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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。
煤矿膏体充填开采工艺的探讨摘要：工艺方法的实施是煤矿膏体充填开采的重要组成部分，研究其相关课题有着重要意义。
本文首先对相关内容做了概述，分析了煤矿膏体充填开采技术应用的优势，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就膏体充填开采技术应用要点展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：煤矿膏体；充填；开采；工艺1前言煤矿膏体充填开采是一项实践性较强的综合性工作，其工艺方法的特殊性不言而喻。
该项课题的研究，将会更好地提升对煤矿膏体充填开采工艺的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项开采工作的最终整体效果。
2概述20世纪60年代抚顺胜利煤矿采用水砂充填技术开采出了保护煤柱，虽然获得了较好的开采效果，但是成本高、工艺复杂，限制了该技术的普及。
直至20世纪80年代，膏体充填技术由于其有效解决了水砂充填过程中存在的泌水问题，须建立隔排水系统等问题，该材料是牙膏状浆体，不仅不会发生泌水现象，而且可以在流速较低的情况下正常泵送，大大提高了充填效率，故其在煤矿生产中的应用越来越广泛。
充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分，也是解决建筑物下大量压煤开采的重要途径。
其中膏体充填技术与钱鸣高院士提出的绿色开采理论相符，可有效防止采空区的塌陷，提高开采安全，能够有效控制开采过程中顶板的稳定性，防止溃砂溃水和顶板事故，防止矿井重特大事故的发生。
3煤矿膏体充填开采技术应用的优势3.1稳定性更强充填开采技术的应用中充填材料的性质与充填开采作业的效果是具有直接关系的，膏体充填开采主要是使用矸石粉、粉煤灰、胶固料、矿井水等混合形成的膏体作为填充材料，通过膏体的凝结发挥出充填支撑的作用，膏体材料往往能够具有较强的稳定性，这对于防止分层、离析等问题的发生是具有着良好效果的。
膏体充填材料的强稳定性与其充填料浆的高浓度是有很大关系的，传统充填技术中所使用的充填料浆浓度最高只能达到65%，普遍属于低浓度充填料浆，而膏体充填开采技术中所使用的充填料浆的质量浓度一般都可达到75%-82%的水平，如配合骨料的使用甚至可达到88%，高质量浓度也赋予了膏体充填材料较强的屈服切应力和塑性粘度，在同一横截面上浆体流动速度为常数，浓度、流速基本不会发生改变，因此稳定性更高。
煤层开采中充填采煤技术分析摘要：煤炭资源对我国经济的发展起着重要作用，随着工业现代化的发展。
煤炭的开采量大幅度增加，煤层采空区的处理与加固成为煤矿企业、专家学者关注的问题之一，也是当下亟须解决的问题。
为了进一步满足采煤的需求，人们提出一种充填采煤技术。
这种技术已被广泛应用在煤矿生产过程中，可有效解决采矿造成的环境问题，例如固体废弃物污染、土地沉降等。
充填采煤可以有效阻止地表沉陷和岩层移动，进一步提高煤矿企业的生产效率。
关键词：煤层开采；充填采煤技术；膏体充填；煤矸石充填引言为了适应煤层多种多样的开采条件，现在的采煤多采用综合机械化方式进行开采，某矿工作面同样运用多种机械化设备来完成矿山的开采和运输。
近几年，随着我国社会经济发展速度的加快，经济市场变得越来越景气，在诸多产业中，煤炭产业仍占据主要地位，为建设社会主义现代化强国提供了强有力的支撑。
但是，在煤矿实际采掘过程中，随着开采深度和难度的增加，地质结构遭到了严重的破坏。
当前煤炭产业也在不断寻找新思路进行创新，其中充填采煤技术具有一定的应用优势，该技术不仅可以充分利用废弃物进行有效充填，还可以在很大程度上提升煤矿的生产效率，降低对环境的污染。
1.充填采煤技术概述煤矿企业对我国的经济发展具有重要作用，但是煤矿企业在开采过程中由于开采技术或方法的不当使用，不可避免地对环境造成了一定的污染。
造成污染的主要原因是煤矿开采过程中工作人员使用技术不当以及存在一些破坏性开采，导致煤矿岩层出现了沉降，更严重时甚至对岩层造成了损害，同时给周边环境也造成了污染，打破了生态环境的动态平衡，产生不利影响。
