中国膏体充填技术研究进展概述

中国膏体充填技术研究进展概述

刘琼;张希巍

【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。简要回顾了膏体充填技术的发展历程，着重介绍了国内膏体充填技术的应用及发展，以膏体充填技术的工业链为主线，分别介绍了料浆制备、管道输送及充填体对地压维护等方面的研究成果，并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。%Backfill paste is a high-concentration mixture,composed of cement,sand and water in certain proportions.It has obvious advantages in environment protection,working environment and stress maintenance,so the research and development of backfill paste technology is of great significance to the future deep metal mining and "three under"mining.The develpment history of paste backfill technology is reviewed briefly,the application and achievements of the paste backfill technology are introduced em-phatically.According to the industrial chain of paste backfill technology,the achievements of the slurry

preparation,pumping and stope around pressure of backfill maintenance are analyzed respectively.Besides that,the contents need to conduct further research of the paste backfill technology is summarized from the two aspects of the research of theory and technology of paste backfill and application and development of paste backfill equipment.

【期刊名称】《现代矿业》

【年(卷),期】2016(000)005

【总页数】5页(P1-5)

【关键词】膏体充填;料浆制备;泵送工艺;强度;采场稳定性;充填系统

【作者】刘琼;张希巍

【作者单位】东北大学资源与土木工程学院; 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室;东北大学资源与土木工程学院; 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室

【正文语种】中文

上世纪80年代膏体充填技术在德国的格隆德矿山试验成功[1]，解决了低浓度浆体充填泌水严重的问题。90年代我国甘肃金川建成了膏体充填系统[1]，此系统在膏体制备和输送方面为我国积累了大量的经验，尤其通过室内环管试验得到了远低于杜兰德公式的水力坡度经验公式[2-3]，对随后建成的会泽铅锌矿[4]、铜录山矿[5]膏体充填系统发挥了重要作用。2006年我国在太平煤矿建成了第一个煤矿膏体充填系统[6]，后来又在邢台、小屯、岱庄和孙村等煤矿实施了膏体充填[7]。

与浆体充填相比，膏体充填技术具有充填料损失少、形成同等充填强度所需水泥少、早期强度高等优点[8]。采矿过程中利用膏体充填可以降低充填工作对回采的干扰、降低采场排水负担，同时为尾矿堆存提供技术支持。但是当前膏体充填技术成本依旧较高、对大功率设备的依赖程度高且理论也需要进一步突破。本文将按照膏体料浆性质、输送和充填质量评价顺序，对我国膏体充填技术研究成果进行回顾。

1.1 膏体

膏体是将一种或几种充填材料与水进行优化组合后形成的牙膏状流体。膏体的判别

指标有很多种，加拿大选用浓度、塌落度和饱和度作为指标，德国选用工作度(黏度、屈服应力)稠度和结构指数作为指标，澳大利亚选用细粒级含量、浓度和塌落

度作为指标[9]，我国通常用塌落度和分层度指标，认为膏体塌落度为15～25 cm，分层度小于2 cm[10]。王洪江认为泌水率为1.5%～5%时能形成合格的膏体[11]，后又从尾砂粒径级配角度完善了膏体的定义[10]，吴爱祥等将屈服应力为

(200±25)Pa时料浆的固体质量分数视为膏体临界浓度，对膏体做了进一步界定[12]。目前膏体的准确定义学术界和工程界仍没有统一，有待进一步量化关键指标和参数。

1.2 膏体充填材料

矿山膏体充填材料由骨料、胶凝剂、外加剂和水组成。常用的骨料主要有尾砂、磨砂和煤矸石等。水泥作为主要胶凝材料，胶结效果好，但成本较高；由于粉煤灰和炉渣粉也能发生强烈的水化反应，起到胶结作用，目前也可作为常用胶凝材料，但在使用中需要多次试验，了解其对膏体强度的贡献。为了提高充填效果并进一步降低充填成本，焦家金矿将水泥熟料、煤矸石、尾砂、石膏、芒硝、明矾石和石灰按一定比例混合成胶凝材料[13]，达到近似膏体状态；周华强等研制出专门用于煤矿膏体充填的PL、SL两系列充填料[14]。总之，如何平衡充填成本与充填体强度一直是工程界的研究热点。

1.3 膏体配比及浓度

合理的膏体配比应在保证充填体强度和流动性的基础上提高料浆均质性并降低成本[3]。在生产中确定料浆配合比要先经过室内试验确定，再利用现场工业试验验证。常用的试验优化指标有塌落度[15]、单轴抗压强度[16]和分层度等。

