高水材料充填开采考察报告2

第35卷第12期煤 炭 学 报V o l .35　N o .12 2010年12月J O U R N A L O FC H I N AC O A L S O C I E T YD e c .　2010　 文章编号:0253-9993(2010)12-1963-06超高水材料采空区充填方法研究冯光明1,孙春东1,2,王成真1,周　振1(1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州　221008;2.冀中能源集团有限责任公司邯郸矿业集团,河北邯郸　056000)摘　要:为解放建筑物下压煤,结合超高水材料的基本性能,研究出超高水材料采空区充填开采技术。

该技术包括开放式、袋式、混合式和分段阻隔式4种充填方式,对各种充填方式的充填过程、优缺点及适用条件进行了分析。

结果表明:在井下潮湿、低温、封闭的环境中,超高水材料是一种理想的采空区充填材料;该材料及相应的充填开采方法是未来采空区充填开采技术的发展方向之一。

关键词:超高水材料;充填开采方法;开放式;袋式;混合式;分段阻隔式中图分类号:T D 823.7 文献标志码:A收稿日期:2010-07-20 责任编辑:柴海涛 作者简介:冯光明(1964—),男,山西垣曲人,副教授。

E-m a i l :f g m 20004@163.c o mR e s e a r c ho n g o a f f i l l i n g m e t h o d s w i t hs u p e r h i g h -w a t e r m a t e r i a lF E N GG u a n g -m i n g 1,S U NC h u n -d o n g 1,2,W A N GC h e n g -z h e n 1,Z H O UZ h e n1(1.S c h o o l o f M i n e s ,C h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g ＆T e c h n o l o g y ,X u z h o u 221008,C h i n a ;2.H a n d a nM i n i n gG r o u p ,J i z h o n gE n e r g yG r o u pC o .,L t d .,H a n d a n 056000,C h i n a )A b s t r a c t :B a s e d o n t h e b a s i c p r o p e r t i e s o f s u p e r h i g h -w a t e r m a t e r i a l ,t h e t e c h n o l o g y o f g o a f f i l l i n g m i n i n g w i t h s u p e r h i g h -w a t e r m a t e r i a l w a s s t u d i e d o u t i n o r d e r t o l i b e r a t e t h e c o a l r e s o u r c e s u n d e r b u i l d i n g s .T h e r e a r e f o u r t y p e s i n t h e t e c h n o l o g y ,i n c l u d i n g o p e n f i l l i n g ,b a g f i l l i n g ,h y b r i df i l l i n g a n d p a r t i t i o nf i l l i n g .E v e r y t y p e w a s a n a l y z e dd e t a i l e d l y ,c o n t a i n i n g i t s f i l l i n g p r o c e s s ,a d v a n t a g e s ,d i s a d v a n t a g e s a n d a p p l i c a b l e c o n d i t i o n s .T h e r e s u l t s s h o w t h a t s u p e r h i g h -w a -t e r m a t e r i a l i s a n i d e a l g o a f f i l l i n g m a t e r i a l i n a w e t ,c o l d a n d c l o s e d e n v i r o n m e n t ,a n d t h e m a t e r i a l w i t h i t s c o r r e s p o n d -i n g f i l l m i n i n g m e t h o d s i s o n e o f t h e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n s o f f u t u r e g o a f f i l l i n g m i n i n g t e c h n o l o g i e s .K e y w o r d s :s u p e r h i g h -w a t e r m a t e r i a l ;f i l l i n g m i n i n g m e t h o d s ;o p e n ;b a g ;h y b r i d ;p a r t i t i o n 我国生产矿井“三下”压煤量约140亿t ,其中建筑物下压煤约为90亿t [1]。

参观冀中能源充填式采煤调研报告报告名称：参观冀中能源充填式采煤调研报告报告日期：2021年X月XX日调研地点：冀中能源充填式采煤基地调研目的：了解冀中能源充填式采煤技术，并评估其在保护环境、提高煤矿开采效率等方面的应用情况。