为了避免这一问题带来的影响，国家提倡采取绿色开采。
煤矿企业必须从自身出发进行整合、改进以及革新，更好地满足社会经济发展的现代化需求，减少现阶段高耗能、高污染的情况，真正实现向环保和高资源利用率的转变，进而提高煤炭开采的质量和效率，更好地促进自身的可持续发展。
因此煤矿企业必须不断对技术进行优化，积极应用新的开采技术，例如在实际开采过程中可应用充填采煤技术，减少岩层沉降现象，保证开采的安全性和稳定性以及煤炭开采工作的顺利进行，进而提高煤炭开采效率。
《煤矿采空区粉煤灰膏体充填材料性能实验研究》篇一一、引言随着煤炭开采的深入进行，煤矿采空区的处理问题日益突出。
其中，粉煤灰膏体充填技术作为一种有效的采空区处理方法，得到了广泛的应用。
该技术通过使用粉煤灰等材料制备成膏体充填材料，对采空区进行充填，以达到控制地表沉陷、保护环境和保障煤炭资源安全开采的目的。
因此，对粉煤灰膏体充填材料的性能进行研究，对于提高充填效果、保障煤炭资源的安全开采具有重要意义。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验所使用的粉煤灰膏体充填材料主要包括粉煤灰、水泥、水等。
其中，粉煤灰采用工业废弃物粉煤灰，水泥采用普通硅酸盐水泥。
2. 实验方法本实验采用室内实验方法，通过制备不同配比的粉煤灰膏体充填材料，对其力学性能、物理性能、化学性能等进行测试和分析。
具体实验步骤如下：（1）制备不同配比的粉煤灰膏体充填材料；（2）对制备的充填材料进行力学性能测试，包括抗压强度、抗拉强度等；（3）对充填材料的物理性能进行测试，包括密度、含水率、干密度等；（4）对充填材料的化学性能进行测试，包括pH值、胶凝时间等；（5）分析不同配比充填材料的性能差异及其影响因素。
三、实验结果与分析1. 力学性能分析实验结果表明，粉煤灰膏体充填材料的抗压强度和抗拉强度随着水泥掺量的增加而增加。
当水泥掺量达到一定值时，充填材料的力学性能达到最优。
此外，充填材料的力学性能还受到粉煤灰的粒度、形状等因素的影响。
2. 物理性能分析充填材料的密度和含水率随着水泥掺量的增加而降低，而干密度则随着水泥掺量的增加而增加。
此外，粉煤灰的粒度、形状等因素也会影响充填材料的物理性能。
3. 化学性能分析充填材料的pH值和胶凝时间等化学性能指标表明，粉煤灰膏体充填材料具有良好的化学稳定性。
同时，水泥的掺入可以加速充填材料的胶凝过程，提高其固化速度。
4. 影响因素分析实验结果表明，粉煤灰的粒度、形状、水泥掺量等因素都会影响充填材料的性能。
其中，粉煤灰的粒度越小、形状越圆滑，充填材料的力学性能和物理性能越好。
无人机巡视系统操作界面以及所拍摄的图片中国设备工程 2024.03（上）图1 地面系统工艺流程图（1）矸石破碎子系统设计。
矸石破碎子系统主要负责矸石的存储、运输、破碎、筛分，为充填站生产提供合格的矸石粉；配比搅拌子系统主要负责原料的存储、给料、称量，是配制搅拌膏体的生产线。
矸石破碎加工系统设计在矸石棚内，包含原矸存储功能，选用系统移动锤式破碎站为主体，矸石破碎系统能力200t/h。
膏体搅拌配比泵送系统包含搅拌配比子系统及泵送子系统，其中搅拌配比子系统搅拌能力不低于满足充填泵送系统的能力。
泵送子系统选用一配备一台应急泵。
84研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2024.03（上）向井下工作面输送，是自动化泵送的控制平台。
视频监测子系统主要负责充填系统关键环节的视频监视复核，是提高系统可靠性的重要组成部分。
管路闸阀监控子系统主要负责充填系统管路压力的远程监测及闸阀的远程控制，是预防事故及快速处理的重要组成部分。
生产管理系统主要负责第1～5项子系统的生产管理系统，包括用户权限管理、订单管理、仓容\仓料名管理、配方管理、设备参数管理、历史报警、历史趋势和用户操作追溯。
集控系统应急反应操作系统主要结合充填工艺和管路监测压力，对出现配料不足、管道压力过高等等突发情况进行应急操作。
数据接口和远程服务系统主要负责充填系统和企业层信息的数据接口要求，远程服务可以更快、更准确地为现场提供解决处理问题方案。
上述8个部分相互配套，协同运行，共同构成自动控制及监测系统的整体。