浓度是胶结充填中最敏感的因素[17]，膏体浓度通常在76%～82%[18]。由于充

填料中的细颗粒具有较大的比表面积，形成的充填体渗透率差，若浓度过低会造成脱水困难或细颗粒随水大量流失，影响充填体质量[19]。

1.4 充填料浆的流变性

流变性是指流体流动和变形的性质，屈服应力与黏度是其重要参数，膏体料浆的流变特性符合宾汉姆模型[20-21]，一般用下式表示：

式中，τ为管壁受到的切应力，Pa；τ0为屈服应力，Pa；η为黏度,Pa·s；du/dy 为剪切速率，s-1。

在实验室内，多使用精密剪切流变仪对膏体料浆的流变性进行测量，主要有Brookfield R/S+SST型四叶浆式旋转流变仪[22-23]、Thermo HAAKE流变仪[24]、NXS-11型旋转黏度计[17]以及中国矿业大学设计的管式流变仪[25-26]，但流变仪的试验标准尚未统一。

在工程现场中，由于其特定的工作环境限制了流变仪的使用。塌落度实验最初是应用于混凝土领域，通过混凝土塌落的高度来反应其流动性能。由于塌落度实验操作简单，使用方便快捷，一定程度上能够检测料浆流动性，如今也普遍应用于矿业充填中。

1984年Murate构建了较为简单的力学平衡模型，找出塌落度与屈服应力的关系[27]。1991年Christensen修正了Murate模型的不足，并在其基础上采用无量纲模型计算两者间的关系[28]。此后研究人员利用坍落筒构建屈服应力-坍落度模型大都采用无量纲模型。目前无量纲塌落度-屈服应力关系模型有两种：圆锥形塌落度，圆柱形塌落度[29]。

圆锥形无量纲塌落度-屈服应力模型：

式中，rt为坍落筒上端口半径，m；rb为坍落筒下端口半径，m；=τ0/ρgH,为无量纲屈服应力；s′=s/H,为无量纲坍落度；=h0/H,为未形变段无量纲高度；=h1/H,为形变段无量纲高度；ρg为料浆重度，kN/m3；H为坍落筒高度，m。

圆柱形无量纲塌落度-屈服应力模型：

研究发现，在高屈服应力条件下，圆锥形无量纲塌落度-屈服应力模型测得的数据

并不准确，圆柱形无量纲塌落度-屈服应力模型不存在此缺点，因此在工程现场中

推荐使用圆柱形塌落桶测量屈服应力。

1.5 脱水设备

在膏体充填工艺中，尾矿脱水是一个重要环节。早期建成的金川公司采用带式过滤机脱水[3]，但配套的储仓占地面积特别大，尤其是使用多套充填系统时更为严重。后期建成的会泽铅锌矿、驰宏铅锌矿都采用深锥浓密机脱水[19]。深锥浓密机脱水效率高，可以强化絮凝剂对颗粒的凝聚作用。世界上最大型深锥膏体浓密机已经在我国矿山运行成功，浓密机直径40 m，在现场运用中，能以2 035 m3/h的速度输出质量分数65.2%的脱水料浆[30]，为我国矿山的大型化趋势发展提供了宝贵经验，但深锥浓密机的可靠性还需要进一步提高[31]。

2.1 输送阻力

1973—1975年，我国学者用工业充填管进行了长期环管试验，得到了金川经验

公式，其误差远小于国际流行的杜兰德公式[2]，即：

式中，im为料浆水力坡度，Pa/m；i0为清水水力坡度，Pa/m；CV为料浆体积

浓度，%；g为重力加速度，m/s2；D为输送管内径，m;v为流速m/s；Cx为颗粒沉降阻力系数；γt为固体物料密度，t/m3。

王新民从膏体料浆流变参数分析摩擦阻力损失[20]，公式如下：

式中，I为管道沿程总摩阻力，Pa；L为计算管段长度，m；Vcp为管内浆体平均

流速，m/s。

吴爱祥通过理论推导得出水力坡度公式[32]：

式中，S为絮网结构系数；τs为絮网结构应力，Pa；μ0为絮网结构完全破坏时的塑性黏度，Pa/s;μs为絮网结构受剪过程中塑性黏度的变化值，Pa/s。

输送阻力公式的研究为我国膏体输送提供了大量的理论支撑与设计依据。但充填料浆组成复杂,且输送过程中料浆会在靠近管壁的环形边界上泌水,形成的水膜会降低

输送过程中的阻力[33]，使得输送阻力难以准确计算，因此实践中还需要进行环管试验,获得更为合理的设计参数。为了减少试验工程量，于润沧等对计算机仿真模

型模拟充填环管试验进行了大量的研究[31，34-35]，极大地提高了设计生产效率。

2.2 充填倍线及管路破坏

为保证料浆顺利到达采场，充填系统需要选择合适的充填倍线，阶梯布置的管路中任一梯段管网的充填倍线应该不大于总倍线，此外，还需要考虑清洗管路的充填倍线[36]。

充填倍线过小或者梯段管网倍线过小，即整体管路或局部管路中存在大量的剩余压头，产生不满流。大量研究表明：不满流输送会造成管路破坏，料浆运动冲刷管壁并且在空气-料浆界面碰撞对管壁产生冲击、爆管和气蚀现象[37]，只能通过消能

