2352工作面膏体充填可行性研究(110216)

淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿2352工作面膏体充填开采可行性研究

淄博矿业集团岱庄煤矿

中国矿业大学

二○一○年十二月

前言 (2)

1 建筑物下滞留煤柱开采技术 (6)

1.1 2351膏体充填工作面概述 (6)

1.2 2351工作面充填开采方法及工艺 (7)

1.3 充填量统计分析 (11)

1.4 矿压实测与分析 (12)

1.5 充填材料力学性能分析 (31)

2 2352充填工作面概况 (35)

2.1 开采条件 (35)

2.2 相对位置及邻近采区开采情况 (35)

2.3 地面受护体情况 (35)

3 2352工作面膏体充填开采方法 (40)

3.1 2352工作面充填开采必要性与可行性 (40)

3.2 2352工作面充填开采方法及工艺 (40)

4 2352工作面充填开采安全性评价及效益分析 (42)

4.1 建筑物损坏等级的划分标准 (42)

4.2 膏体充填开采覆岩移动规律的模拟研究 (44)

4.3 充填开采覆岩移动变形控制与预测分析 (54)

4.4 充填材料参数选择与稳定性分析 (59)

4.5 经济与社会效益分析 (64)

5 膏体充填工作面开采的主要安全技术措施 (66)

6 主要结论 (68)

前言

岱庄煤矿是淄博矿业（集团）有限责任公司（以后简称淄矿集团）在济宁北建设的第二对大型现代化矿井，位于济宁市任城区境内，南距济宁市区约6 km，井田东西走向长约9 km，南北倾斜宽约7.2 km，面积约65 km2，于2000年建成投产，设计生产能力150万t/a，核定生产能力300万t/a，主采3上煤层，煤层厚度平均2.66 m，为优质低硫气肥煤。

由于井田地处济宁市城北城乡结合部，地面村庄等建（构）筑物密集，共有78个自然村，计1.3万多户，5.0万多人口，村庄下压煤量高达80 %。从2000年矿井投产以来，岱庄矿一直采用条带法开采建筑物下压煤，随着条带开采的不断进行，资源采出低问题日趋严重，仅能解放约47 %的可采储量。据统计，截止2010年12月底，岱庄煤矿已有条带煤柱49个，累计条带煤柱可采储量高达900多万t。

为了解放村庄下压煤，提高煤炭资源采出率，延长矿井服务年限，实现矿井的可持续发展，淄矿集团进行了不懈的探索。2005~2006年淄矿集团岱庄煤矿与中国矿业大学、天地科技股份有限公司合作开展了条带开采老采空区膏体测试充填试验；2007年淄矿集团岱庄煤矿与中国矿业大学、徐州中矿大贝克福尔科技有限公司三方合作，开展固体废物膏体充填开采滞留条带煤柱技术的研究，并于2009年12月30日在2351条带开采滞留煤柱工作面成功开始了工业性试验，使条带开采滞留煤柱高采出率安全回收成为现实。截止2010年12月31日，已完成充填进尺302 m，累计充填约8.7万多方，实现充填采煤13.08万t。

岱庄煤矿2351工作面膏体充填开采工业性试验是在山东省煤炭工业局（以后简称省煤炭局）支持下开展起来的。淄矿集团岱庄煤矿、中国矿业大学和徐州中矿大贝克福尔科技有限公司共同提出《淄矿集团岱庄煤矿建筑物下矸石膏体充填试采方案设计》以后，省煤炭局及时组织相关专家进行可行性论证（需要指出的是，在论证时该工作面编号为CT2301），论证

通过以后省煤炭局于2008年8月12日下达了“关于淄矿集团岱庄煤矿建筑物下矸石膏体充填试采方案设计的批复”（以下简称“省煤炭局2008批复”），省煤炭局2008批复的主要内容包括：

（1）膏体充填开采技术可以解放井田内有限的煤炭资源，保护矿区生态环境，提高煤矿可持续发展能力，同意淄矿集团在岱庄建筑物下进行矸石膏体充填试采的意见；

（2）同意岱庄煤矿2300采区已留条带煤柱进行矸石膏体充填试采的方案设计。同意方案中提出的分阶段试采的意见，由于采用膏体充填方法开采条带煤柱在全国尚属首次，并且是在已采动区域内，试采期间地面影响损坏程度必须控制在设计预计的范围内，若地面影响损坏程度超出设计预计标准，要立即停止试采，调整修改设计再进行报批。

