水的质量663t·h-1粒径小于100μm的混合料体积3185m3·h-1水的体积663m3·h-1推荐配比煤矸石似膏体充填浆体的载体密度 153t·m-3将有关参数代入式-1 134m·s-1设计系统工作流速v 35m·s-1是临界流速的26倍输送可靠性满足要求浆体实际工作流速受诸如管道直径充填倍线浆体阻力等众多因素的影响对粗骨料充填工作流速可按以下经验公式估算-3式中充填浆体容积液固比推荐配比煤矸石似膏体充填浆体的容积液固比X 112 N几何充填倍线华泰公司三采区首期充填范围内充填倍线为4 将有关参数代入式-3m·s-1高于设计工作流速相近输送性能满足要求2充填能力校核合理的输送能力是建立在充分利用有效压头从而使其充填能力最大按下式计算1m3·h-1 120m3·h-1 -4充填倍线是管路自流输送中的一个重要参数它有两个指标即几何充填管路倍线和可输送倍线或称最大允许充填倍线几何充填管路倍线按 34对于一个既定的充填系统几何充填管路倍线反映输送系统客观上所具有的输送能力但是实际上几何充填管路倍线受许多经常变化的因素所支配如满水点的位置砂浆浓度负压区段的范围水头损失及垂直管段的满管度等另外还受开拓系统作业方式充填地点的变化等因素的影响因此在实际生产中何充填管路倍线是个经常变化的数值设计中应根据开采要求按最大允许充填倍线及合理的水砂比考虑输送能力为保证顺利实现管道自流输送充填料几何充填管路倍线应小于最大允许充填倍线允许充填倍线最大允许充填倍线是根据实际压力和浆体比重计算的实际应用中可按下式估算-5式中垂直管段的满管系数取0管道局部阻力系数取11浆体密度推荐配比煤矸石似膏体充填浆体密度为177t·m-3i浆体水力坡度砂浆水力坡度104Pa·m-1按以下两种方法计算∶1金川公式式中清水水力坡度按下式计算∶清水摩擦阻力系数按下式计算∶00218 管道敷设系数取11将各有关参数代入式8-7得∶01556沉降阻力系数按下式计算∶充填料平均粒径cm 016mm即0016cm颗粒平均沉降速度cm·s-1第i级颗粒的沉降速度cm·s-1为计算引入系数A如果第i级粒径为di当di 03A时≤di A时≤di 45A时≥45A时第i级粒径的产率k颗粒形状系数对于尾砂和人工砂k 08煤矸石颗粒平均沉降速度为564cm·s-1表8-1表8-1 煤矸石颗粒沉降速度计算结果粒径cm 035 0125 00375 0012875 000625 00027500005 ai 45 246 153 141 65 170 180 密度cm·s-1 26 26 26 26 26 26 26 A 00397 00397 00397 00397 00397 00397 00397 3824 1784 462 142 034007 0002 17208 43886 07069 02002 00221 0011900004 粉煤灰02 92 96 660 150 将有关参数代入式8-9得 10724将有关参数代入式8-6得 022782陕西省水利科学研究院公式02693最终砂浆水力坡度砂浆水力坡度取最大值即 0269将有关参数代入式得最大允许充填倍线 79由此可知因此似膏体自流m垂直段长度高效能人士的50个习惯在行动前设定目标有目标未必能够成功但没有目标的肯定不能成功著名的效率提升大师博思崔西说成功就是目标的达成其他都是这句话的注释现实中那些顶尖的成功人士不是成功了才设定目标而是设定了目标才成功一次做好一件事著名的效率提升大师博思崔西有一个著名的论断一次做好一件事的人比同时涉猎多个领域的人要好得多富兰克林将自己一生的成就归功于对在一定时期内不遗余力地做一件事这一信条的实践培养重点思维从重点问题突破是高效能人士思考的一项重要习惯如果一个人没有重点地思考就等于无主要目标做事的效率必然会十分低下相反如果他抓住了主要矛盾解决问题就变得容易多了发现问题关键在许多领导者看来高效能人士应当具备的最重要的能力就是发现问题关键能力因为这是通向问题解决的必经之路正如微软总裁兼首席软件设计师比尔盖茨所说通向最高管理层的最迅捷的途径是主动承担别人都不愿意接手的工作并在其中展示你出众的创造力和解决问题的能力把问题想透彻把问题想透彻是一种很好的思维品质只要把问题想透彻了才能找到问题到底是什么才能找到解决问题最有效的手段不找借口美国成功学家格兰特纳说过这样的话如果你有为自己系鞋带的能力你就有上天摘星星的机会一个人对待生活和工作是否负责是决定他能否成功的关键一名高效能人士不会到处为自己找借口开脱责任相反无伦出现什么情况他都会自觉主动地将自己的任务执行到底要事第一创设遍及全美的事务公司的亨瑞杜哈提说不论他出多小钱的薪水都不可能找到一个具有两种能力的人这两种能力是第一能思想第二能按事情的重要程度来做事因此在工作中如果我们不能选择正确的事情去做那么唯一正确的事情就是停止手头上的事情直到发现正确的事情为止运用2080法则二八法则向人们揭示了这样一个真理即投入与产出努力与收获原因和结果之间普遍存在着不平衡关系小部分的努力可以获得大的收获起关键作用的小部分通常就能主宰整个组织的产出盈亏和成败合理利用零碎时间所谓零碎时间是指不构成连续的时间或一个事务与另一事务衔接时的空余时间这样的时间往往被人们毫不在乎地忽略过去零碎时间虽短但倘若一日一月一年地不断积累起来其总和将是相当可观的凡事在事业上有所成就的人几乎都是能有效地利用零碎时间的人习惯10废除拖延对于一名高效能人士来说拖延是最具破坏性的它是一种最危险的恶习它使人丧失进取心一旦开始遇事推托就很容易再次拖延直到变成一种根深崹蒂固的习惯习惯11向竞争对手学习一位知名的企业家曾经说过对手是一面镜子可以照见自己的缺陷如果没有了对手缺陷也不会自动消失对手可以让你时刻提醒自己没有最好的只有更好习惯12善于借助他人力量年轻人要成就一番事业养成良好的合作习惯是不可少的尤其是在现代职场中靠个人单打独斗的时代已经过去了只有同别人展开良好的合作才会使你的事业更加顺风顺水如果你要成为一名高效能的职场人士就应当养成善于借助他人力量的好习惯习惯13换位思考在人际的相处和沟通里换位思考扮演着相当重要的角色用换位思考指导人的交往就是让我们能够站在他人的立场上设身处地理解他人的情绪感同身受地明白及体会身边人的处境及感受并且尽可能地回应其需要树立团队精神一个真正的高效能人士是不会依仗自己业务能力比别人更优秀而傲慢地拒绝合作或者合作时不积极倾向于一个人孤军奋战他明白在一个企业中只有团队成功个人才能成功善于休息休息可以使一个人的大脑恢复活力提高一个人的工作效能身处激烈的竞争之中每一个人如上紧发条的钟表因此一名高效能人士应当注意工作中的调节与休息这不但于自己健康有益对事业也是大有好处的及时改正错误一名高效能人士要善于从批评中找到进步的动力批评通常分为两类有价值的评价或是无理的责难不管怎样坦然面对批评并且从中找寻有价值可参考的成分进而学习改进你将获得意想不到的成功责任重于一切著名管理大师德鲁克认为责任是一名高效能工作者的工作宣言在这份工作宣言里你首先表明的是你的工作态度你要以高度的责任感对待你的工作不懈。