按照膏体充填生产工艺要求，需要在实现膏体充填设备全流程监控的基础上，具备更多自动化、信息化、智能化的特征。
自动化：充填全流程控制。
基于PLC 和组态软件的过程控制系统在矿山充填行业已较为成熟，除具备传统组态系统的界面、报警、归档、参数配置功能，项目将实现过程控制(即从原料到充填工作面)自动化，井上充填制备订单式一键启动，井下阀门远程监控，井下液位自动检测，全流程可视化的集控系统，保障生产过程全天候安全、稳定、高效运行。
控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究发布时间：2022-07-22T02:10:50.216Z 来源：《工程建设标准化》2022年6期作者：杨荣[导读] 在煤矿开采过程难免会遇到地质沉陷问题，对周围建筑物的稳定性、自然生态环境会造成严重影响。
杨荣（身份证号码：******************）摘要：在煤矿开采过程难免会遇到地质沉陷问题，对周围建筑物的稳定性、自然生态环境会造成严重影响。
在我国社会经济持续发展的背景下，对煤炭资源的需求量与日俱增。
为保证煤炭开采的安全性，提升开采效率，需要采取科学有效的技术来控制煤矿开采沉陷问题。
基于此，开展控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究就显得尤为必要。
本文对当前我国煤矿开采中产生沉陷技术概念和原理进行分析，并对如何控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术进行讨论，希望能够给相关从业人员提供思路。
关键词：控制；煤矿开采沉陷；充填开采技术前言煤层经过开采之后，地表会发生不同程度的位移，关键层就会充分体现控制功能，一旦失去控制效果，就极易引起地面沉陷。
需对关键层进行有效保护，保证关键层的稳定性和牢固性，才能避免发生煤矿开采沉陷。
而部分充填开采技术的主要应用机理为：在煤矿开采过程中，先对覆盖层的关键层具体位置进行分析判断，然后研究其发生破碎的特点，按照分析结果，合理设计条带开采，最后和其他部分充填开采技术相互结合，保证关键层的稳定性和煤矿开采的安全性。
因此，在煤矿开采沉陷中应用部分充填开采技术是可行的。
1煤矿开采沉陷造成的危害煤矿开采沉陷指的是在煤矿开采中，原有地质结构被破坏引起的地质沉陷问题，此种问题对地面建筑物会造成较大程度的破坏。
在煤矿开采之前，通常需要将地面建筑全部或者部分拆除，以避免发生煤矿开采沉陷问题，此种做法会大幅度提升煤矿开采的成本。
此外，煤矿开采沉陷也会对周围的自然生态环境造成不同程度的影响，如果情况严重，甚至会引起地下水渗漏问题，引起不必要的安全事故。
上向下向嵌套式膏体充填采矿技术研究与应用发布时间：2022-07-25T00:54:34.308Z 来源：《工程建设标准化》2022年3月第6期作者：孙义迎[导读] 能够更好的提高生产能力，同时降低在生产过程中的成本目标，能够对矿山类的工程实践经验进行很好的总结。
孙义迎（山东能源西北矿业平凉五举煤业有限公司）摘要:在我国某铅锌矿采用膏体充填采矿的办法是为了能够更好的对矿山进行合理的开采，我们必须要我对膏体填充上向式经济的高效与下向式安全可靠优点进行合理的结合，在采取分段回踩的过程中，我们可以进行嵌套的使用向上式的采矿方法能够对矿体进行稳定下项式的矿办法能够对破碎的矿体进行开采，能够更好的提高生产能力，同时降低在生产过程中的成本目标，能够对矿山类的工程实践经验进行很好的总结。
关键词:膏体充填，嵌套式采矿技术，深井矿山，采场稳定性引言根据调查和走访表明，在我国进入开采深度大于1km的深井矿山中，大约有16座矿山，并且在进行深井矿山采矿方法理论上基本选用的是膏体填充采矿方法。
很多人员对于这项采矿技术进行了综合的研究和分析，并且也同时对其他的方法进行了不断的优化，希望能够针对不同的方式来进行综合的考虑。
主要目的就是希望能够通过应用这些方式来更好的为后续开采内容进行有力的帮助。
1研究现状针对目前的研究来说，志成等人对于铅笔铜矿采用的上向水平分层膏体充填的采矿办法来进行了优化，改进了相关钻杆的连接的方式，能够对降本增效的目的进行更好的实现，其中玛旦江等人对于铜辉矿业中回采过程所存在的某些问题和环境问题等内容进行了综合的了解和分析。