1. 调研背景随着国家对环境保护要求的提高，传统的采煤方式已经难以满足环境保护和煤矿可持续发展的需求。

充填式采煤技术作为一种环保型的采煤方式，被广泛应用于煤矿生产中，以减少对地表环境的破坏，并提高煤矿开采效率。

2. 调研过程2.1 调研前准备事先联系冀中能源充填式采煤基地，了解其充填式采煤技术的应用情况、研发成果等相关信息，并制定调研计划。

2.2 实地调研前往冀中能源充填式采煤基地，进行实地参观和调研。

参观内容主要包括：- 采煤工艺流程：了解充填式采煤的基本原理和工艺流程，包括煤矿开采、充填体制备与输送、巷道支护等环节。

- 充填材料及设备：观察和了解充填材料的种类、来源、输送方式以及使用的充填设备等。

- 环保措施：了解充填式采煤技术的环保优势和相关的环保措施，包括废弃物处理、回收利用等。

- 产品研发和应用情况：探讨冀中能源在充填式采煤方面的研发、创新成果以及在国内外的应用情况。

3. 调研结果和发现3.1 技术应用情况- 冀中能源充填式采煤技术在煤矿生产中得到了广泛应用，取得了显著的经济和环保效益。

- 技术应用范围涵盖了不同类型煤矿的开采，可适用于大型煤矿、小煤矿以及城市煤矿等。

- 采用充填式采煤技术后，煤矿废弃物得到合理处置和利用，降低了废弃物排放量，减少了对地表水资源的污染。

3.2 产品研发和创新- 冀中能源在充填式采煤技术领域开展了一系列科研项目，推动了技术的创新与发展。

- 产品研发方面涉及到充填材料的开发、设备的优化以及充填体制备工艺的改进等。

- 冀中能源的研发成果也得到了多个国家级科技奖项的认可和推广应用。

4. 总结和建议通过参观冀中能源充填式采煤基地的调研，我们对充填式采煤技术有了更深入的了解。

超高水充填材料在采矿工程中的应用与展望摘要: 为解决“三下”压煤开采、工作面过空巷和煤炭自然发火等问题，对超高水材料充填开采技术、预充空巷开采技术和注浆防灭火技术进行研究。

基于超高水充填材料的性质，介绍了以上 3 种技术的应用情况，并分别以陶一煤矿、王庄煤矿和金地煤矿为例对其应用效果进行了分析和评价。

结果表明，超高水材料充填开采技术能保证采空区充填率达到 85% 以上; 采用超高水材料预充空巷开采技术后，工作面回采过空巷期间未出现矿压显现剧烈现象; 采用超高水材料注浆防灭火技术后，火区的温度和 CO、NH4 浓度均恢复到正常水平。

今后需在继续完善当前技术相关理论与工艺的同时，进一步拓展超高水材料的应用领域。

关键词:超高水材料; 充填开采; 预充空巷; 防灭火1有关超高水充填材料的详细介绍超高水充填材料主要是由单浆液构成，该单浆液是由甲乙两模块分别配水形成。

其中甲模块中主要组成部分为复合超缓凝剂与铝土矿，乙模块中主要组成部分为复合超缓凝剂与石膏等。

甲乙两类单浆液的体积相同进行混合，然后过一段时间后就能凝固从而变成充填体。

超高水充填材料中水灰比最低是 6.3：1，最高是 11：1，这意味着其水体积可以高达 95%—97%的范围。

甲乙这两类单浆液进行混合后可以在 8—30 分钟内达到初凝状态，其固结体的最终强度能够达到 0.06—1.65MPa，而其七天的抗压强度能够涨到最终强度的 60%—90%。

这两类单浆液具体的抗压强度以及混合后的凝结时间可以依据实际情况来适当做出调整；甲乙两类单浆液可以在 30—40 小时内保持良好的流动性、不凝固，其具有高强度的可灌性流动性，有利于在管路中实现长时间长距离运输。

而在遭受压力的时候该单浆液固结体积应变仅有 0.00075—0.003 之间，由此可知其具有较强的不可压缩性。

2超高水材料注浆防灭火技术及应用超高水材料注浆防灭火技术是一种集注浆、注水、凝胶、阻化剂于一体的新型防灭火技术，具备以上防灭火技术的优点，同时克服了浆液易流失、不凝结、流动性差及工艺复杂、成本高等缺点。