才能消除[38]。具体措施有：减小管路敷设坡度，增加管线长度；减小水平段管径实现高压输送，减小竖直段管径实现低压输送[39]；在管路中串入孔板，用计算机实时控制调节以适应工况条件[38]。

2.3 料浆输送设施

膏体泵和输送管是膏体系统的重要部件。国内正在使用的膏体泵有：金川KOS-2170型全液压双缸活塞泵[40]，流量60～80 m3/h，持续工作压力小于8 MPa，最大工作压力小于10 MPa；铜录山矿选用的KSP80H双缸柱塞泵；德国PM系

列泵、美国的C-250、C-700系列泵及中国生产的HBT60型系列泵也可以满足膏体泵送要求[41]。

输送管的运行状态关系到矿山生产进度，为减少磨损，输送管一般采用金属材质的，主要是无缝钢管与耐磨金属管[41]。对管路工作状态实时监测，以便提前更换管路，防止因管路磨损而影响正常生产进度。

3.1 充填体受力特征及作用原理

在未受构造面影响的条件下，某一范围内的岩体会受到周围岩体的牵制、约束作用，

大量试验研究表明：作用在充填体上的力只有原岩应力的20%～70%[42]。当作

用在充填体上的外载荷超过弹性极限时，充填体在外部产生塑性变形，内部仍是弹性变形段，呈现出明显的残余强度特点[43]。

于学馥认为充填体具有三种作用原理：应力吸收与转移，即充填体固结后作为地下结构的一员参与地层的自组织系统；隔离地应力对开采的影响。由于充填体、围岩、地应力、开挖等共同作用，特别是系统的自组织机能，使得围岩变形得到控制[44]。

3.2 充填体强度

充填体强度是重要的充填质量指标。常用的设计方法有经验法、模型法、数值模拟法。

(1)经验类比法。选择比较合适的强度[45]，我国凡口铅锌矿、金川矿和焦家金矿

均采用经验类比法设计充填体强度。

(2)经验公式法。蔡嗣经把充填体看作自立性的人工矿柱，统计了矿山充填高度和

充填体强度，得到了一条经验曲线：

式中，Y为充填体矿柱高度，m；X为充填体强度，105 Pa；a为充填系数，

a=0.6～1.1，当Y<50 m时，a=0.6，Y>100 m时，a=1.0。

(3)模拟法。强度设计的模型主要有太沙基模型、托马斯模型和米切尔模型等。现

在应用比较广泛的是米切尔楔形模型，利用此模型可以得到充填体所需的最小强度[46-47]，公式如下：

式中，UCS为充填体单轴抗压强度，Pa；γ为充填体容重，N/m3；H为充填体

高度，m；L为充填体长度，m。

虽然应用广泛，但米切尔模型具有一些局限性：没有考虑内摩擦角以及充填体上部的载荷，假定充填体与岩壁之间的内聚力和充填体内部凝聚力相等，忽略了充填体与岩壁之间的剪应力等。2012年Li和Aubertin修正了这一模型[48]，解决了部

分问题：

式中，P0为充填体上部载荷，Pa；B为充填体宽度，m；H*楔形块的等价高度，m；FS为安全系数；φ为充填体内摩擦角，(°)；α为楔形滑面与水平面的夹角，(°)；rs为充填体与围岩之间的内聚力之比，为0～1。

式(12)适用于大高宽比(H/B>tanα)；式(13)适用于小高宽比(H/B

此外，强度设计还可以用数值模拟法[49-51]，如有限差分法、有限单元法和边界单元法。

3.3 充填体其他参数

除了强度外，评价充填体质量的参数还有沉缩率、接顶效果和不均匀性等，将这些参数考虑在内，建立一套含多参数的充填体质量评价标准，对于充填设计与实践都有重要意义。

(1)中国膏体充填技术经过20 a的发展，充填材料的选择及配比、充填浓度和水力坡度等方面取得了巨大的进步；现阶段膏体定义不统一、脱水设备及其配套设施不完善、管路磨损以及充填体质量评价方式单一等，是膏体技术发展中需要深入研究的问题。