表明了在进行下向式的进入膏体充填过程中，这种方法能够代替崩落法的研究，并且能够更好的对其方法进行充分的人员安全保障以及设备安全保障。
在蔡红蓉等人在进行的铅锌矿的机械化矿区中对于下向进入膏体充填办法的应用。
充分分析过程中对固体废料的存储问题进行了有效的研究，并且对开采过程中地表塌陷的内容进行了控制和解决，实现了更加安全化的生产和可控性。
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，这样才可以更好的隔离支架；再次，综合考虑煤矿实际情况展开充填材料选择，保证材料强度科学合理，并且保证充填结束3~5h以后，膏体就具备足够强度，可以满足煤矿开采需要。
矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究胶结充填技术作为深井、复杂、特殊条件矿床的一种行之有效的开采技术，已有约半个世纪的历史，经历了低强度混凝土胶结充填、低浓度尾砂胶结充填、全尾砂高浓度胶结充填、全尾砂膏体胶结充填、高水速凝尾砂胶结充填等。
本文针对地下采空区膏体充填理论与技术进行了系统、深入的研究，主要内容和结论如下：(1)从膏体料浆的重量浓度、屈服应力、流变曲线、可泵性等多方面揭示了膏体的特性。
膏体充填料浆在管道中无明显的浓度梯度和速度梯度，是非牛顿流体，其流变模型近似于宾汉姆体，其流动状态为结构柱塞流。
(2)膏体充填料浆配合比的优化、充填材料的替代创新、外加剂的添加以及磁化水技术与活化搅拌技术的应用，既保证了膏体充填管道输送的平稳顺利和充填质量，又使整个充填系统取得了较好的经济效果。
(3)深井条件下充填体能有效降低围岩能量耗散率和平均矿柱应力，通过建立能量控制采场围岩失稳风险预测的理论模型，计算采场围岩能量，从而实现对采场围岩失稳风险预测，该方法不仅是深井开采安全程度评价的有效手段，也也合理设计和选择深井采场结构参数、充填工艺及材料提供了重要的理论依据。
(4)对膏体充填矿山可供选择的两种充填系统的适应性进行了深入分析，并通过临界流态浓度的界定与料浆流态的转化措施的研究，充分论证了膏体自流充填系统将是我国膏体充填矿山应优先选择应用与发展的充填系统。
(5)全面分析了自由降落料浆对深井垂直管路的冲击作用机理，建立了料浆在垂直管路中运动的理论模型。
满管流输送系统由于料浆对管道的磨损率小、管道所受的压力低，尤其适合深井矿山充填需要。
(6)运用数值模拟的方法对膏体满管流输送系统进行了分析研究，重点研究了满管流膏体输送的阻力损失：阻力损失值随管道长度、膏体入口速度、膏体容重和有效粘度的增加而增大，但随管道内径的增加而减小。
分析结果与膏体输送理论与现场实践相符合，证明了ANSYS软件中的CFD模块是膏体管道输送的阻力损失计算的有效工具，从而为矿山膏体充填带来了一种全新的直观的数值模拟方法。
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。
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。
膏体充填采煤技术发展及工艺分析来海斌1，赵云龙1，于怀磊1，郑贺 1（1. 中国矿业大学孙越崎学院，江苏徐州 221116 ）摘要：针对我国煤炭资源储量形势日益严峻及对煤矿开采安全、环保等方面的要求日益严格的情况下，膏体充填开采作为解决“三下”采煤、保水开采、提高煤炭资源回收率、改善巷道支护条件等难题的有效方法之一，具有重要的研究意义。
本文对膏体充填开采的现状、具体开采工艺过程、膏体开采优势、需要解决的技术难题做了概述和总结，同时对膏体充填开采发展方向提出了建议。
关键词：充填开采；膏体充填；绿色开采1 膏体充填开采技术发展现状我国是煤炭生产和消费大国，其开采的接替性和高效性关系国民经济的发展。
随着资源的进一步向深部开发，我国煤炭开采也不得不着手解决“三下”压煤问题，解决这个问题的根本方法就是充填开采，而膏体充填开采技术以较完整的理论体系和成熟的工程实践成为主要的充填开采技术之一，并且会越来越普及，支撑煤炭资源开采，提高资源利用率，保护生态环境。
1.1 膏体充填开采发展背景截止到2012年底，我国煤炭资源“三下”压煤总量约为135亿吨，其中建筑物下压煤量约为87亿吨，约占压煤总量的64%，铁路下压煤量约为18亿吨，约占压煤总量的13%，并且随着城市化、工业化的发展，建筑物下、铁路下压煤比例呈现逐年增长的态势，也成为制约煤炭资源开发的主要原因之一[1]。
