充填站膏体充填流程

关于膏体充填的基础知识（一）
1. 关于膏体充填
首席版：膏体充填将一种或多种固体物籼与水进行优化组合，配制成具有一定稳定性、可塑性的牙膏状的浆体，在外加力(泵压)或重力作用下以柱塞流的形态，用管道输送到地下采空区完成充填作业的过程，称之为膏体充填。

院士（摘录）版：膏体充填是将全尾砂（有时加骨料）制成膏体，泵送到充填区，其显著特点是进入采空区的料浆不需要脱水。

探讨版：膏体充填是将尾砂、粉煤灰、胶结剂、水等进行搅拌到65至80的浓度，用膏体机输送。

好像有一定的距离要求，远距离的浓度小一点，好像最大的距离在4000米左右。

补充版：膏体和传统高浓度充填都要做两相流环管实验，主要测试浓度高低对管路的压力变化及充填料的流动性，流速等参数。

2.关于柱塞结构流
膏体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。

膏体充填开采工艺在太平煤矿的应用摘要：解决了薄基岩条件下安全生产和提高开采上限的问题以及村庄下压煤开采问题。

关键词：薄基岩、膏体、充填山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿位于山东省邹城市太平镇境内，处于兖州煤田西南隅。

于1987年6月动工兴建，1992年简易试生产，设计生产能力30万t/a，经改扩建后，2011年核定生产能力为75万t/a。

主采煤层为3、16上和17煤层，其中3煤层，平均厚度8m左右。

太平煤矿利用膏体充填工艺主要解决了3煤层薄基岩条件下安全生产和提高开采上限的问题以及村庄下压煤开采问题。

膏体充填工艺中的主要流程包括物料准备、料浆制备、管道泵送等几个方面，现将膏体充填工艺在太平煤矿应用简介如下：一、物料准备1.河砂准备膏体充填使用的主要骨料为附近泗河河砂。

2.胶结料准备胶结料由散装水泥罐车从厂家运输到充填站，装入胶结料圆筒仓备用。

3.粉煤灰准备粉煤灰由散装水泥罐车从厂家运输到充填站，装入粉煤灰圆筒仓备用。

4.水准备在地面充填站内打2个水井保证充填所需用水。

水井内的水由1台流量150 m3/h、扬程80 m 的潜水泵经Ф108 mm水管抽至充填站蓄水池备用。

5.电力供应充填站的电力由太平煤矿井下电网供应，井下6 kV高压电由630变电所通过垂直电缆钻孔接充填站变电站。

二、料浆制备膏体料浆制备主要由上料系统、称量系统搅拌机、缓冲料浆斗、变频螺旋搅拌输送机、控制系统、除尘系统等组成。

膏体料浆的制备由搅拌系统的控制软件根据材料配比自动完成。

搅拌系统设计生产能力为160 m3/h。

1.配料方式太平煤矿膏体充填配料包括河砂、粉煤灰、胶结料及水，这些物料的配料过程及其控制如下：（1）河砂定量供给：利用河砂缓冲仓将河砂在规定的时间范围内称量至设定值，然后由倾斜皮带运送到河砂中途仓。

（2）胶结料定量供给：启动破拱器，利用料仓螺旋给料机在规定的时间范围内使所加物料正好达到设计值。

（3）粉煤灰定量供给：启动破拱器，利用料仓螺旋给料机在规定的时间范围内使所加物料正好达到设计值。

南京铅锌银矿全尾砂膏体充填系统（简介）1、工区充填站布置：充填站总长度约50m，总宽度约25m，占地面积约800 m2，主要由两个容积分别约为800m3的卧式全尾砂沉降池，一个容量170t的立式散装水泥仓，一个回水池及充填作业控制室、休息室、试验室组成。

2、充填钻孔及井下管网膏体充填料浆经原有钻孔下放至-125m中段后，自-125m水平以下利用100米或50米深中段间钻孔或充填管道井，水平管道总长度控制在400—600m之内，从而使-425m 以上各中段充填倍线降低至2.2—2.9。