(2)近10 a来，学者在煤矿膏体领域做了大量的研究，促进了我国煤矿膏体充填技术的发展。

(3)膏体是一种由骨料、胶凝剂、外加剂和水组成的高浓度混合物，国内常用塌落度和分层度判别膏体。胶凝剂占充填材料成本的比例很高，低成本胶凝剂的研究意义重大。

(4)膏体的流变性可用宾汉姆模型来表示。流变仪可以精确测量流变性，确定屈服应力。塌落度可以反映料浆流动性并能推算屈服应力，因其操作简单、使用方便多用于工程现场。

(5)管路摩擦阻力可用公式和环管试验联合确定。充填倍线过小导致的不满管流是爆管和气蚀现象产生的主要原因，通过消能，同时对管路实时监测，防止管路破坏

引起生产中断。

(6)强度是影响膏体充填质量的主要因素，其设计方法有经验法、模型法、数值模

拟法。建立一套含多参数的充填体质量评价标准，将会促进采矿设计与生产的发展。

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采矿工程中条带膏体充填采矿技术的应用探讨

采矿工程中条带膏体充填采矿技术的应 用探讨 摘要：采矿工程是人类获取地下资源的一项重要活动，然而，传统的开采方法存在着资源浪费、环境污染和安全隐患等问题。为了解决这些问题，条带膏体充填采矿技术应运而生。该技术通过在采空区或已采空的区域填充胶结材料，实现了资源的高效利用、环境的保护以及采矿过程中的安全性提升。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 引言 带膏体充填采矿技术通过使用胶结材料填充采空区域，提高了采矿效率、改善了矿山环境，是一种具有潜力的矿山开采方法。随着科学技术的不断进步和研究的深入，带膏体充填采矿技术有望在未来得到更广泛的应用和发展。 1带膏体充填采矿技术概述 1.1定义 带膏体充填采矿技术（Paste backfill mining technology）是一种在开采过程中利用胶结材料填充采空区或者已经采空区域的采矿方法。该技术使用浆体（含水）材料替代传统挖掘材料进行采矿，具有提高采矿效率、改善矿山环境和资源有效利用等优点。本文将对带膏体充填采矿技术进行概述，讨论其原理、应用领域以及未来的发展趋势。 1.2优势 带膏体充填采矿技术相对于传统的采矿方法具有多项优势。首先，它可以提高采矿效率。通过使用浆体填充采空区，能够提高下一次开采的回收率，从而有

效地利用了矿石资源。其次，该技术可以改善矿山环境。填充采矿方法能够减少 地表沉陷、防止水体受到污染，并且减少开采所产生的粉尘和噪音等环境问题。 此外，带膏体充填采矿技术还可以提高煤矿、金矿等有害气体的析出率，并降低 工业废料和尾矿的产生。 1.3局限性 带膏体充填采矿技术也存在着一定的局限性。首先，这种技术需要占用大量 的水资源，因此在水资源稀缺的地区使用可能会受到限制。其次，对于一些具有 高渗透性的地层，浆体可能会流失，导致填充效果不佳。最后，胶结材料的选择 和配方问题可能会影响浆体的凝固强度和稳定性。 2条带膏体充填采矿技术的应用领域 2.1地下矿井中的应用 金矿：条带膏体充填采矿技术在金矿中的应用被广泛采纳。通过将胶结材料 填充入采空区，可以实现金矿开采过程的资源高度回收率、保护地表环境和防止 水体污染。 铜矿：铜矿是另一个适合应用条带膏体充填采矿技术的矿种。该技术可以有 效降低开采引起的地表沉陷，控制边坡稳定性，并提高铜矿资源利用率。 锌矿：条带膏体充填采矿技术在锌石矿山中也有广泛应用。该技术可以减轻 对水资源的需求，提高矿石的回收率，并且能够将尾矿转化为有价值的胶结材料，实现资源的循环利用。 铀矿：条带膏体充填采矿技术在铀矿开采中的应用也具有潜力。将浆体注入 采空区可以有效控制辐射物质的扩散，并减少对环境的污染。 2.2露天矿中的应用 煤矿：在煤矿采矿过程中应用条带膏体充填技术可以实现挤出矸石的填充效果，提高采矿效率和矸石的回收率；同时，通过填充遗址可以减少地表沉陷和改 善环境。

中国膏体充填技术研究进展概述

中国膏体充填技术研究进展概述 刘琼;张希巍 【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。简要回顾了膏体充填技术的发展历程，着重介绍了国内膏体充填技术的应用及发展，以膏体充填技术的工业链为主线，分别介绍了料浆制备、管道输送及充填体对地压维护等方面的研究成果，并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。%Backfill paste is a high-concentration mixture,composed of cement,sand and water in certain proportions.It has obvious advantages in environment protection,working environment and stress maintenance,so the research and development of backfill paste technology is of great significance to the future deep metal mining and "three under"mining.The develpment history of paste backfill technology is reviewed briefly,the application and achievements of the paste backfill technology are introduced em-phatically.According to the industrial chain of paste backfill technology,the achievements of the slurry preparation,pumping and stope around pressure of backfill maintenance are analyzed respectively.Besides that,the contents need to conduct further research of the paste backfill technology is summarized from the two aspects of the research of theory and technology of paste backfill and application and development of paste backfill equipment.