（3）由于目前对条带膏体充填开采尚未有成熟的借鉴数据，同意方案设计中依据2300采区，对试采区域充填开采后地面变形预计方法。即在已条带开采的基础上按照膏体充填系数90%，充填前预计顶底移近量173 mm，加上平均欠接顶量50~100 mm，充填压缩量1 % ~ 2 %，预计2300采区3上膏体充填条带工作面开采后，地表最大下沉量为300~400 mm，预计地表下沉系数为0.1~0.15。按充填沉陷系数0.15计算，首试膏体充填工作面开采后影响到的仙庄、靳庄、海丰化工厂、学校、甜菊糖厂全部和大部分控制在I级损坏范围内，其中甜菊糖厂部分达到II级损坏。

（4）在条带开采区域进行膏体充填开采是一项试验性开采新技术，工程内容多，投资大，要高度重视，组织强有力的技术人员，认真抓好试验过程的每个环节，要严格按照设计组织施工，加强地面观测，确保首试工作面地面损坏程度控制在设计预计的范围之内。要认真研究设计及专家论证意见中的各项内容，制定和落实防火、防有害气体等各项安全技术措施，确保井下开采、地面建筑物和人身安全；

（5）工作面开采前腰征得当地政府同意和支持，及时将建下开采情况及地面的影响告知有关物权人，特别是学校等重要建筑，要做好有关防范

工作。开采过程中要建立定期巡查观测制定，发现异常情况及时采取措施。四个试采工作面结束后，要及时做好地面影响损坏情况总结，并根据试采情况，研究下一步试采方案。对因开采影响造成地面建（构）筑物损坏的，按照有关规定要求做好补偿工作。

2351膏体充填首试工作面投产以后，岱庄煤矿及时安排了现场实测工作，以准确掌握膏体充填回收条带开采滞留煤柱控制地表沉陷，保护地表建/构筑物效果。实测结果表明，岱庄煤矿2351两侧采空条件下采用矸石膏体充填开采回收条带煤柱，工作面采出率达到97 %，推进302 m，考虑两侧采空区，目前膏体充填工作面走向采动程度系数n1=D1/H=302/440=0.68，倾向采动程度系数n3= D3/H=495/440=1.12，尚属于非充分采动。但地表最大下沉量只有35 mm，远远小于原设计预计的300~400mm，地表变形控制效果非常好。

因此，可以肯定的是，采用膏体充填开采技术可以解放岱庄矿条带开采滞留煤柱。但是为了实现采空区完全充填，需要花费大量的人力和时间构筑充填隔离墙，同时受充填材料凝结时间的影响，充填完成后无法立即进行工作面采煤。上述两种因素导致充填开采工作面回采效率较低，充填成本增加。为了提高充填开采生产效率，岱庄煤矿决定布置双充填工作面，以实现两面轮换充填-采煤的局面。根据矿井3上煤层资源储量分布、开采综合条件及巷道布置实际，2352条带滞留煤柱可作为最佳轮换充填工作面。

根据省煤炭局2008批复相关内容要求，需根据首试采2351充填工作面实测成果，对2352工作面膏体充填开采可行性需重新报请山东省煤炭工业局审批。为此，中国矿业大学受山东淄博矿业集团岱庄煤矿委托，根据2352工作面的地质采矿条件，结合2351充填工作面实测成果，依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（2000）及山东省人民政府和山东省煤炭工业局的有关文件精神，提交了《山东淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿2352工作面膏体充填开采可行性研究》报告，报请山东省煤炭工业局审批。

1 建筑物下滞留煤柱开采技术

2005年以来，岱庄煤矿面对资源严重匮乏的局面，牢固树立“资源有限，创新无限”的理念，立足矿井实际，转变生产方式，创新开采工艺。2007年开始与中国矿业大学、徐州中矿大贝克福尔科技有限公司合作开展矸石膏体充填绿色开采技术研究，并于2009年底成功实现了2351条带开采滞留煤柱工作面的膏体充填开采，为延长矿井服务年限提供了资源保障，为企业稳定、持续发展积蓄了后劲。

截止2010年12月31日，已完成充填开采进尺302 m，累计充填8.7万多方，实现充填采煤13.08万t。

1.1 2351膏体充填工作面概述

本工作面位于矿井西侧，勒庄东北约200m，仙庄村东约220m 处，-410m水平西翼胶带下山西翼；北为2302工作面，南为2303条带工作面，开采煤层为3上煤。煤层平均厚度2.9 m，视密度为1.5 t/m3，煤层倾角为5°左右。顶底板为中、细粉砂岩，总厚度3.7～10.2m。间隔岩层为中砂岩、砂质泥岩及泥岩。上组煤直接充水含水层有山西组砂岩（3上煤层顶、底板砂岩，3下煤层顶、底板砂岩）含水层，各含水层之间具有密切的水力联系，形成一个统一的含水层。上组煤直接充水含水层厚度大，富水性弱～中等，补给条件不良，静储量丰富。