-425m以下各中段矿体向西侧伏，侧伏角约45°，矿体倾角80°上下，随着开采深度的下降，充填倍线将不会增加。

管道采用钢丝编织高强塑料管，管道内径90mm。

3、全尾砂膏体充填系统工艺流程南京铅锌银矿全尾砂膏体充填系统流程：采用全尾砂及32.5级硅酸盐水泥作为充填料。

全尾砂经自然沉降脱水、压气造浆后放砂至搅拌机，水泥则经双管螺旋及电子秤添加至搅拌机。

料浆经双卧轴连续搅拌机及高速搅拌机两段搅拌后，最终经充填钻孔及井下管网自流输送至井下采场充填。

具体描述如下：全尾砂输送：选厂全尾砂经老充填站高扬程渣浆泵加压后，浓度50~55%、流量50m3/h左右，经全尾砂输送管输送至膏体充填站。

全尾砂脱水：（自然沉降脱水、压气造浆）膏体充填站设立两个容积分别约为800m3的卧式沉降池。

在充填作业中，两个沉降池交替使用，即当其中一个沉降池进行放砂及充填作业时，另一个沉降池则用于进砂及沉降脱水，砂池交替进砂或放砂通过开启或关闭分流阀来实现。

当沉降池进砂完毕并经自然沉降后，即可通过放水阀将全尾砂料浆面上澄清的水排入回水池，澄清水经回水泵加压输送至选厂循环使用。

沉降池中全尾砂经自然沉降脱水后，即可进行压气造浆。

空压机站压气通过总进风管及进风总闸进入充填站，每个沉降池中布置压气造浆喷嘴、球阀等压气造浆设施。

充填前对池中全尾砂进行压气造浆，待池中全尾砂造浆均匀后，即可打开砂仓放砂阀通过放砂管向搅拌机供给全尾砂浆。

......煤矿三下采煤采空区充填站矸石膏体充填细则1.矸石浆充填试验的前提条件每次进行矸石浆充填之前，必须确认一下条件都具备，才能够实施。

（1）一次连续充填任务量大于110m3。

矸石浆充填在开始和结束阶段都需要55 m3足够的灰浆与清水隔离，如果一次性充填任务小于110 m3，就不能够使用矸石充填。

所以，矸石浆充填的前提条件之一是一次连续充填任务量大于m3。

（2）对所用普通水泥、粉煤灰、矸石进行配比性能检测实验，确定的灰浆与矸石浆实验结果均满足：坍落度21-24，可泵时间不小于3h，1d抗压强度大于0.2Mpa，28d抗压强度大于4Mpa。

（3）充填系统（1#、2#子系统）设备确认完全正常。

（4）充填站和充填工作面主要相关人员熟悉和掌握本试验方案。

（5）必须对站上的所有设备进行全面确认无误。

（6）充填站要提前备好各种材料，满足充填需要。

2.充填材料配比与用量矸石浆充填需要两种膏体，一是粉煤灰与普通水泥制成的灰浆，二是由矸石、粉煤灰与普通水泥制成的矸石浆。

（1）灰浆配比用量①普通水泥灰浆按照坍落度23±2cm设计与调整。

推荐灰浆参考配比为：质量浓度C W=54%,普通水泥用量C=256kg/m3,粉煤灰用量F=768kg/m3,水用量W=860kg/m3,添加剂24kg/m3(添加剂为水)。

实际配比依据充填站充填前的配比实验和充填过程中料浆的实际稠度变化情况进行适当调整。

充填过程中调整配比的标准是在充填管路系统全部充满灰浆，泵送速度90~100 m3/h，井下干线管末端截止阀全部打开条件下，泵送压力不超过6Mpa。

如果上述条件下泵送压力大于6Mpa，灰浆浓度需要降低0.5-1个百分点;反之，如果上述条件下泵送压力小于5Mpa，灰浆浓度则需要提高0.5-1个百分点。

②充填开始阶段的灰浆推水，与充填结束时灰浆推矸石浆，两种情况的灰浆用量相同，每次都需要灰浆量55 m3，即55罐次（每罐1 m3），其中，需要水泥14t，粉煤灰42t，水48t。

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]。

充填站膏体充填流程充填前膏体充填控制系统操作员（以下简称操作员）和充填车间作业人员对系统所使用的设备进行送电、检查、试运行，确认设备正常后开始进入正常的充填流程。

具体操作流程及注意事项如下：步骤一、打水充填站值班人员与工作面充填负责人联系后，确认开始充填，开始进行打水，操作员运用计算机系统（膏体充填控制系统）控制水泵G通过管路1注水到料浆斗K中，利用充填泵L通过管路打水到工作面。

注：此处打水的作用是将整条管路注满，排出管路内的空气。

步骤二、打灰浆当井下通知水到工作面后，操作员在系统任务设定选项中设置灰浆配比，设备根据系统设定进行自动配料，自动配料步骤如下：1、水泵G通过管路3将水加注到水称料斗H内，粉煤灰和水泥分别通过给料机进入称料斗E和F内。

待达到设定值时，水泵和给料机自动停止供应，E和F内的粉煤灰和水泥投入搅拌机J内，H内的水通过管路加压泵I注入搅拌机J内，由于搅拌机容量限制需要分多批次（1m³/批次）进行搅拌。

2、粉煤灰和水泥通过搅拌机搅拌50s形成灰浆，投入料浆斗K中，由充填泵L输送到井下工作面。

注:灰浆作用是隔离前面的水和后面的矸石浆，防止矸石浆直接与水结合造成矸石浆离析，在输送过程中堵管。

料浆斗内的水位在剩余600mm左右开始投放第一批灰浆。

作用是保证管路内一直保持满管，防止出现真空段，造成间隔性堵管。

后面批次投放灰浆由系统自动控制进行。

步骤三、打矸石浆当灰浆投放完毕后，操作员在系统任务设定选项中设置矸石浆配比，设备根据系统设定进行自动配料，自动配料步骤如下：1、水泵G通过管路3将水加注到水称料斗H内，粉煤灰和水泥分别通过给料机进入称料斗E和F内，矸石通过矸石给料皮带A将1#和2#矸石仓的矸石输送到矸石称重皮带B 进行称量，达到设定值后经过振动筛（图中无显示，位于B 和C之间）和履式皮带C投放到矸石称量斗D内。

待D、E、F、H称料达到设定值时，水泵和给料自动停止供应，D、E、F、H内的矸石、粉煤灰、水泥和水投入搅拌机J内，由于搅拌机容量限制需要分多批次（1.6m³/批次）进行搅拌。