浅析煤矿膏体充填绿色开采技术【摘要】煤矿膏体充填技术是一种新型的绿色环保技术，能实现煤矿的高产高效和环境保护。

本文介绍了煤矿膏体充填的特点，重点阐述了膏体充填采煤的关键技术和膏体充填采煤技术应用前景，对于煤矿的开采技术来说有一定的参考价值。

【关键词】膏体充填煤矿绿色开采煤矿膏体充填，就是指把煤矿周围的矸石、粉煤灰、工业产生的炉渣、城市排出的固体垃圾及胶结料等固体废物通过地面加工制作成“无临界流速、不需要脱水”的膏状浆体，在重力或泵压的作用下对工作面支架后方的采空区进行充填而形成必要的人工支撑体系，把采煤引起的地表移动控制在建筑物允许的范围内，实现不迁村采煤的方法。

煤矿膏体充填料浆是一种利用矸石、粉煤灰等固体废物制作的，适合管道输送的、低成本的、特殊“混凝土”或特殊“砂浆”。

在煤矿企业中应用膏体充填技术，可以实现煤矿的低碳运行及绿色开采。

而且，固体废物膏体充填开采把矸石等固体废物的利用，与控制采煤工作面顶底板岩层破坏，减少开采沉陷，保护地面建构物有效的结合起来，具有提高资源采出率、增强矿井安全保障度、保护矿区生态环境的鲜明特性的绿色开采核心技术，也是我国煤炭工业科技发展的主要方向。

1 煤矿膏体充填的特点膏体充填最早是1979年在德国格伦德金属矿发展起来的；国内金川有色金属公司1989年开始试验膏体充填；膏体充填已经在世界金属矿山开采和尾矿处理等方面得以比较广泛的应用，一年一度的世界膏体充填研讨会已经召开13次。

国内外金属矿山膏体充填技术研究成果，对我国煤矿发展膏体充填有重要参考借鉴价值，但是，以解放“三下一上”压煤为主要目的的煤矿膏体充填与金属矿山膏体充填有重要的区别。