冀中能源充填采煤工艺调研报告根据省煤炭厅晋煤科发【2013】1254号文件精神，促进充填开采应用，在省厅苗总工程师、张处长的组织下于2013年10月30日至11月1日对冀中能源充填开采进行了调研，具体行程安排：①10月31日上午对冀中能源邢东矿矸石充填工作面进行现场参观；②10月31日下午召开了“三下”开采交流会；③10月31日交流会结束后对河北金牛能源机械装备有限公司和河北煤科院高水材料实验室进行了观摩；④11月1日上午对邯郸矿业集团有限公司陶一矿高水充填工作面进行现场参观；⑤11月1日下午对峰峰集团新三矿膏体充填工作面进行现场参观；⑥11月1日晚，就此次调研结果及感受召开了总结会。

通过此次调研，了解了冀中能源充填开采的工艺，深化了我们珍惜资源、合理开发利用资源的理念。

现根据此次调研行程安排，对调研情况进行简要总结：一、邢东矿“矸石充填”河北金能集团金牛股份邢东矿于2001年年底竣工投产，是华北地区煤层赋存最深的矿井。

所产煤炭属于特低灰、特低硫、特低磷、高热值的优质气肥煤。

由于该矿濒临邢台市区，紧邻农村，为了减少对周边影响，早在2002年，该矿率先实施了井下矸石充填技术，井上不设矸石山，避免了矸石堆积占地，长期风化所造成的污染。

2004年，该矿的“煤矿井下矸石充填技术及装备研究”项目荣获煤炭工业十大科技进步奖；同年，邢东矿被评为“煤炭工业科技进步双十佳矿井”，荣获“中国煤炭工业科技创新示范矿”和全国煤炭系统“文明煤矿”等称号。

2012，邢东矿研发了建筑物下综合机械化充填采煤技术研究，将井下产生的矸石，由专门的运输系统运至矸石充填联巷破碎后，利用抛矸皮带及专用矸石充填支架，将其运送到充填开采工作面的采空区，通过研制矸石自夯式充填开采液压支架等配套设备实现矸石的采空区充填。

12212充填工作面矸石充填系统主要由抛矸皮带、充填支架及后矸石刮板输送机组成，其中抛矸皮带为自制，支架为ZT9400/30/50型端头液压支架与ZC5160/30/50型充填液压支架。

超高水充填开采技术在煤矿中应用论文摘要：邢东矿采用超高水材料充填开采技术，现已成功充填回采煤量50万吨（最高月产5.5万吨），利润1.7亿元。

同时节省了巨额拆迁费用，不但置换出来煤，还大量利用了井下污水，减小对环境的污染。

对于解放建下乃至三下压煤都有很好的应用性。

邢东矿剩余煤炭资源的82%以上为村庄压煤，大量建下压煤的存在，对当前及今后矿井合理的生产布局、正常的采掘接续安排与持续稳产均产生了极大影响，严重制约着矿井回采率及可持续发展能力的提升。

为解决这一难题，邢东矿开展了超高水材料充填开采的试验研究，并在现场进行了成功应用。

1 工程概况邢东矿1126工作面，是本矿首个超高水充填工作面。

该工作面主采2#煤层，走向长490 m，倾斜长70 m，煤层平均厚度4.5 m，煤层平均倾角10.3°，可采储量 25万t。

采用单一厚煤层一次采全高倾斜长壁后退式采煤法，用超高水材料充填方法控制采空区顶板。

2 超高水充填材料基本性能2.1 材料简介超高水速凝固结充填材料（简称超高水材料）是指水体积在95%以上，最高可达到97%的超高水材料。

主要由AB两种物料，分别加入8～11倍水组成。

A料主要以铝土矿石膏等独立炼制并复合超缓凝分散剂构成，B料由石膏、石灰和复合速凝剂构成。

两者按一定比例配合使用，强度可根据需要进行调整，满足井下充填要求。

2.2 材料物理力学基本性能（1）材料力学性能。

超高水材料不同水体积固结体的强度随时间变化规律如图1所示。

从中可以看出，早期强度较高，而7 d后强度增长缓慢。

（2）材料变形特性。

超高水充填材料用于采空区充填后，处在较为封闭的状态，其固结体要受到上覆岩层的作用，体积是否会发生收缩或者膨胀，直接影响对上覆岩层的有效控制。

图2所示为超高水充填材料固结体体积应变随时间变化的曲线。

从中可以看出，超高水材料受压后，体积应变较小，位于0.001～0.003之间，表现出良好的不可压缩性。

3 超高水充填采煤工艺3.1 超高水充填支架我矿使用的充填液压支架型号为ZC12400/30/50，是一种新型的超高水充填开采工作面支护设备，做到了采煤与充填作业的分离，避免了采煤与充填的相互干扰。