煤矿膏体充填开采工艺的探讨

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。 3.2抗错位变形能力更强 充填材料的可塑性对于其错位变形的抵抗能力有着较大的影响，而膏体充填 开采技术中应用的膏体充填材料质量浓度高，可塑性也较传统的充填材料更强， 在实际的施工应用中既能够保证充填料的有效输送，同时也能够保证管输过程中 在管道弯曲、连接部位发生变形后不影响料浆的结构、成分及性质，也不会因此 导致料浆沉淀、离析、脱水等问题的发生，这也就大大减少了管输过程中对材料 的不利影响因素的产生，保证了充填施工的整体效果。此外，经科学配比配制出 的膏体充填材料在充填后能够在较短时间内完成初凝，并保证初凝后的整体强度，进而发挥出围岩支撑的作用，也能够在合理的时间范围内完成终凝，达到有效充

膏体充填技术现状及其应用研究

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

膏体充填技术的发展

膏体充填技术的发展 1、概述 19纪中叶之前,世界范围内大部分地下矿山开采都采用横支护的空场法,在地质条件不复杂的环境下,可通过增加横撑数量和减小巷道断面等技术措施增加釆场稳定性,但对于地质条件复杂的环境,常见的崩落法和空场法都难以营造安全稳定的釆场作业环境,随着人类对资源的渴求以及安全意识的提高,充填采矿法作为一种新型采矿方法在19世纪中期诞生。1864年,美国首次使用水砂充填,以保护宾夕法尼亚州的一个位于煤矿区的座教堂基础,这是充填技术在建筑和釆矿行业的应用结合点,这一举措拉开了充填釆矿的序幕。在随后的生产实践中,人们总结出充填采矿具有安全、可恢复、高效、环保、降低贫化率、适用性强等诸多优点。充填采矿从诞生至今已有一百多年历史,发展为三大釆矿方法之一,该种釆矿方法在许多不同地质环境下都有过成功应用的历史,也因地质环境和釆矿工艺的不同延伸出许多充填采矿技术。根据充填材料的不同将充填釆矿技术分为干式充填、水砂充填、混凝土充填、尾砂充填、尾砂胶结充填、废石胶结充填、膏体充填、高水速凝充填和其他废弃物充填等。根据充填所需动力分裂可分为机械充填、风力充填、水力充填、粟压充填等。根据回采工艺和方向不同可将充填采矿法分为上向分层充填、上向进路充填、下向分层充填、下向进路充填、削壁充填、壁式充填以及方框支架充填等多种充填技术形式。 2、国外膏体充填的发展介绍 国外充填采矿技术发展起步较早,如前所述,早在1864年人们就已经认识到充填技术可以控制地表沉陷等问题,随后在以美国、德国、南非、澳大利亚等国家的众多矿山开展了充填釆矿试验,并研宄出多种充填采矿工艺。1930年,霍恩公司进行采矿尾砂和炼铜炉澄回填至井下的干式充填试验,成功推动了充填釆矿法在矿山中的应用,并在随后一段时间内,许多国家的众多矿山都将奸干式充填釆矿法作为一种治理地表塌陷、处理堆弃废物的一种有效方法。1959年至1962年,加拿大赢桥镍矿开展采用水泥尾砂砂奖替代替代充填料上层的塾板作为人工假低的试验,开发出水泥固结水砂的充填技术,并首次将该技术应用于Frood矿山。1969年,澳大利亚Mount Isa铜矿开展了釆用水泥胶结充填体代替回采底柱以及铅锌铜冶炼炉澄代替部分水泥的实验研究,这一尝试推动了胶结充填技术发展,同时拉开了水泥替代品作为胶结料的研宄。1978年-1983,德国Preussag公司,投入大量资金开发出用于分层充填的高浓粗细微少混合泵压充填系统,并在Grund铅锌矿以及随后的南非各大金矿中成功应用,该技术的出现首次将膏体充填的概念引入充填采矿技术中,并在后期的釆矿工艺中得到了广泛的