工作面为一单斜构造，以镜煤、亮煤为主，属于低灰、低硫、特低磷、高发热量、高灰熔点的二号气煤，易选、结焦性好，条带结构，层状构造，易碎。区内共有四条断层，其中，最大断层为F1断层，走向48°，倾向138°，落差H＝3.5 ~ 3.7 m，最小断层为F2断层，走向250°，倾向340°，落差H＝0.5 m，无岩浆岩侵入、河流冲刷和陷落柱。

工作面长度约103m，走向长约1150m，工作面上方受护对象为

甜菊糖厂、靳庄、十里铺、甜菊糖厂50 m和老105国道从工作面的东南部穿过。工作面正对应地面以农田为主，零星分布温室大棚和民房建筑，工作面内无钻孔和其它设施。根据原设计预测，该工作面膏体充填开采后，对地面建筑物的影响较小。根据“三下”开采规程，开采对地面建筑物的损坏程度为轻微损坏，损坏等级为I级，墙体上累计裂缝宽度一般不超过10 mm，不需要对建筑物进行结构处理，或者进行简单维修即可满足建筑物安全使用的要求。

1.2 2351工作面充填开采方法及工艺

由于该采区原设计为条带开采，而且该区段两侧的条带煤柱已经开采完毕，因此，2351条带滞留煤柱为孤岛煤柱支撑上覆岩层，控制地表变形在设计范围内，若全部垮落法开采将对部分地表建筑物造成严重损害。

1.2.1 充填方法选择

针对岱庄煤矿条带开采滞留煤柱的实际条件，原设计在老采空区测试充填试验的基础上，提出了综合机械化大步距隔离全部膏体充填开采方法，即条带煤柱工作面每推进4 ~ 5 m，才沿工作面作隔离，然后对所隔离封闭的采空区进行全部充填。

条带煤柱充填开采工作面布置受两侧条带采空区限制，在布置上主要是选择合适的回采巷道与条带采空区之间的护巷煤柱宽度。为了尽可能回收煤炭资源，条带煤柱充填开采工作面巷道设计沿空留窄煤柱掘进，在膏体充填首试工作面，初步选择护巷煤柱宽度3 ~ 5 m，将巷道布置在卸压带内，以便于维护。

1.2.2 充填工艺流程

充填开采工艺为：地面建立注浆站，用煤矸石、粉煤灰、专用胶结料和水配制搅拌成胶凝性膏体浆液，采用泵送设备通过管道把膏体充填料浆由地面泵送至井下采煤工作面，及时充填由液压充填支架和

辅助隔离措施形成的封闭采空区，形成一个以膏体充填体为主体的支撑体系，

本全采全充方案的基本特征是“地面造浆、充填泵加压、管道输送，在顶板垮落前充填全部采空区”。具体充填工艺流程如图1所示。（1）正常充填程序

1）检查准备。通过井上下检查、联系，确认系统正常，设备完好，搅拌机与料浆斗清水湿润，管道内充满清水以后，设定好当班充填量以后，方可进入下一步工作。

2）灰浆推水。在正式充填前，先泵送由粉煤灰和胶结料制成粉煤灰膏体料浆，把管路内的清水排出，此过程充填管路前段为清水，后段为粉煤灰膏体料浆，即为灰浆推水阶段。

3）矸石浆推灰浆。少量粉煤灰膏体料浆不足以把管内清水全部排出，主要起隔离正常充填的矸石粉煤灰膏体作用，待设计量的粉煤灰膏体料浆的快泵送完时，要将正常配比的矸石粉煤灰膏体料浆（粗浆）放入缓冲料浆斗，继续泵送，此时充填管路前段为清水，中间为粉煤灰膏体料浆，后段为矸石粉煤灰膏体料浆。

4）正常充填。工作面正常充填由低处向高处充填。充填正式开始时，轨道巷侧工作面第一个转换阀接通旁路，第一根布料管从该阀旁路接口连接到第一个充填孔进行充填，在充填的同时准备第二个转换阀接通旁路，并在第二个转换阀连接好第二根布料管。第一个充填孔充填完成以后，使第一个转换阀接通直管部分，充填浆液即转而从第二根布料管充填采空区。在第二根布料管充填的同时，接通第三个转换阀接通旁路。如此重复，直到完成整个工作面待充空间充填的任务。

5）灰浆推矸石浆。当泵送充填料浆达到设计充填量以后，如没有特殊情况，地面充填站制备少量粉煤灰膏体，适当降低泵送速度，待缓冲浆斗内的正常配比料浆快泵送完毕时，把粉煤灰料浆放入缓冲