与金属矿山膏体充填比较，解放“三下一上”压煤的煤矿膏体充填开采主要特点是：（1）充填的主要目的是减沉。

（2）充填与采煤同在一个工作面，充填体构筑方法不同于金属矿山，煤矿需要发展专门膏体充填隔离支架。

（3）充填材料强度性能要求不同，煤矿充填以后数小时后就要求充填体承载，否则，影响采煤面产量。

㊀第４９卷第１期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ １㊀㊀２０２１年１月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｊａｎ．２０２１㊀移动扫码阅读孙希奎． 三下 采煤膏体充填开采技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（１）：２１８－２２４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０１ ０１７ＳＵＮＸｉｋｕｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓａｎｄｒａｉｌｗａｙｓ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（１）：２１８－２２４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０１ ０１７三下 采煤膏体充填开采技术研究孙㊀希㊀奎（山东能源集团有限公司，山东济南㊀２５００１４）摘㊀要：膏体充填是控制采矿岩层运动㊁防治地表沉陷的主要充填开采技术之一㊂针对我国东部煤矿开采过程遇到的建筑物㊁水体㊁铁路下以及承压水体上压煤资源开采问题，以淄博矿业集团济北矿区主力矿井的开采条件为背景，分析了膏体充填的基本原理㊁工艺方法及试验应用情况，重点介绍了岱庄煤矿在建筑物下条带煤柱置换开采，高层建筑下压煤充填开采，承压水体上充填开采等领域的典型应用案例㊂通过应用膏体充填开采技术，地面受护建筑物移动变形数值均小于建筑物Ⅰ级损坏标准，受底板灰岩水威胁的工作面充填开采后底板破坏深度仅６．０ ６．５ｍ，防范底板水害的作用显著㊂结合济北矿区未来的发展方向，认为膏体充填应该进一步在承压水体上开采的相关理论和工艺技术，重复采动影响下建筑物保护的理论和对应措施，复杂条件下充填工艺㊁设备㊁流程优化以及与井下煤矸智能分选系统相结合等方面着重进行研究攻关㊂研究结果对济北矿区膏体充填开采进一步应用有重要借鉴意义㊂关键词：膏体充填； 三下 采煤；济北矿区；条带煤柱置换；底板承压水中图分类号：ＴＤ８２３㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０１－０２１８－０７Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓａｎｄｒａｉｌｗａｙｓＳＵＮＸｉｋｕｉ（ＳｈａｎｄｏｎｇＥｎｅｒｇｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ㊀２５００１４，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２０－０９－０８；责任编辑：朱恩光基金项目：山东省泰山学者专项经费资助项目（２０１３０９）作者简介：孙希奎（１９６５ ），男，山东淄博人，研究员，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｘｉｋｕｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｍｏｍｅｎｔａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｃｏａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓ，ｒａｉｌｗａｙｓａｎｄｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｉｎｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｍｉｎｅｓｉｎＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａｏｆＺｉｂｏＭｉｎｉｎｇＧｒｏｕｐ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｍｅｔｈｏｄｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔｒｉｐｃｏａｌｐｉｌｌａｒｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｉｎｉｎｇ，ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｈｉｇｈｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｃｏａｌｆｉｌｌｉｎｇａｂｏｖｅｆｌｏｏｒｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒｉｎＤａｉｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ．Ｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｖａｌｕｅｓａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎⅠｄａｍａｇｅｓｔａｎｄａｒｄ．Ｄａｍａｇｅｄｅｐｔｈｏｆｗｏｒｋ⁃ｉｎｇｆａｃｅｕｎｄｅｒｔｈｅｔｈｒｅａｔｏｆｆｌｏｏｒｌｉｍｅｓｔｏｎｅｗａｔｅｒｗａｓｊｕｓｔｆｒｏｍ６．０ｔｏ６．５ｍａｆｔｅｒｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｗｉｔｃｈｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｔｏｐｒｅ⁃ｖｅｎｔｆｌｏｏｒｗａｔｅｒｄｉｓａｓｔｅｒｓ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ，ｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｎｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｂｏｖｅｆｌｏｏｒｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｕｎｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｐｅａｔｅｄｍｉｎｉｎｇ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｆｌｏｗｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌ－ｇａｎｇｕｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｅｐｅｎｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ；ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓａｎｄｒａｉｌｗａｙｓ；ＪｉｎｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ；ｃｏａｌｐｉｌｌａｒｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｆｌｏｏｒｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒ８１２孙希奎： 