解决“三下”压煤问题必须从根本入手，控制岩层活动，最有效的方式就是充填开采，即采即充，将上覆岩层下沉量减小到最低，其中，膏体充填开采应用较为广泛。
膏体充填指的是把矸石、粉煤灰、河沙、风积沙、劣质土、城市固体垃圾等物料与胶结剂、水通过合理配比在地面制作“无临界流速、不需脱水”的牙膏状浆体，利用泵压或重力作用，经过管道输送到矿井下，适时充填采空区，起支撑上覆岩层和控制岩层活动的方法[2]。
根据某2个矿区的试验，膏体充填开采增加吨煤成本分别为40.87 元（部分充填）和80.72元（全部充填）低于搬迁村庄所增加的成本。
对煤矿井下充填式开采技术的思考资源开发地区社会稳定的一个突出问题是地企矛盾，主要原因是煤炭开采引发地表塌陷、水土流失、道路断裂、基础设施和房屋破损，矿区百姓的生活、生计、生产受到严重影响，而往往矿方一次货币补偿难以解决长远民生问题。
随着国家能源需求的不断增加，采空塌陷区也将不断增加，将会有更多的群众生产生活受到影响。
因此，煤矿推行充填式开采技术，已经成为关系国计民生的大事，成为建设生态文明、推动科学发展的当务之急。
标签：煤矿；充填式；开采技术所谓“充填式”采煤，是指将粉煤灰、风积沙等硅质材料配以速凝剂、固化剂和膨胀剂等辅料，按照一定比例制成高水膨胀材料作为充填物，通过地面钻孔，输送管路从地面充填站输入井下，从而实现以填充材料换取煤炭达到突破开采禁区的采煤方式。
这种技术突破村庄下等建筑物、水体、道路、铁路下，这些采煤禁区内有煤也能开采。
此项采煤方式具有运行成本低，煤炭回收率高、地表无明显沉降等诸多优势。
1 充填式开采技术的意义重大近年来，煤矿井下充填式开采技术在全国一些煤矿得到了研究和应用。
充填式开采技术一般采用膏体充填、高水充填、煤矸石充填三种开采工艺，能有效减少对土地、水资源、生态环境的破坏，提高资源的回收率。
该技术对解决我国煤矿开采与环境保护、煤矿开采与城市发展、煤矿开采与水资源保护、老矿区资源枯竭等问题具有一定的现实意义。
据调查，采用传统的“条带柱式”回采工艺，一些现有老矿可开采储量特别低。
尤其是遇到大型建筑群、水体和铁路下（简称“三下”）的情况，煤矿开采受到限制。
而充填式开采技术则突破这一瓶颈在禁区采煤。
从而实现地下与地面相安无事。
实施充填开采，有效增加了我国老矿区煤矿可采资源量，有利于安全采出剩余煤炭资源，提高煤炭资源回收率，同时，有效地控制了地表移动变形，缓解了地表水系和地下水资源的破坏、煤矸石占压耕地。
结合我国一些充填式开采的实践经验，文章对适合充填材料、充填技术等进行进一步研究、试验，因地制宜地探索煤矿井下充填开采模式，并积极推动成熟的煤矿先行开展井下充填开采试验试点，为促进煤炭资源绿色开采，实现矿区和谐发展打好基础。
煤矿膏体充填开采工艺的探讨瞿群迪,周华强,侯朝炯,关明亮(中国矿业大学能源科学与工程学院,江苏徐州 221008)摘 要:根据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,提出了适合煤矿应用的膏体充填方法,并结合某矿条件介绍了煤矿膏体充填开采的具体工艺流程。
关键词:膏体充填;不迁村采煤;充填工艺中图分类号:T D853134 文献标识码:B 文章编号:0253-2336(2004)10-0067-03 Discussion on mining technology with paste back filling in mineQU Qun2di,ZH OU Hua2qiang,H OU Chao2jiong,G UAN Ming2liang(School o f Energy Science and Engineering,China Univer sity o f Mining and Technology,Xuzhou 221008,China) 中国矿业大学钱鸣高院士最近提出了煤矿绿色开采技术[1],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515亿t[2]。
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[3,4],并且对矿区环境造成了严重破坏。