浆斗，用粉煤灰浆把料浆斗和充填泵入口内的矸石浆全部推入充填管道中，使冲洗水不会与矸石膏体混合。

煤矸石

图1 岱庄煤矿矸石膏体充填系统工艺流程

6）水推灰浆。当料浆斗内设计量的粉煤灰浆泵送完之前，向料浆斗放入清水，在粉煤灰浆后面泵送清水洗管。工作面发现粉煤灰浆以后，等到设计时间及时切换到工作面排水管，将后续的清洗水通过排水管排到西翼皮带下山排水沟，下山排水沟见清水以后关闭控制阀门，完成管道清洗工作，这时管道中保持满管清水，可供下一个充填班灰浆推水使用。

（2）充填班工作

1）设置上/下端头隔离墙：每到一个充填步距，在工作面上/下端头需要用塑料编制布、木板人工架设隔离墙，隔离墙依靠单体液压支柱承受充填时浆体的侧向压力，单体液压支柱布置密度和支撑压力必须足够，保证隔离墙在工作中安全。

2）调整充填支架隔离掩护板接触缝隙均小于5 mm，并布置辅助隔离措施，保证沿工作面支架后方的隔离有效可靠。

3）连接和调整工作面入口附近和工作面布料管阀。工作面巷道内的干线充填节长6 m，随着工作面向前推进每6 m需要拆除一根干线管，干线管末端的高压控制闸阀，以及与工作面充填管之间的连接需要移动位置和重新连接。另外工作面布料三通管、控制闸阀需要确定是否正确连接、是否处于正确开关状态。

4）与地面充填站联系与配合，由地面先执行“管道充水”，即向充填管道充填满清水，并排放管道中空气，然后执行“灰浆推水”与“矸石浆推灰浆”，完成充填前准备。

5）依次充填：充填过程是一个由工作面低位端向高位端逐渐充填的过程。

6）充填结束操作：结束过程是一个管道系统清洗的过程，先“灰浆推矸石浆”，后“水推灰浆”的过程，井下工作面人员需要与地面充填站操作配合协调。上述管道清洗过程完成以后，在分组人工清理

布料管。

（3）隔离方法及其效果

目前，岱庄煤矿充填采煤面充填步距4.0 m左右，每次充填前需要设置隔离墙，形成必要的待充填封闭空间，这是充填采煤的一道重要环节，隔离墙设置分为工作面端头隔离、中间隔离两种情况。

工作面端头隔离：指的是工作面轨道巷端头、皮带巷端头充填支架与巷道煤帮之间的空间隔离，该空间宽度1~1.5 m，高度为煤层厚度。工作面端头隔离施工过程为：挖底沟—挖帮槽—打帮锚杆—封煤帮—封顶板—装模板—打加强贴板柱—背紧贴板柱与模板之间空隙—填矸压塑料布底边—打斜撑。煤帮与顶板的密闭都是先垫泡沫板、草苫、铺塑料布，然后用方木，通过外力挤压实现，区别点在于挤压方式不同，煤帮通过紧固锚杆螺母挤压，顶板通过单体支柱挤压。

工作面中间隔离：工作面中间隔离过程为：挖底沟—铺支架下隔离板隔离塑料布与草垫—降架—铺底层草苫—铺首层塑料布—铺草苫卷—铺二层塑料布—铺泡沫板—升架—填矸压塑料布底边—刷乳胶粘结塑料布接缝。

据了解，上述隔离办法实施以来，没有出现漏浆现象，一致认可在岱庄煤矿3下煤层条件下，支架顶板和煤帮接触缝隙采用软性材料适当挤压方式能够可靠隔离，有效防止漏浆。

1.3 充填量统计分析

充填率是反映充填工作面顶板支护效果和充填接顶效果最重要的指标，也是最终反映地表沉陷控制效果的最重要的指标。

根据岱庄煤矿充填量统计，截止2010年12月31日，2351充填工作面累计充填87688 m3，采空区容积为89223 m3，平均充填率高达到98 %，项目设计充填率要求90 %以上，实际充填率高于原设计要求，充填量统计结果如图2所示。由此，根据工作面相关参数，可

计算得出充填前顶底移近量和充填欠接顶量之和为=（采空区容积-

累计充填量）/工作面长度/工作面推进距离=（89233-87688）/103/302

=148 mm 。

图2 岱庄煤矿膏体充填率统计

1.4 矿压实测与分析

2351综采膏体充填工作面为岱庄煤矿首个膏体充填开采工作面。为

了掌握滞留条带膏体充填开采采场围岩移动变形、充填体受力以及地

表移动与变形规律。在2351条带滞留煤柱膏体充填开采的过程中，

岱庄煤矿与山东科技大学合作开展了“2351充填工作面矿压观测研

究”。在充填工作面近正上方设立了地表移动观测站，以观测地表移

动与变形，

同时在充填工作面布置测点以观测充填体受力及采场围岩

移动变形。

1.4.1 地表沉陷实测分析

为了充分反映地表移动与变形规律，本次地表岩移观测站分别沿走向和倾向主断面布设两条观测线。根据矿区控制点，利用全站仪，标出测线控制点和走向测线与倾向测线的交点，依次标出各测点位置。为减少工农纠纷、青苗补偿等影响，测点埋设沿路边，尽量做到隐蔽、稳定，测点布置如图3。