三下 采煤膏体充填开采技术研究２０２１年第１期０㊀引㊀㊀言充填开采是煤矿绿色开采体系的重要组成部分，是控制采动岩层移动与防治开采损坏的关键技术之一［１］㊂自充填开采概念提出以来，经过不断完善和发展，形成了多种针对煤矿层状岩层赋存特点的充填开采方法㊂如在国内开展试验和应用较早的固体废弃物膏体充填［２］，以破碎矸石为主料进行的采空区矸石等固体废弃物充填［３］，以含水率超过９５％的高水和超高水材料充填［４－５］等㊂随着充填开采的不断推广，工程实践中提高充填效率和降低充填成本等需求日益迫切，形成以覆岩隔离注浆充填㊁间隔墩柱充填㊁煤柱间隔置换充填等部分充填开采技术［６－８］，使得煤矿充填开采的应用范围和适用条件不断扩展，为压煤资源开采提供了重要的技术支撑㊂膏体充填开采是目前在矿山充填开采领域应用仍较为广泛的主要充填开采技术之一㊂膏体充填最早应用于金属矿山，利用尾矿进行金属矿山采空区的回填，以控制围岩运动和处理大量尾矿砂㊂１９８８年，德国在摩纳泊尔煤矿首次开展煤矿膏体充填试验并取得成功［９］㊂２００６年，周华强教授团队率先在济宁山东鲁泰控股集团有限公司太平煤矿开展近松散含水层㊁薄基岩条件下厚煤层分层开采及膏体充填开采技术研究，解放了大量水体下及建筑物下压覆的煤炭资源［２］㊂自首次在煤矿工程试验至今已有近１５年的发展，膏体充填以其充填材料不离析㊁不泌水㊁充填密实㊁充填体后期强度大等优势，目前已经在很多煤矿进行了推广应用㊂济北矿区地处东部平原地区，地面村庄密集，压煤严重，多数矿井在进行下组１６煤层开采时受底板灰岩水害的威胁，矿井可采储量严重减少，迫切需要通过井下充填开采解放建筑物下㊁承压水上压煤资源㊂笔者结合淄博矿业集团济北矿区基本开采条件，总结膏体充填近些年来在济北矿区的研究与应用情况，并提出其后期应用发展的方向㊂１㊀淄博矿业集团济北矿区基本条件淄博矿业集团济北矿区位于山东济宁市北郊，是我国２０世纪９０年代兴建的大型煤炭基地㊂该矿区由济东煤田的北部与唐口煤田２大区域组成，东西长度１７ ２４ｋｍ，南北宽度１２ ２０ｋｍ，规划面积达到３２２ｋｍ２，含煤地质总储量约２０．９亿ｔ㊂全矿区共划分有许厂煤矿㊁岱庄煤矿㊁唐口煤矿㊁葛亭煤矿㊁新河煤矿和运河煤矿等６个井田㊂矿区建设初期总设计产能８．５５Ｍｔ／ａ，以中㊁大型矿井为主，其中３．０Ｍｔ／ａ矿井１个，１．５Ｍｔ／ａ矿井３个，０．６Ｍｔ／ａ矿井１个，０．４５Ｍｔ／ａ矿井１个［１０］㊂淄博矿业集团济北矿区煤矿主采二叠系山西组３㊁１６㊁１７号煤层㊂目前大部分矿井主采３号煤层，部分煤矿逐步进入１６号煤层总体规划和开采阶段㊂以岱庄煤矿为例，３号煤层普遍埋深为２４０ ６１０ｍ，可采范围内煤层平均厚度２．６６ｍ，煤层倾角一般为１ʎ １２ʎ，平均６ʎ㊂３号煤层下部赋存的１６号煤层与３号煤层间距为一般为２０ ２５ｍ，１７号煤层与１６号煤层间距８ １０ｍ，煤层较薄㊂１６号煤层底板富水性好的含水层有十三灰和奥灰，１６号煤层至十三灰平均间距２５ｍ；１６号煤层至奥灰平均间距６１ｍ［１１］㊂底板灰岩水害是矿井后期向深部开采面临的主要威胁㊂济北矿区地处我国东部平原地带，地面村庄密集，由于表土层较厚，部分煤层埋藏较深，导致煤层开采后在地表造成的影响范围很大，村庄压煤问题极其严重，是淄博矿业集团济北矿区煤炭开采面临的重大难题㊂仅以岱庄煤矿为例，该矿在６５ｋｍ２的井田面积上分布着７８个村庄，共计住户约１．３万多户，人口数量超过５万人㊂所有可采储量中，村庄下压煤储量约占到８０％，涉及７９００余万ｔ煤炭资源，其中仅主采的３号煤层村庄下压煤量就占到全部村庄压煤量的６３％，约５０００万ｔ［１２］㊂密集的村庄分布和逐步增大的煤层采深，导致多数村庄保护煤柱相互重叠，一个工作面的开采经常同时影响多个村庄㊂由于采动影响涉及的村庄较多，迁村开采费用极高㊁难度极大㊂随着社会经济的快速发展㊁村镇规模不断扩大，矿区实际的压煤储量不断增加，压煤难题有进一步恶化的趋势㊂在早些年尚未形成比较成熟的煤矿充填开采技术时，村庄所压覆的煤炭资源通常采用条带法开采，即采出一定宽度的工作面，留设一定宽度能够保证长期稳定的条带煤柱支撑覆岩及控制地表下沉，如岱庄矿自２０００年建成投产以来，截至２０１９年，建筑物压煤压覆的条带煤柱已达５０多个，累计条带煤柱可采储量已达１１００万ｔ［１３］㊂大量遗留条带煤柱难以有效回采，严重影响了矿井的采掘规划，制约了矿井产能的发挥，极大缩短了矿井的服务年限㊂如何解决村庄压煤开采，实现村庄不搬迁开采和深部承压水上开采是济北矿区煤矿都迫切需要解决的问题㊂２㊀淄博矿业集团济北矿区膏体充填开采历程２．１㊀膏体充填开采原理与工艺煤矿膏体充填就是将煤炭开采和利用过程中产９１２２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷生的煤矸石㊁粉煤灰㊁工业炉渣等大量固体废弃物在地面进行破碎和配制，形成牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压方式，通过管道输送到井下并充填工作面后方的采空区㊂随着工作面开采尺度和充填开采范围的不断增大，逐渐形成由膏体充填体㊁前方煤体和工作面液压充填支架等共同作用的支撑体系，对上覆岩层形成有效支撑，控制地表移动变形，保障地面建筑物的变形损害在允许的范围以内（一般为Ⅰ级损害以内）［２］㊂采用膏体充填的工作面，由于开采空间及时被充填体替换，虽有一定量的压缩，但事实上相当于极大降低了采高，因此对顶板的破坏减小㊂膏体充填体在支撑顶板的同时，对底板移动也形成一定限制，也可显著降低底板隔水层的破坏深度㊂具体实施膏体充填工艺时，首先要将工作面向前推进一个充填步距，然后将配制完成的膏体材料，通过充填泵输送到充填工作面，充填封闭好的采空区㊂充填工艺系统由地面矸石破碎系统㊁浆料制备系统㊁管道泵送系统㊁充填控制系统等组成，图１为膏体充填的工艺流程㊂图１㊀煤矿膏体充填工艺流程［２］Ｆｉｇ．１㊀Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇ２．２㊀试验的历程与概况膏体充填是由金属矿山胶结充填逐步改进而来的，早期少数矿山在进行高浓度胶结充填试验研究的同时，对充填材料的组成和级配作出了改进，使得料浆浓度得到明显提高，并进一步发展成膏体泵送胶结充填工艺，由此形成膏体充填的基本模式㊂２０００年，在金川二矿区建成我国第一条膏体充填工艺系统，并在铜绿山矿得到成功推广应用㊂后来，煤矿开采规模越来越大，东部矿区面临的村庄压煤问题也越来越多㊂为应对村庄压煤开采的迫切需求，中国矿业大学最早提出了井下工作面膏体充填建筑物压煤开采技术，并开展了大量的基础性研究工作㊂随后，济宁太平煤矿为解放村庄压煤，提高采出率，延长矿井服务年限，与中国矿业大学合作开展了固体废弃物膏体充填开采技术的研究与试验，是我国煤矿第１个膏体充填示范工程，并于２００６年５月成功实现了工业性试采［１４－１５］㊂淄博矿业集团济北矿区最早开始试验膏体充填开采源于对建筑物下遗留条带煤柱资源的回收需求㊂首试区域选择在地面村庄压煤极其严重的淄博岱庄煤矿２３００采区㊂根据岱庄煤矿的开采条件，首个试验工作面选择在２３００采区最边界的遗留煤柱位置，即２３０２长壁工作面采空区与２３０３条带工作面采空区之间区域，命名为２３５１充填工作面㊂根据文献资料，在工程试验整个历程中，２００５ ２００６年进行了充填前两侧已经回采的工作面冒落区探测和膏体充填性能测试前期研究，２００７年底正式立项启动，２００８年５月山东省煤炭工业局组织专家论证，并于２００８年６月正式批准进行工业性试验㊂通过长期工程准备，２３５１膏体充填工作面于２００９年１２月２３日正式开始现场工业性试验；２０１１年４月膏体充填综采推广应用到２３５２工作面［１６］㊂试验成功之后，继续在岱庄煤矿其他压煤采区进行应用，同时推广到淄博矿业集团济北矿区许厂煤矿㊁葛亭煤矿的建筑物下条带煤柱充填置换开采实践中㊂２．