科技成果——高水膨胀材料充填采煤技术
技术开发单位
阜新矿业集团有限公司
适用范围
主要应用于煤炭企业“三下”压煤（建筑物下、铁路下和水体下）和非煤矿山企业的采空区的充填。

成果简介
以粉煤灰、风积沙或尾矿、建筑垃圾等硅质材料为主料，配以延缓剂、速凝剂、固化剂和膨胀剂等辅料，将各种原料混合后，制成固水质量比为1：1.3左右的充填料浆。

通过管路输送到采空区，在2小时以后开始固化并伴随体积膨胀，可实现主动接顶，在8小时以后形成固体并可承受压力，最终单轴抗压强度最高可大于10 MPa。

工艺技术及装备
1、高水膨胀材料；
2、初浆搅拌、辅料配给、料浆制备和自动化控制等四部分系统组成的料浆制备成套装置。

3、综采工作面膨胀充填材料移动密闭充填装置。

市场前景
该技术能够实现建筑物下、铁路下、水体下和承压含水层下压煤的开采，并将粉煤灰、尾砂、风积沙、煤矸石和建筑垃圾等填入采空区，减少了废弃物占地和环境污染，保护了生态环境，实现了资源开采与环境保护和谐发展。

超高水材料充填开采设计方法及地表移动控制分析充填开采作为一种成熟的开采工艺被越来越多的矿区所应用，在最大限度开采地下资源的同时，有效保护地面建构筑物，防止地下水进入井下，是先进的绿色开采技术。

针对超高水材料充填控制地面沉陷面临的问题，首先对超高水材料不同龄期、不同配比时的应力应变关系进行试验研究，测定了不同龄期的凝固体强度，分析研究了不同配比时强度随时间的变化规律，采用弹塑性梁、板理论，构建了充填工作面周围不同开采条件下，开放式充填控顶距判别式和充填开采设计方法，通过实测和数值模拟结果证明所提方法的正确性，主要工作及成果如下：（1）通过力学实验研究了不同配比、不同龄期下，超高水材料凝固体的应力应变关系，得到了各条件对应的抗压强度和弹性模量,为其工程实践应用提供技术依据。

（2）当采场的的长宽比b/a <1/2时，顶板的垮落步距可按梁模型进行分析。

基于弹塑性理论，建立了三种边界条件下梁的极限荷载和极限垮落距，分析了梁截面上弹性核高度与梁长度的关系，同时对两端固支梁和一端固支一端简支梁模型，按照塑性极限分析法，得到了不同边界条件下，梁的极限承载力和垮落距；考虑到实际应用中边界条件对计算结果的影响，进一步分析推导了弹性基础（或者充填体）梁及其受水平力作用时梁上最大弯矩表达式。

（3）针对充填工作面周围不同开采情况，将充填工作面分为四周未开采、一侧有采空区、两侧有采空区、三侧有采空区及周围均有采空区，分别将其简化为四边固支板、三边固支一边简支板、邻边固支邻边简支板、一边固支三边简支板和四边简支板五种情况，对于不同条件建立了相应的力学模型。

（4）针对超高水材料充填开采工作面周围不同开采、顶板较坚硬的条件，将其简化为不同边界固支的弹性薄板，基于虚功原理推导了弹性地基板以及四边受水平压力作用时挠度和弯矩的表达式，通过等价变化，弯矩公式转换为单级数求和后只需取6项就能到达工程要求精度，同时分析研究了不同边界条件板最大弯矩与推进距离的关系，为顶板较坚硬、周围不同开采条件下，超高水材料充填开采工作面开采宽度设计提供了计算方法。