图3 测线布置与工作面位置关系对照图

每次观测结束后，均对观测成果进行检查，使其满足《煤矿测量规程》的有关规定，然后进行各种改正数的计算和平差计算，以确保观测成果的正确性。

由于前两次测量时，地面测点受到人为因素的破坏严重不便参考，在经过补点之后，测量数据从第三次为准，计算各次下沉值见表1。

表1 地表下沉实测值统计表

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膏体充填开采项目简介

淄博矿业集团有限责任公司 岱庄煤矿建筑物下矸石膏体充填开采 项目简介 淄博矿业集团有限责任公司 岱庄煤矿 二〇一〇年九月二十一日

前言2007年以来，岱庄煤矿面对资源严重匮乏的局面，牢固树立“资源有限，创新无限”的理念，立足矿井实际，转变生产方式，创新开采工艺，大力实施矸石膏体充填绿色开采技术，成功地实现了村庄条带煤柱的二次回采，为延长矿井服务年限提供了资源保障，为企业稳定、持续发展积蓄了后劲。 一、项目背景 岱庄煤矿是淄矿集团在济（宁）北矿区建设的第二对现代化大型矿井，地处济宁市城北城乡结合部，矿井开采范围内地面分布有3个镇78个自然村，1.3万多户，5万多人口，村庄压煤量高达80 %。自矿井移交生产管理以来，村庄压煤一直采用传统的条带开采技术，资源回收率不足47%；随着济宁市城区建设的加速及村庄的扩展，矿井压煤量与日俱增，可采储量锐减，资源面临枯竭。截至目前，岱庄煤矿已形成条带煤柱53个，遗留条带煤柱呆滞储量累计达到900万t。同时，经过矿井十多年的开采，地面形成了一座近120万m3的矸石山，矸石的堆放不仅占用土地，而且对周围环境会造成不同程度的影响。 为此，岱庄煤矿提出了“建筑物下矸石膏体充填置换开采”研究课题，与中国矿业大学（徐州）和徐州中矿大贝克福尔科技有限公司合作，进行了建筑物下矸石膏体充填开采技术研究。 二、矸石膏体充填开采技术应用情况 岱庄煤矿矸石膏体充填开采项目于2008年1月由中国矿

业大学、徐州中矿大贝克福尔科技有限公司和岱庄煤矿完成了项目可行性研究报告和初步设计。经专家论证后组织实施。 项目总投资概算为9551.0万元，截止目前，实际完成投资 10625万元。 （一）充填原理 项目主要是建立一套以煤矸石、电厂粉煤灰为主要集料的膏体充填系统，在遗留条带煤柱回采工作面面后，将煤矸石、粉煤灰、胶结料等固体废物制作成浆体，从地面通过充填泵经钻孔和管路充填到回采工作面面后采空区，凝固后形成以矸石膏体充填体为主的覆岩支撑体系，使地表变形始终保持在建（构）筑物安全的允许范围内，解决地表下沉问题，实现不迁村回收村庄条带煤柱的目的。 （二）充填材料 矸石膏体充填使用的材料是破碎煤矸石、电厂粉煤灰、胶结料（如水泥）和矿井水等。 （三）充填系统 矸石膏体充填系统主要由矸石破碎仓储系统、膏体搅拌制备系统、膏体泵送系统、工作面采煤及隔离充填系统四个子系统组成。 （四）充填设备及设施 1.矸石破碎仓储系统：主要由前装机、板式给料机、鄂式破碎机、矸石分级筛、手选皮带、高细破碎机、振动除杂筛、

充填站膏体充填流程

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。 2、矸石、粉煤灰、水泥通过搅拌机搅拌50s形成矸石浆，投入料浆斗K中，由充填泵L输送到井下工作面。 注:料浆斗内的灰浆剩余600mm左右投放开始投放第一批矸石浆。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

尾矿胶结充填产品与技术

企业文化： 企业理念 铸就精品，奉献至诚 环境与人类共存，开发与保护同步 企业精神 治学维新，经验唯物，协作唯诚，服务唯生 企业愿景 拥有精湛的技术，卓越的管理能力，成国内外知名的建筑材料供应集团 引进新理念，应用新技术，让有限的资源做无限的循环，让一抹绿色洒满矿山 企业使命 提供高品质全方位的服务，与客户共同铸就精品工程 珍惜资源，永续利用 质量方针 科技领先铸精品，服务优质创一流