３㊀推广应用情况自２００６年膏体充填开采技术在济宁太平煤矿开展试验以来，经过近１５年的不断发展和完善，应用的工程条件和适用范围不断扩展，由最初充填置换条带煤柱开采，到地面高层建筑物压煤开采，再到下组煤底板承压水上充填开采，取得了较好的试验效果，形成了良好的示范效应㊂表１统计了膏体充填技术在济北矿区部分工作面的应用情况㊂３㊀典型工程案例及效果３．１㊀遗留条带煤柱置换开采中的应用受地表密集建筑物压煤影响，岱庄煤矿首采的０２２孙希奎： 三下 采煤膏体充填开采技术研究２０２１年第１期表１㊀膏体充填开采技术在济北矿区部分煤矿的应用情况Ｔａｂｌｅ１㊀ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｓｏｍｅｃｏａｌｍｉｎｅｓｉｎＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ煤矿应用日期（年⁃月）工作面或采区编号煤层倾角／（ʎ）采高／ｍ宽度／ｍ埋深／ｍ推进／ｍ储量／万ｔ应用类型岱庄煤矿２００９－１２ ２０１０－０８２３５１采区３煤５２．９１０３４２０９８０４２．０建筑物下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１３－０２ ２０１５－０２２３５３采区３煤４２．７１５０４３０７２０３９．９建筑物下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１６－０６ ２０１７－１１６３５２采区３煤６２．７１１０４３５５９５２４．２高层建筑下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１８－０７ ２０１９－０６６３５１采区３煤４２．７１０２４２５５０５１９．１高层建筑下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１８－０６至今１１６０７采区１６煤９２．２１２０５３０９９０３４．０承压水上开采许厂煤矿２０１３－０１ ２０１４－１０１３３５工作面３下煤３３．５６６３０５６１８３０．８建筑物下煤柱置换充填许厂煤矿２０１４－０４ ２０１５－０６１３３１工作面３下煤３３．６３９ ９３３１０４１５１８．９建筑物下煤柱置换充填许厂煤矿２０１５－０１ ２０１６－０７１３３７工作面３下煤４３．５４６ ５４２９５６２２２３．９建筑物下煤柱置换充填２３００采区开采村庄下压煤时采用长壁开采与条带式开采相结合的综合开采体系，即在非压煤区域采用常规的长壁综采一次采全高采煤法，在压煤区域采用条带法开采，因此遗留了大量保护煤柱㊂经统计，整个２３００采区采用条带开采方法的煤炭采出率仅为３７％，产生的遗留煤柱资源量高达９００多万ｔ㊂图２为２３００采区部分工作面采空区与遗留煤柱分布情况，相邻采空区中间空白区域为留设条带煤柱，即后期要进行膏体充填开采的工作面㊂由于遗留的条带煤柱很多，岱庄煤矿开展膏体充填采煤工程实践几乎全部是针对遗留条带煤柱的置换充填开采㊂图２㊀２３００采区部分采空区与遗留煤柱分布Ｆｉｇ．２㊀ＰａｒｔｉａｌｇｏａｆａｎｄｃｏａｌｐｉｌｌａｒｏｆＮｏ．２３００Ｐａｎｅｌ首试工作面位于２３０２长壁工作面采空区与２３０３条带工作面采空区之间，开采对象是遗留的地面村庄条带保护煤柱，命名为２３５１充填工作面㊂首试工作面宽度１００ｍ，走向长度６３０ ８８０ｍ，平均埋深４２０ｍ，煤层采高２．９ｍ㊂工作面开采时采用ＺＣ５６００／１７／３２型充填液压支架，每开采４个循环，向前推进２．４ｍ，对采空区进行１次充填㊂２３５１充填工作面膏体充填系统由４个系统组成，分别是矸石破碎系统㊁配比搅拌系统㊁泵送管道系统和自动控制系统㊂充填料为二级破碎筛选的煤矸石（粒径＜２５ｍｍ，粒级５ｍｍ以下占４１．４％）㊁粉煤灰（源于岱庄矿电厂）㊁标号３２．５的普通硅酸盐水泥和水，水泥㊁粉煤灰和煤矸石质量配比为１ʒ４ʒ６［１７］㊂采用矸石破碎系统㊁配比搅拌系统先将矸石破碎加工，然后把矸石㊁粉煤灰㊁专用胶结料和水等物料按比例混合搅拌制成充填浆料，最终形成的膏体材料质量分数达７４％㊂整个系统运行时，充填能力可达到１７０ｍ３／ｈ㊂工作面进行膏体充填时，通过充填泵和充填钻孔及管道将膏体浆料输送到井下进行采空区充填㊂经过实际统计，２３５１充填工作面共充填膏体材料２８万ｍ３，消耗矸石１０．５ｍ３，置换出原煤４２万ｔ［１３］㊂２３５１工作面膏体充填后，实测地表最大新增下沉值为３５ｍｍ㊂２３００采区膏体充填开采地表移动变形均控制在建筑物允许的Ⅰ级损害范围内㊂岱庄煤矿采用膏体充填后每年可多采原煤约６０万ｔ，经济效益约为３２００万元㊂通过膏体充填，完全解决了岱庄煤矿村庄压煤难题㊂此外，膏体充填由于及时支撑了顶底板，还可以有效控制开采空间的围岩变形量，缓解了工作面的矿压显现［１７－１８］㊂３．２㊀高层建筑物压煤开采的应用岱庄煤矿６３００采区位于矿井东翼，煤层埋深为４１０ｍ，煤厚为２．３ｍ，２０１６年初开始，岱庄煤矿采用膏体充填开采６３００采区的６３５２工作面和６３５１工作面，开采区域最长为８３０ｍ，总宽为３３０ｍ㊂对应地表有黄楼村居民房屋，以及岱庄医院部分家属楼㊁天主教堂（省级保护文物，图３ａ）㊁岱庄医院１８层住院大楼（重点保护对象，图３ｂ）㊂实施膏体充填后，岱庄医院１８层的住院楼最大倾斜为０．２ｍｍ／ｍ，水平变形为－０．１ｍｍ／ｍ，天主教堂最大倾斜为－０．２ｍｍ／ｍ，水平变形为－０．１ｍｍ／ｍ，上述移动变形数值均小于建筑物Ⅰ级损坏标准［１９］㊂３．３㊀底板承压水上开采中的应用经过近２０年的开采，岱庄煤矿主采的３号煤已１２２２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷图３㊀受保护建筑物Ｆｉｇ．３㊀Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄｂｕｉｌｄｉｎｇｓ近枯竭，为延长煤矿的服务年限，规划了下组１６号煤层的开采设计方案㊂１６号煤底板赋存有富水性较好的十三灰和奥陶系灰岩，其中１６号煤底板至十三灰平均厚度为２５．４ｍ，最小距离为２１．６ｍ，突水系数高达０．３０ １．５２ＭＰａ／ｍ，远大于０．１ＭＰａ／ｍ的安全值，采用全部垮落法很难保证安全开采㊂如果煤层开采后顶㊁底板能够得到充填材料的及时支撑，其破坏范围会得到抑制，理论上可降低突水危险，是开采承压水上煤炭资源的可选方法㊂同时，岱庄煤矿多年的膏体充填开采经验可为承压水上开采提供宝贵经验㊂承压水上１６号煤开采首先在岱庄煤矿１１６０７工作面进行了试验㊂１１６０７工作面走向长度约１０００ｍ，工作面宽度约１２０ｍ，煤层平均埋深５４６．４ｍ，平均采高２．１４ｍ，平均倾角９ʎ，底板十三灰为１６号煤底板的直接充水含水层，距离底板最近为２２ｍ，底板承压水水压为４．２ＭＰａ㊂根据工作面条件，结合理论计算和模拟结果，如果１１６０７工作面采用全部垮落法开采，采动影响在底板产生的破坏深度可能达到１６ｍ，水害风险较大［２１］㊂１１６０７工作面膏体充填材料采用加气混凝土配方，工作面每天推进２．４ｍ，充填步距为３．６ｍ㊂地面充填站充填能力１４０ｍ３／ｈ，系统破碎能力为１００ｔ／ｈ㊂充填面充填管路的铺设路线为：充填站ң充填钻孔ң至－４１０ｍ水平北翼运输大巷联络巷段ң－４１０ｍ水平北翼运输大巷联络巷段ң２１６０轨道大巷段ң１１６０运输上山段ң１１６０７轨道巷段ң开切眼㊂图４为井下充填管路㊂为了评价工作面膏体充填实施效果，在１１６０７膏体充填工作面采用单孔恒定水压（０．２０ ０．３５ＭＰａ）法向底板观测钻孔内注水㊂通过工作面底板单位时间内注水量，反映底板裂隙发育程度㊂图５为实测所得的每个钻孔的注水漏失量随钻孔深度的变化规律㊂根据实测结果，１１６０７膏体充填工作面底板最大破坏深度为６．５ｍ［２２］，远小于垮落工作面图４㊀１１６０７工作面膏体充填井下充填管路Ｆｉｇ．４㊀ＦｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｏｆＮｏ．１１６０７ｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ底板破坏深度１６ｍ㊂膏体充填开采明显控制了底板破坏，实现了承压水上的安全开采㊂图５㊀底板钻孔注水漏失量变化Ｆｉｇ．５㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｌｅａｋａｇｅｆｒｏｍｂｏｒｅｈｏｌｅｉｎｂｏｔｔｏｍｐｌａｔｅ后续开采的１１６０５工作面同样采用了膏体充填技术，实测底板破坏深度为６ｍ，实现了承压水上的安全开采［２３］㊂４　膏体充填在济北矿区的应用展望济北矿区煤矿在３号煤层开采过程中，形成了大量的条带煤柱，近些年采用膏体充填技术，采出了很多条带煤柱，在解放３号煤层被压覆煤炭资源方面发挥了巨大优势㊂随着３号煤层资源逐步枯竭，将进一步开采下组１６㊁１７号煤层，膏体充填开采技术在济北矿区的推广应用需要从以下方面继续深入研究㊂１６号煤层下部赋存有高承压的十三灰和奥灰承压含水层（图６），十三灰距离煤层２０ ２５ｍ，如果采用常规全部垮落法开采，势必造成底板破坏深度大，底板受承压水威胁增加㊂膏体充填已在承压水上进行了成功的开采试验，但是需要进一步深入研究采用膏体充填进行承压水体上开采的相关理论和优化工艺㊂济北矿区多数煤矿上部３号煤层已经回采，很多采区进行了条带煤柱置换充填开采，如果下部１６号煤层开采，存在多煤层重复采动问题，已经进行充填开采的支撑体将面临下部煤层开采影响下的二次稳定性问题，因此需要研究在近距离膏体充填开采２２２孙希奎： 三下 采煤膏体充填开采技术研究２０２１年第１期图６㊀岱庄煤矿下组煤与含水哈层的位置关系［２３］Ｆｉｇ．６㊀ＬｏｃａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｌｏｗｅｒｃｏａｌｓｅａｍａｎｄａｑｕｉｆｅｒｉｎＤａｉｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ工作面对建筑物保护的理论和对应的技术措施㊂随着开采深度增加和多煤层重复开采扰动问题的出现，在复杂开采条件下膏体充填工艺㊁设备㊁流程方面的优化问题，使充填效果和充填成本的匹配达到最优㊂充填材料选择方面，应考虑与先进的ＴＤＳ井下煤矸智能分选系统相结合，实现矸石不升井，就地加工利用，将充填系统移至井下，完成充填膏体材料的制备与输送，减少由井上到井下的输送环节，提高充填效率，进一步降低充填成本㊂５㊀结㊀㊀论１）自膏体充填开采技术首次应用以来，经过近１５年的发展，从原理㊁充填材料㊁工艺技术㊁主要装备等都得到了很大的进步，应用范围也由最初建筑物下条带煤柱的置换开采扩展到高层建筑物保护㊁底板承压水害防治，应用范围越来越广泛，适应性越来越强㊂２）重点以岱庄煤矿条件为例，介绍了膏体充填在条带煤柱的置换开采㊁高层建筑下压煤开采㊁承压水上煤炭开采等方面的实践应用，有效回收了条带煤柱㊁保护了高层建筑，解放了受底板承压水威胁的煤炭资源，取得了显著的应用效果㊂３）结合淄博矿业集团济北矿区实际开采情况和未来回采计划，提出膏体充填开采应重点在承压水体上开采的相关理论和工艺技术㊁重复采动影响下建筑物保护的理论和对应技术措施㊁复杂条件下充填工艺㊁设备㊁流程优化以及与井下煤矸智能分选系统相结合等方面进行拓展和技术攻关㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀钱鸣高，许家林，缪协兴．煤矿绿色开采技术［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００３，３２（４）：５－１０．ＱＩＡＮＭｉｎｇｇａｏ，ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＭＩＡＯＸｉｅｘｉｎｇ．Ｇｒｅｅｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌ⁃ｏｇｙ，２００３，３２（４）：３４３－３４８．［２］㊀周华强，侯朝炯，孙希奎，等．固体废弃物膏体充填不迁村采煤［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００４，３３（２）：１５４－１７７．ＺＨＯＵＨｕａｑｉａｎｇ，ＨＯＵＣｈａｏｊｉｏｎｇ，ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ｅｔａｌ．Ｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｆｏｒｎｏｎｅ－ｖｉｌｌａｇｅ－ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，３３（２）：１５４－１５８．［３］㊀张吉雄．矸石直接充填综采岩层移动控制及其应用研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２００８．［４］㊀冯光明，孙春东，王成真，等．超高水材料采空区充填方法研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１０，３５（１２）：１９６３－１９６８．ＦＥＮＧＧｕａｎｇｍｉｎｇ，ＳＵＮＣｈｕｎｄｏｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｚｈｅｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇｏａｆｆｉｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｉｔｈｓｕｐｅｒｈｉｇｈ－ｗａｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１０，３５（１２）：１９６３－１９６８．［５］㊀孙希奎，王㊀苇．高水材料充填置换开采承压水上条带煤柱的理论研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１１，３６（６）：９０９－９１３．ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ＷＡＮＧＷｅｉ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｉｇｈｗａｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｉｎｉｎｇｔｈｅｓｔｒｉｐｃｏａｌｐｉｌｌａｒａｂｏｖｅｃｏｎｆｉｎｅｄａｑ⁃ｕｉｆｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，３６（６）：９０９－９１３．［６］㊀许家林，朱卫兵，李兴尚，等．控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２００６，２３（１）：６－１１．ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＺＨＵＷｅｉｂｉｎｇ，ＬＩＸｉｎｇｓｈａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙｏｆｐａｒｔｉａｌ－ｆｉｌｌｉｎｇｔｏｃｏｎｔｒｏｌｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ⁃ｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇ＆ＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，２３（１）：６－１１．［７］㊀许家林，倪建明，轩大洋，等．覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（１２）：８－１１．ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＮＩＪｉａｎｍｉｎｇ，ＸＵＡＮＤａｙａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｏｕｔｖｉｌｌａｇｅｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｂｙｉｓｏｌａｔｅｄｇｒｏｕｔｉｎｊｅｃｔｉｏｎｉｎｔｏｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（１２）：８－１１．