膏体充填特点及其现状分析

膏体充填特点及其现状分析 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：膏体充填技术工艺环保先进 0 引言 绿色采矿是采矿发展的必然趋势。采用无尾矿充填采矿法，可以提高矿物回 采率，减少对地面土地的贫化率，充分利用资源，有效控制地压，房屋和地表塌 陷和可在“三下”开采等优点，膏体充填工艺技术也在充填采矿法不断改造与发展 的过程中得到创新与发展。 1 膏体充填 所谓膏体充填就是把煤矿尾矿矸石山的煤矸石、劣质土和电厂的尾料粉煤灰 等固体废物在地面加工成的膏状浆体，利用高密度固体充填泵和重力的作用下通 过管道泵送到井下工作面，适时充填采空区的采矿方法。膏体充填的关键是要在 井下工作面采空区形成以膏体料浆为主的覆岩支控体系，实时而有效控制地表开 采沉陷在建筑物允许值范围内，保护地下水体不受破坏，提高煤炭资源采出率， 改善矿山安全生产条件的目的，此工艺技术上可行，经济上合理、安全上可靠， 被誉为21世纪绿色开采新技术。 2 膏体充填技术特点 2.1 浓度高一般膏体充填材料质量浓度>75%，目前最高浓度达到88%。而普 通水砂充填材料浓度低于65%，如，我国阜新矿区水砂充填水砂比，新平安矿为2.7:1~5.3:1，新邱一坑为1.2:1~2.1:1，高德八坑为2:1，按照质量浓度小于50%。 2.2 流动状态为柱塞结构流。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。 2.3 料浆要求不沉淀、不泌水、不离析。膏体充填材料这个特点非常重要，而要达到这三个标准，就必须时刻把握原料的所有参数，要搞好充填泵送系统的过 程控制，井上井下协调配合，积极应对充填工艺中出现的各种问题，才能达到料 浆要求。 2.4 无临界流速。最大颗粒料粒径达到25mm，流速小于1m/s仍然能够正常 输送。 2.5 膏体充填体压缩率低。一般水砂充填材料（包括人造砂）压缩率为10%左右，级配差的甚至达到20%，水砂充填地表沉陷控制程度相对较差，通常水砂充 填地表沉陷系数为0.1~0.2（新汶矿区水砂充填地表沉陷系数为0.13~0.17），许 多条件尚需要与条带开采结合，留设条带煤柱才能够达到保护地表建筑物的目的。而膏体充填材料中固体颗粒之间的空隙由胶结料和水充满，一般压缩率只有1% 左右，控制地表开采沉陷效果好，“三下一上”压煤有条件得到最大限度的开采出来。 3 膏体充填的研究现状 膏体充填最初来源于金属矿山，是1979年德国在格伦德铅锌矿首先发展起来的第四代先进充填技术。 世界上记载有计划的矿山充填已经有近百年的发展历史，经历了废石干式充

膏体充填开采沿空留巷技术国内外研究现状

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

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

膏体 全尾 排放

膏体充填与尾矿处置技术研究进展 矿业装备网站 2011-07-14 23:22:25 作者:SystemMaster 来源: 吴爱祥北京科技大学 目前，我国的金属矿山，存在着一种安全隐患非常大的矿物质——全尾矿。它是指粒级组成未经人工干扰的选厂固体废弃物，一般来讲排放量较大，是金属矿山主要的环境灾害源。2008年山西省襄汾“9.8”尾矿库溃坝事故死亡277人，受伤34人，是中国工业史上一次伤亡人数最多的生产事故。四川汶川震区内尾矿库全部垮坝，为灾区的恢复重建带来极大的困难。我国目前有各类尾矿库近13000座，近40%的尾矿库为非正常库，这如同悬在人们头顶的“堰塞湖”，溃决的风险极大。 对于赋存条件复杂、品味较低的部分矿物，为提高回收率进行磨矿使矿体平均粒径小于0.03mm，且-800目大于50%、+200目小于10%以及+400目小于30%的矿石，被称作超细全尾矿石。超细全尾沉降速度慢，不足分级尾砂的1/10，且进行浓密困难，渗透性差，是分级尾砂的1/100，脱水困难，尾矿孔隙水压力大，固结强度低，难以筑坝，若用作采场充填会存在较大的安全隐患。 全尾充填与处置技术现状 地表直接排放尾矿库 尾矿库最常见的筑坝方法是上升坝，地表直接排放尾矿库的筑坝方法包括上游法、下游法和中线法等3种。 子坝中心线位置不断向初期坝上游方向移升，坝体由流动的矿浆逐渐沉积而成坝的方法称作上游法。这种方法工艺简单，管理方便，成本较低，应用广泛；但浸润线位置高，坝体稳定性较差。 子坝中心线位置不断向初期坝下游方向移升，坝体由流动的矿浆逐渐沉积而成坝的方法称作下游法。其优点是坝体尾矿颗粒粗，渗透性能好，坝体稳定性较高；但管理复杂，只适合于粒度较粗的尾矿。 坝顶中心线位置始终不变，坝体垂直向上不断升高累积而成坝的方法称为中线法。其特点是尾矿坝均采用了内部不透水带和排水带，以减轻对坝体结构稳定性的不良影响。该方法介于上游法与下游法之间，其应用范围逐渐增大。中线法的应用比例最低，但是未来尾矿湿法排放的发展方向。 井下充填 按照尾砂的利用方法和利用率，可将充填分为分级尾砂充填和全尾砂充填两大类。根据充填体在不同部位以及充填体的作用，充填体分为三大类，要求不同的充填类型才能满足技术要求。 在分级尾砂系统充填中，水砂充填最重要的是物料的渗透系数，必须超过10cm/h；胶结充填最重要的是料浆凝结速度与充填体强度。分级尾砂充填是比较成熟的充填工艺，充填过程中最重要的有以下几点： ⑴尾砂量不够；