公司简介 北京中防元大建材科技有限公司是从事尾矿充填材料、混凝土外加剂的高新技术企业，依托于中国地质大学，北京科技大学等雄厚的技术力量，致力于尾矿固化剂、混凝土防水、混凝土防腐等产品的研发，推广应用以及行业标准规范的制订。公司注册资金500万元。公司下设企业管理部、研发部、销售部及生产部，在北京、河南、陕西拥有三个生产基地，并在西安、成都、山东等地开设分公司。在行业内辛勤耕耘十余载，以卓越的产品品质和完善的技术服务体系，效力于国内众多重点工程。 WPA尾矿固化剂是公司在大宗固体废弃物资源化领域的重要研究成果，具备自主知识产权，产品已在国内得到成功应用，为业主单位在尾矿胶结充填方面节约大量的资金，取得了显著的社会及经济效益。 公司愿为客户提供更多优质产品和服务，愿和各矿山企业携手发展，共创未来！

产业背景 2011年，我国产生尾矿15.8亿吨，其中铁尾矿8.06亿吨（51%），铜尾矿3.07亿吨（19.4%），黄金尾矿2.01亿吨（12.7%）。无废采矿是采矿发展的必然趋势，尤其是能充分利用矿山固体废弃物的矿山胶结充填工艺。充填采矿法不但能在复杂条件下充分的回采矿产资源，而且能够减少矿山固体废弃物的排放和保护地表不受破坏。 高浓度全尾砂充填是充填采矿法的重要技术工艺，其中，固化剂的成本和性能对充填工艺的成败起到至关重要的作用。目前市面上常见的固化材料以水泥为主，成本较高，且料浆存在泌水、离析等现象，不利于采空区充填体强度的提升，并存在排水、污染等问题。我公司自主研发的WPA尾矿固化剂以当地工业废渣为主材，并采用活性材料对其进行激发，采用WPA尾矿固化剂进行采空区充填，成本低，强度高，具备显著的社会经济效益。 产业展望 Refin尾矿固凝剂激发工业废渣充填采空区技术复合国家循环经济战略部署，不但使资源得到更加合理的利用，同时可降低企业生产成本，社会及经济效益显著。 相关产业支持政策： 发改委： ?发改办环资[2012]1335号《关于请组织申报资源节约和环境保护2013年中央预算内投资备选项目的通知》。 ?[2012]726号文下发《关于开展资源综合利用“双百工程”建设的通知》。 ?“城市矿产”示范基地建设。 ?“十百千”等项目提供支持。 财政部、税务总局： ?财税[2011]115号《关于调整完善资源综合利用产品及劳务增值税政策的通知》。 ?对采用先进技术生产的产品，符合国家政策规定的给予减免增值税和所得税。 工信部： ?对国家重大科技成果转化项目、工业清洁生产示范项目、技术改造项目提供支持。 国土资源部： ?国土资发〔2010〕119号《关于贯彻落实全国矿产资源规划发展绿色矿业建设绿色矿山工作的指导意见》。 ?对符合条件的项目申请以奖代补。 ?2013年3月27日财建[2013]80号《矿山地质环境恢复治理专项资金管理办法》。 在节能减排和经济可持续发展的大背景下，Refin工业废渣激发充填技术作为尾矿胶结充填行业的前沿技术，必将具有广阔的市场空间和发展前景。 公司愿与您携手发展，共创行业美好未来！

充填系统工艺流程

QMBI—GQ—001 充填系统工艺流程 系统流程如图1所示。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，经测量管进入料斗，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： 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（1）输送至膏体充填站。膏体充填站设立两个容积分别约为800m3的卧式沉降池（4）。为了使放入沉降池中的全尾砂粒度分布均匀，每个沉降池布置4个放砂阀（2）。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充填作业时，另一个沉降池则用于进砂及沉降脱水，进砂或放砂通过开启或关闭分流阀（3）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（5）排出全尾砂料浆面上澄清的水。北池的澄清水直接排入回水池（7）中，而南池澄清水则通过放水阀（5）及排水管（6）排入回水池。回水池上安装有回水泵（8），澄清水经回水泵加压后通过回水管（9）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。压气造浆设施如图2、图3。空压机站压气通过3″总进风管及进风总闸进入充填站，为了测定进气气压，管路上设置气压表。每个沉降池中布置20排压气造浆喷嘴，每排布置喷嘴10个。为了便于维修及清洗池底风管，每排风管均布置有1″活接及吹洗用球阀。