㊀［８］㊀许家林，轩大洋，朱卫兵，等．部分充填采煤技术的研究与实践［Ｊ］．煤炭学报，２０１５，４０（６）：１３０３－１３１２．ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＸＵＡＮＤａｙａｎｇ，ＺＨＵＷｅｉｂｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙａｎｄａｐｐｌｉ⁃ｃａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１５，４０（６）：１３０３－１３１２．［９］㊀ＢＲＡＣＫＥＢＵＳＣＨＦＷ．Ｂａｓｉｃｓｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４，４６（１０）：１１７５－１１７８．［１０］㊀杨庆铭，江道罴．济北矿区设计建设之创新［Ｊ］．山东煤炭科技，２０００（４）：８－９．ＹＡＮＧＱｉｎｇｍｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＤａｏｐｉ．ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＪｉｎｂｅｉｍｉｎｉｎｇａｒｅａ［Ｊ］．ＳｈａｎｄｏｎｇＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００（４）：８－９．［１１］㊀蒋昊良．岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究［Ｄ］．徐３２２２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷州：中国矿业大学，２０１５．［１２］㊀李㊀博．岱庄煤矿膏体充填工作面覆岩运动规律与支护优化研究［Ｄ］．青岛：山东科技大学，２０１１．［１３］㊀杨贤江．岱庄煤矿膏体充填绿色开采技术实践［Ｊ］．山东煤炭科技，２０１９，２５（５）：１８９－１９１．ＹＡＮＧＸｉａｎｊｉａｎｇ．ｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｇｒｅｅｎｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｉｎｄａｉｚｈｕａｎｇｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＳｈａｎｄｏｎｇＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，２５（５）：１８９－１９１．［１４］㊀赵才智．煤矿新型膏体充填材料性能及其应用研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２００８．［１５］㊀常庆粮．膏体充填控制覆岩变形与地表沉陷的理论研究与实践［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２００９．［１６］㊀王光伟．膏体充填开采遗留条带煤柱的理论研究与实践［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１４．［１７］㊀孙希奎，李秀山，施现院，等．煤矿膏体充填矿压显现规律的充实效应研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１）：４８－５３．ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ＬＩＸｉｕｓｈａｎ，ＳＨＩＸｉａｎｙｕａｎ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｉｎｅｓｔｒａｔａｂｅｈａｖｉｏｒｗｉｔｈｆｕｌｌｂａｃｋｆｉｌｌｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（１）：４８－５３．［１８］㊀韩文骥，宋光远，曹㊀忠，等．膏体充填开采孤岛煤柱覆岩移动规律研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１３，４４（５）：２２０－２２３．ＨＡＮＷｅｎｊｉ，ＳＯＮＧＧｕａｎｇｙｕａｎ，ＣＡＯＺｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｌａｗｓｏｆｓｔｒａｔａｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｉｓｏｌａｔｅｄｃｏａｌｐｉｌｌａｒｗｉｔｈｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１３，４４（５）：２２０－２２３．［１９］㊀张洪鹏，宋来智．高层建筑物下膏体充填开采充填率优化研究及应用［Ｊ］．煤炭科技，２０１８，１５４（２）：１２２－１２４．ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｐｅｎｇ，ＳＯＮＧＬａｉｚｈｉ．Ｓｔｕｄｙｏｎｆｉｌｌｉｎｇｒａｔｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｈｉｇｈｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｇａｚｉｎｅ，２０１８，１５４（２）：１２２－１２４．［２０］㊀蒋昊良．岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１５．［２１］㊀孙希奎，常庆粮．承压水上膏体充填率与充填体强度对底板破坏深度的影响［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（６）：１８０－１８３．ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ＣＨＡＮＧＱｉｎｇｌｉａｎｇ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｒａｔｅａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｂｏｖｅｃｏｎｆｉｎｅｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｏｎｆｌｏｏｒｆａｉｌｕｒｅｄｅｐｔｈ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１７，４８（６）：１８０－１８３．［２２］㊀廖志恒．承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征［Ｊ］．煤矿安全，２０１８，４９（４）：１８５－１８８．ＬＩＡＯＺｈｉｈｅｎｇ．ｍｉｎｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄｄａｍａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｌｏｏｒｂｙｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｏｎｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１８，４９（４）：１８５－１８８．［２３］㊀刘伟涛．岱庄煤矿下组煤承压水上膏体充填开采安全性研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１７．４２２。