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[5]。
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。
波兰采用以水砂充填为主的充填法采出了建筑物下压煤总量的80%,我国抚顺、阜新、新汶等矿区也应用了该项技术并取得了较好的技术效果。
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[6,7],近十多年来,国内几乎未用该技术来开采村庄下压煤。
2 膏体充填技术在煤矿应用的可行性 在水砂充填基础上发展起来的膏体充填技术,在煤矿应用很少(只在德国M onopol、Walsum等煤矿得到应用),但其特有的技术优势使得该项技术在金属矿山得到了快速发展,并已成为21世纪金属矿山充填技术的一个重要发展方向[8]。
我国金川有色金属公司、大冶铜绿山铜矿也先后从20世纪90年代开始应用膏体充填技术,并取得了较好的技术经济效果。
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。
一方面,金属矿山工作面围岩较稳定完整,充填作业一般是在工作面回采结束后一次完成的,且对充填体的早期强度无特别要求;而煤层顶板的稳定性较差,充填作业必须与采煤作业协调进行,一般要求在直接顶主体尚未垮落前及时充填采空区,并要求充填体有一定的早期强度,形成一个以膏体充填体为主体的支撑体系,从而有效控制岩层移动与变形。
这就要求解决膏体充填系统与煤矿开采系统的协调问题,而在膏体充填料浆的制备和输送等方面则可借鉴金属矿山的有关工艺。
另一方面,目前金属矿山膏体充填成本较高,一般金属矿要求充填体最终抗压强度大于4MPa,水泥用量200～250kg/m3,成本80元/m3左右,这是煤矿难以承受的。
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。
降低膏体充填成本的主要途径为:①采用来源广泛的廉价固体废弃物,降低充填材料的单位成本;②基于岩层控制的关键层理论,确定膏体充填不迁村采煤对充填体力学特性的合理要求及合理充填量,从而降低对充填体的强度要求和减少充填材料用量。
最近研制了P L和S L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,P L和S L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。
根据华东地区2个煤矿的试验,膏体充填开采增加吨煤成本分别为17187元(部分充填)和20172元(全部充填),低于搬迁村庄所增加的成本。
因此,采用膏体充填技术解决村庄压煤开采问题在经济上是可以接受的,而在工艺方面,可以借鉴金属矿山膏体充填和煤矿水砂充填的成功经验。
3 煤矿膏体充填工艺 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。
根据煤层赋存条件的不同,对采空区充填程度的要求也不同,煤矿膏体充填可以分为全部充填、短壁间隔充填、长壁部分充填、离层区充填,冒落采空区充填等方法。
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。
图1 膏体充填系统工艺流程311 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20mm 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。
312 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015%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P LC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。
313 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017～110m/s。
314 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”。