充填前打开1″不锈钢球阀对池中全尾砂进行压气造浆，每次开启3~5排，待池中全尾砂造浆均匀后，即可打开5″放砂阀（11）通过放砂管（14）向搅拌机供给全尾砂浆。 在放砂阀两侧布置有辅助造浆水阀（12）及放砂管冲洗水阀（13）。当打开放砂阀但放不出全尾砂时，可打开辅助造浆水阀（待放出全尾砂后，随即关闭该阀）。充填结束后，打开放砂阀外侧冲洗水阀、双卧轴搅拌机清洗水阀（49）进行冲洗作业。 为了对放砂流量进行检测及调节，在放砂管上布置有电磁流量计（15），手动调节阀（16）及电动调节阀（17）。为了防止各种杂物进入搅拌机，设置了全尾砂过滤进料斗（18），进料斗内布置有焊接钢筋网。 散装水泥由散装水泥罐车（19）运至充填站，经吹灰管（20）吹卸入容量150t的水泥仓（26）中。为了防止各类杂物进入水泥仓，在水泥仓顶布置过滤进灰箱（21）。水泥仓顶部另设有排气装置（22）、重锤式料位计（23）及人员观察孔（24）；水泥仓底部设有闸板阀（27）、双管螺旋给料机（28）及螺旋电子秤（30）。螺旋电子秤进、出料口均绑扎有帆布连接段（29）、（31）。水泥按设计配比经双管螺旋给料机给料后，经螺旋电子秤计量，输送至搅拌机中。 为了防止水泥仓中水泥下料不畅，在水泥仓锥体部位设置有压气破拱装置（25）。 全尾砂浆及水泥经各自的供料装置后通过搅拌机进料斗（35）而进入双卧轴搅拌机（36）中。为了对充填料浆制备浓度进行调节，设置有调浓水供水线。供水线上设置有电磁流量计（32）、手动调节阀（33）及电动调节阀（34）。

膏体泵送充填工艺设备选择

2002年2月第31卷　第1期有　色　矿　山 Nonferrous Mines Feb.,2002Vol.31　No.1 膏体泵送充填工艺设备选择 王佩勋,袁家谦,王五松 (金川有色金属公司,甘肃金昌737102) [关键词]膏体泵送;充填设备;选择 [摘　要]通过全尾砂膏体泵送充填工艺及其设备试验研究、尾砂膏体泵送充填系统工业化试验与应用的实 践,介绍膏体泵送充填工艺主要设备的选择,以及在安装调试过程中应注意的问题。 [中图分类号]TD853134 [文献标识码]B [文章编号]100228951(2002)0120010203 Equipment selection of pumping paste f illing WAN G Pei 2xun ,YUAN Jia 2qian ,WAN G Wu 2song (Ji nchuan N on 2f errous Metals Com pany ,Ji nchang 737102,Chi na ) K ey w ords :pumping paste ;filling equipment ;selection Abstract :Based on the test study about pumping paste filling technology and equipment ,in which mill tailings are used ,industrial test and application practice of pumping paste filling system ,the selection of main equipment of this technology and some issues that should be noted in erection and adjusting are introduced. [收稿日期]2001207213 [作者简介]王佩勋(1945-),男,陕西咸阳市人,高级 工程师,从事矿山充填工艺工作。 1　前言 金川矿区为了采用现代化矿山膏体泵送充填高 新技术,从90年代初相继进行了全尾砂膏体泵送充填工艺及其设备试验研究,尾砂膏体泵送充填坑内加水泥地面半工业试验研究。在此基础之上,设计建造了二矿区西部第二充填站尾砂膏体泵送充填系统,鉴于该系统工艺的复杂性、特殊性,在交付生产使用之前,又进行了金川二矿区尾砂膏体泵送充填系统工业化试验研究。因膏体泵送充填,国内尚缺少设计经验和生产经验,所以经过较长时间反复改进及调试,使该系统的流程全部畅通,各主要设备匹配及工艺条件已摸清。这些重要科研成果的取得,为工业化应用积累了经验,奠定了基础。 膏体泵送充填工艺综合运用了现代工业的多项新技术:微细颗粒材料浓缩脱水工艺与设备、膏体泵送工艺与设备、膏体制备工艺与设备、水泥乳化工艺与搅抖设备、计算机集散控制技术与仪表。全系统 采用了许多大型或大功率设备和现代化仪表。因此 合理正确选择这些设备和仪表,使其满足尾砂膏体泵送充填工艺的需要,最终为矿山获取较好的经济效益。 能否顺利将尾砂膏体泵送充填工艺应用于生产,除工艺技术条件外,设备参数、性能选择、匹配使用及其运行状况是否稳定,是至关重要的问题,直接关系到膏体泵送充填工艺的成败,必须慎重对待。 2　设备的选择 211　尾砂浆浓缩脱水设备 尾砂膏体泵送充填工艺要求尾砂浆浓度为65%～80%,而选矿厂输送出的尾砂浆浓度通常很低,很难达到50%以上,仅在45%左右,因此采用膏体充填,需要将选矿厂输送来的尾砂浆脱水浓缩。 通常情况下,选矿厂尾砂浆需经两级脱水浓缩才能达到尾砂充填料所需要的浓度。第一级为旋流器,第二级为高效浓缩机或过滤机。金川尾砂膏体泵送充填系统选矿厂尾矿车间采用一段旋流与高效浓缩机配套使用,共安装了<250旋流器64台,<100m 浓缩机2台。 旋流器的选择首先是要考虑满足充填能力的需