充填开采可行性研究报告一、项目背景充填开采是一种将废弃的矿石和尾矿充填在矿井中，以节约矿山空间和改善矿山环境的开采方法。

该方法在一定程度上能够减少开采对地表和地下水资源的危害，提高矿山资源的综合利用率，有效减少对环境的影响。

充填开采技术已经在一些大型矿山得到了广泛应用，对于我国的矿山开发具有重要的意义。

针对某矿山项目（以下简称“项目”），进行了充填开采可行性研究，通过对项目背景、市场需求、资源储量、开采工艺、环境影响等方面进行分析，得出了充填开采对项目的可行性评估和建议。

二、项目概况项目位于我国某省，是一座中型矿山，主要开采金属矿石。

项目的规划总面积约为1000平方公里，已经完成了初步勘探和资源储量估算。

目前，项目正处于开发阶段，具体的开采工艺和方案尚未确定。

三、市场需求分析金属矿石是工业生产的重要原材料，市场需求较为稳定。

根据对市场走势的分析，金属矿石的需求量呈现逐年增长的趋势，对项目开采的矿石需求量也将不断增加。

同时，随着环保要求的不断提高，对矿山的环境保护要求也将越来越严格。

因此，采用充填开采技术，能够更好地满足环保需求，符合当前市场的发展趋势。

四、资源储量评估通过对项目区域的勘探数据和资源储量估算，初步得出了项目的资源储量情况。

根据初步数据，项目区域的金属矿石储量较为丰富，具备开展充填开采的基础条件。

五、充填开采工艺和方案充填开采是一种将废弃矿石和尾矿充填在矿井中，以节约矿山空间和改善矿山环境的开采方法。

根据项目特点和实际情况，制定了一套针对项目的充填开采工艺和方案。

具体工艺包括矿石的粉碎、分选和填充等工序，方案包括充填材料的选择、填充方式和设备等。

六、环境影响评估充填开采技术相较于传统的采掘开采，对环境影响较小。

通过对项目区域环境的调查和评估，得出了项目采用充填开采技术对环境的影响较小，能够更好地保护地表和地下水资源，并减少矿山对环境的破坏，符合国家环境保护政策的要求。

七、经济效益评估根据对项目的投资和收益预测，得出了项目采用充填开采技术的经济效益。

超高水充填材料及其充填开采技术研究与应用我国煤炭资源较为丰富,但其赋存特点是煤矿“三下”压煤比较普遍。

一方面,我国主要产煤省多地处平原,村庄密集,人口众多,村庄压煤比重大;另一方面,随着国内经济不断持续发展,村镇规模不断扩大,新矿区、新井田不断建设,压煤量也持续增加。

解决“三下”压煤问题是我国煤矿可持续发展的关键。

此外,由于煤矿开采造成地表沉陷、建筑物破坏及地下水与土地资源减少等,使矿区生态环境问题越来越突出。

基于上述问题,煤炭绿色开采是实现我国煤炭工业可持续发展的必由之路,充填开采技术是实现上述目标的不二选择。

本文在充分研究我国煤炭资源赋存状况及充填开采现状的基础上,从充分回收煤炭资源、减少矿区环境污染、消除矿区生态破坏的角度出发,提出超高水充填材料用于矿井采空区充填的课题,并对此进行了详细研究。

本文在详细查阅大量国内外文献的基础上,详细研究了超高水材料的生成机理,并通过大量实验,对超高水材料的各组成要素进行了详细研究。

在实验室条件下,经过多年反复试验研究,找出超高水材料合理的组成配方。

所制得的超高水材料由A、B两种主料与少量复合速凝剂和复合缓凝分散剂组成。

该材料可在水体积高达97%时,实现初凝时间在8~90min之间的按需调整。

当水体积在95~97%时,抗压强度可根据外加剂的不同而进行调节,其28天强度可达到0.66~1.5MPa之间。

该材料A、B两主料单浆可持续30~40小时不凝固,混合后材料可快速水化。

调整外加剂配方可以改变材料性能如凝结时间与强度等。

为了考察所制得超高水材料性能,对超高水充填材料的基本性能包括基本力学性能、化学性能及所构成材料的稳定性进行了研究,发现该材料具有早强、快硬的特点,7天抗压强度可达到最终强度的60~90%,后期强度增长趋势较缓慢。

通过调节水固比与外加剂,可根据需要调整其强度性能与凝结时间等指标。

该材料体积应变较小,有利于采空区的充填应用。

该材料抗风化性能较差,火烤效果类同于风化,表明该材料不适于干燥、开放的环境。