似膏体充填在煤矿开采中的应用【摘要】通过调研论证，结合曹庄煤矿的实际从防治承压水的角度分析，曹庄煤矿选择流体充填开采技术方案【关键词】充填流体曹庄煤矿1965年建成投产，设计生产能力60万吨/年，最新核定生产能力120万吨/年，曹庄井田为水文地质条件复杂型矿井。

截止2008年底矿井剩余可采储量2140万吨，其中受水威胁储量1555万吨，占矿井可采储量的72.6%。

随矿井开采水平的延伸及服务年限的延长，受水威胁煤量比例逐年增加，受水威胁程度愈加严重。

现有的防治水措施已不适应深部复杂的水文地质条件。

在此背景下，组织人员考察采空区充填技术解决矿压对底板的破坏及坚硬顶板的放顶问题。

在广泛调研基础上，2009年年底完成项目可行性论证，2010年一季度开工建设，2010年7月份开始试充填，目前已经充填完成10万多立方米。

1 似膏体充填开采技术1.1 工程实施的必要性（l）承压水体上试采，解放受水威胁煤炭储量的需要。

2004年3月27日曹庄矿81004工作面奥灰突水，标高-360米，最大突水量495m3/h，造成-480m水平延深巷道被淹。

2008年四季度回采91002工作面时，面前多点渗水，采空区出水，最终出水量达到120m3/h，回采标高-330米。

2010年一季度回采10102工作面时，出现了与91002工作面相似的工作面出水，最终出水量达到80m3/h，回采标高-360米。

三个面出水时的五灰突水系数都在0.05mp/m一下。

总结分析底板突水的主要原因，除五灰奥灰含水层富水性强、断裂构造发育、有效隔水层的间距小等因素外，其中很重要的一个原因就是矿压对底板扰动破坏深度大，且与采深成正比关系。

特别是8煤直接顶板为坚硬岩石第四层石灰岩，厚度5m左右，采后不易冒落，即使采取人工强制放顶措施，也难以将四灰全部切断，极易造成大面积悬顶，在初压或周压划问受矿压影响，对底板的扰动破坏裂隙直接与含水层的原始导升裂隙沟通，局部地段可能直接达到五灰含水层，导致突水。