膏体充填技术的现状与展望

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。

探讨膏体充填开采技术在煤矿采空区的应用

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

采矿工程充填技术的应用与发展

采矿工程充填技术的应用与发展 摘要：中国作为矿产资源开发大国，在长期的矿产资源开发过程中积累了大量的固体废物。如果大量的固体废物长期堆积在地表，很容易造成严重的环境污染。因此，进一步研究 充填技术的理论与应用，完善理论体系，提高采矿经济效益具有积极意义。 关键词：矿业工程；灌装技术；应用及发展 引言 在中国社会经济可持续发展的巨大势头下，采矿业也在不断发展。在激烈的市场竞争下，我国矿山企业不断更新采矿技术。在采矿技术的应用中，充填技术得到了广泛的应用，是一 种比较先进和安全的采矿技术，在实际应用中，可以提高矿物的回收率，对采矿工程的整体 效率和安全性都有很大的提高，使矿山企业能够获得较高的经济效益，促进矿山企业的稳定 发展。 1采矿工程充填技术综述 所谓充填技术，是指在矿石落矿、搬运等作业中，利用特殊的充填材料对矿区进行充填，以提高矿区的稳定性。在矿区困难、岩层不稳定时，该技术可有效保护矿区周边生态环境， 维护矿区生产安全。其技术优势和具体方法如下：一是可以显著减少顶板冒落和板坡问题； 二是切割所涉及的工作量更小，操作更方便；第三，材料成本低，可以就地取材，选择现有 的自然资源作为填充材料的主要成分。充填采矿法，按物料可分为以下几种： 1.1干填充法 干式充填法是利用矿车、风等，将废石砂等干燥物料输送到采空区，在采场通过电动耙 或刮板输送和储存充填物料。在应用此法的过程中，需要提前设置填充井，注意区域内的通 风除尘，然后分层填充。此法应用时间长，工艺复杂，会产生大量粉尘，充填作业周期长， 充填体强度不高。但是这种方法也有一些优点，那就是成本低，而且可以适用于各种矿体形态。 1.2水砂充填法 水砂充填法是将尾矿、河砂或矿渣等物料与水按一定比例混合，再通过砂浆泵或自流输 送到指定的地下充填点，以达到支护围岩和控制地压的目的。送至采空区的物料可以靠自身

膏体充填材料力学和变形性能的研究综述

膏体充填材料力学和变形性能的研究综述 赵雪飞 【期刊名称】《《四川建材》》 【年(卷),期】2019(045)008 【总页数】2页(P67-68) 【关键词】膏体充填材料; 力学参数; 变形性能 【作者】赵雪飞 【作者单位】中原工学院信息商务学院河南郑州450007 【正文语种】中文 【中图分类】TD823.7 0 前言 在充填采矿领域,从传统的低浓度胶结充填，到近十几年出现的高浓度全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填[1],充填技术发展迅速。而膏体泵压输送胶结充填凭借自身优点，发展尤为迅速，成为充填采矿技术发展的主要方向。膏体充填[2]，作为21世纪绿色开采新技术，就是把煤矸石、电厂尾料或者用尾矿砂等固体废弃物加工成的膏状物，利用泵送管中的压力和膏体自身重力的作用送到井下工作面，充填采空区的一种新型采矿方法，既解决了地面上固体废弃物的污染问题，又保障了采矿区不塌陷。对于该项开采新技术来说，充填材料的性能是核心关键点，因此，为能更好地推广膏体充填这一技术，对膏体充填材料的基本特

点、力学和变形性能有更深入的认识，本文整理国内的研究成果并进行简单分析。 1 膏体充填材料的特点 膏体充填材料作为膏体充填开采技术的重要组成部分，对其研究具有重要的理论意义与实用价值。膏体充填材料(Cemented Paste Backfill)简称CPB，是以骨料与 胶凝材料、矿物掺合料及外加剂和水拌和在一起配制而成的一种膏状的、经凝结固化后具有低强度的水泥基材料[9]。对于充填材料的研发，其掺入其内的骨料应尽 可能利用矿井固体废弃物，以减少污染。通常，膏体充填材料具备以下技术特点[2]： 1)浓度高。目前膏体充填材料质量浓度>75%，最高浓度可达88%左右。 2)流动状态为柱塞结构流。由于料浆之间粘聚力较大，在管道流动时，呈整体平推运动，同一横截面上的料浆具有相同的流速。 3)料浆不沉淀、不泌水、不离析。 4)无临界流速。骨料最大颗粒料粒径达25 mm，流速小于1 m/s，仍能够正常输送。 5)填充体压缩率低。较粗颗粒之间的孔隙一般由水、胶凝材料水化产物或者超细颗粒填充，压缩率一般控制在1%左右。 6)骨料采用地表的固体废弃物，解决了其对环境造成的污染问题。 2 膏体充填材料的基本力学参数 2.1 抗压强度 通常材料的强度是设计者认为最有价值的性质，对于膏体充填材料也不例外。所以，膏体充填材料的抗压强度，成为众多学者关注的焦点，并进行了大量的试验研究。中国矿业大学赵才智等[4]采用由PL膏体胶结料(以普通硅酸盐水泥为基材，与石膏、石灰和多种外加剂等配制的复合材料)、粉煤灰、泗河砂和水配制而成的膏体 充填材料，在普通材料压力试验机上进行抗压强度测定，得到材料抗压强度随龄期

膏体注浆补强固体充填技术研究与应用

膏体注浆补强固体充填技术研究与应用 刘建功;陈勇 【摘要】为了在控制成本的情况下提高固体充填的密实度,有效控制顶板下沉,提出在煤矸石与粉煤灰固体充填基础上进行膏体注浆补强.通过实验室的煤矸石级配优化以及配比实验确定抗压效果最好的配比方案,在此基础上进行膏体注浆补强,分析注浆补强对充填体密实充填率以及抗压强度的提升效果,进一步应用到现场.结果表明:煤矸石与粉煤灰1:0.6配比条件下抗压效果最好;膏体注浆有效提升了充填体的密实充填率,抗压强度有了一定的提升.经过现场实践,膏体注浆补强固体充填使得开采对工作面所对应的地表建筑物及设施的影响较小,可以正常使用. 【期刊名称】《中国矿业》 【年(卷),期】2019(028)0z1 【总页数】4页(P146-149) 【关键词】膏体注浆;固体充填;煤矸石;粉煤灰 【作者】刘建功;陈勇 【作者单位】中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083;河北工程大学煤炭生态保护性开采研究院,河北邯郸 056038;国家能源充填采煤技术重点实验室,河北邢台 054000;中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083 【正文语种】中文 【中图分类】TD325

我国国民经济发展中煤炭仍然占据着重要地位[1-3]。充填开采可以有效解放“三下”压置资源，延长矿井的服务年限保证矿井的正常接续，也解决了煤矸石粉煤灰等固体废物的排放与处理问题，保护矿区周边生态环境，具有良好的经济和社会效益[4]。解决“三下”压煤规模性开采及消除煤矸石、粉煤灰的排放带来的环境污 染等问题常见的技术有固体充填开采技术和膏体充填开采技术。固体充填开采技术[5-8]的优点：充填系统简单、操作方便；一次投资少，运行成本低；可实现采充 平行作业。其缺点是固体充填材料存在较大的空隙，充填密实度较低。膏体充填开采技术[9-12]的优点：充填体终凝效果好；管道输送，适应高瓦斯矿井。但膏体充填缺点很明显，一次投资较大，运行成本较高，充填体需要一定的凝固时间。 为解放“三下”压置煤炭资源，同时消除煤矸石、粉煤灰的排放带来的环境污染等问题，减少投资，降低成本，保证充填效果，提高充填效率，提出研发膏体注浆补强固体充填技术。应用该技术可以进一步提高煤矸石与粉煤灰固体充填的充填效果，有效控制顶板下沉，在地表保护等级较高的情况下实现低成本高效率充填采煤。 1 固体充填材料配比 1.1 煤矸石级配及优化 大量的实验以及充填实践表明，煤矸石粒径过大导致充填材料空隙过大无法保证充填密实度。因此，首先需要对煤矸石进行级配及优化。实验室我们进行初次破碎和二次破碎。 本实验所采用的仪器为混凝土集料筛，直径为300 mm。其筛孔一共分为十级， 分别为0.075 mm、0.25 mm、0.5 mm、1 mm、2 mm、5 mm、10 mm、20 mm、40 mm、60 mm。通过分级筛的筛分可将不同粒径范围的煤矸石颗粒划分出来。本实验所需的辅助仪器为普通电子称(精确到0.1 g)、铁锤(用于破碎煤矸石)。采用的煤矸石来源于邢台矿洗选煤矸石。实验采样所用方法为“蛇形采样法”，共

膏体管道壁面滑移特性研究进展及趋势

膏体管道壁面滑移特性研究进展及趋势 张磊;王洪江;李公成;吴爱祥;刘晓辉 【摘要】Paste filling technology has gradually become an important development direction of filling method because of its advantages in safety,environment protection and high efficiency and other aspects,and the paste conveying pipeline is the key link in the system. The phenomenon of wall slip exist in the process of paste flow,but its mechanism is not clear,and the research for behavior of paste slip flow is not conducted deeply both at home and abroad. It is of great practical significance to explore its law for the sake of reducing resistance of paste pipeline transportation efficiently and energy consumption. The re-search status of wall slip in slurry pipeline is introduced,and the influence factors of slip effect in pipeline are discussed. On this basis,the trend of research on wall slip of paste is put forward.%膏体充填技术由于其在安全、环保、高效等方面的优势,逐渐成为充填法重要的发展方向,而膏体的管道输送是整个系统中的关键环节. 壁面滑移现象存在于膏体流动过程中,但是其机理并不明确,国内外对于膏体滑移流动行为并没有进行过深入研究,探明其规律对于有效减小膏体管道输送阻力和降低能耗具有十分重要的现实意义. 详细介绍了浆体管道壁面滑移研究现状,讨论了管道滑移效应的影响因素,在此基础上,提出膏体管道滑移研究趋势. 【期刊名称】《金属矿山》 【年(卷),期】2015(000)010 【总页数】5页(P1-5)