关于充填采矿技术应用与缺陷的分析

关于充填采矿技术应用与缺陷的分析 摘要：新技术的不断提高，采矿业取得了迅速发展。人们对该行业的要求也不 断增多，以往的填充材料无法满足现代采矿业的需求，同时，为了使现代采矿新 技术得到高效率深层次的运用，在进行深部采矿作业时，必须对填充材料进行更 新换代。充填不当也会对资源的合理利用造成很大伤害，将不利于可持续发展战 略和环境友好型社会的建设。因此，本文探究充填采矿技术应用与缺陷，希望能 提供一些新的思路。 关键词：充填采矿；应用；缺陷；措施 前言 我国拥有丰富的矿产资源，但人均矿产资源量却远低于世界水平，而且我国 矿产资源分布不平均，探测和开采更为复杂。随着能源危机的不断蔓延，我国的 矿产开采技术受到了多方的重视。近年来，虽然矿产开采技术已有了很大的进步，但是采矿效率和环境保护仍不能达到国际标准，这就为充填采矿技术的发展打下 了基础。文章就有关充填采矿技术用于采矿的问题进行探讨，希望对充填采矿技 术在采矿作业的应用方面有一定的工程指导作用。 1.充填采矿法优点： 充填采矿法与空场法和崩落法对比，具有矿岩稳定性适应广泛、地压控制效 果好、安全性高、资源综合利用率高、高回采率、低贫化率、环保效果好的优点。 充填采矿法应用条件主要是地表不允许塌陷、围岩不稳固或者围岩与矿体均 不稳固的有色金属矿或贵金属、稀有金属矿床，现在已经逐步向“三上一下”（即 村庄下、铁路下、水体下、水体下）开采、保水采矿等领域发展，可以实现“三下”矿床、深部矿床及复杂难采矿床的开采。 现阶段，人们的生活水平不断提高，而生态环境却恶化加速，为了对环境情 况进行有效地改善，应当对充填采矿此种环保的采矿技术进行大范围地应用。采 矿过程中的塌方事故时常发生，导致作业人员的生命安全受到严重的威胁，这些 事故的发生几乎都是由于管理不到位和技术不成熟所导致的。充填采矿技术在进 行填充时采用煤渣和膨化材料等，能够对地表进行稳固，对采空区进行有效地控制，对安全性进行提升。充填采矿作为一种新兴技术，主要是以回采的工作突面 为基础，将填充的材料送入到采空区内，控制围岩的崩落和管理地压，其主要的 优势是：其一，能够对回采率和资源利用率进行提升，节能环保；其二，对深部 的矿床开采有着积极的作用；其三，贫化率低，经济效益高；其四，机械设备的 使用进一步提升了矿产开采工作的工作效率；其五，成本效益之间较为均衡。 2.我国充填采矿法应用现状分析 目前，充填采矿法在金属矿山已获得日益广泛的应用，例如世界上已有德国、澳大利亚等较多国家立法，矿山必须采用胶结充填采矿法以解决固体废弃物污染 和地质灾害长期隐患，胶结充填法以充填体强度高、输送成本低、适应性广、综 合利用率高等特点成为充填采矿法的主要发展方向。 我国采用充填采矿法的金属矿山比例仅为22.4%，使用胶结充填采矿的矿山 不足1%，绝大部分矿山因充填成本高而被迫放弃采用。图1为我国与部分国家 采用充填法的矿山数量比例对比图。 由图1可见，我国使用胶结充填采矿法的矿山还较少，为缓解矿山开采产生 的废渣、工业固体废弃物处理，消除矿区地质灾害长期隐患，必须尽快提高胶结

充填胶凝材料的发展与应用

充填胶凝材料的发展与应用 收稿日期:2007-10-08 作者简介:赵传卿(1969—),男,山东临朐人,高级工程师,北京科技大学土木与环境工程学院博士研究生,主要从事矿山管理与技术研究工作;北 京市海淀区学院路30号,北京科技大学土木与环境工程学院394#信箱,100083 赵传卿,胡乃联 (北京科技大学土木与环境工程学院) 摘要:胶结材料是充填采矿技术中最为重要的因素,胶结材料的变化有时会引起采矿方法的变革;胶结剂作为胶结充填材料的主要材料之一,在矿山充填采矿工艺中占有重要地位。文中对主要 的几种矿山充填胶凝材料(如高水固结材料、赤泥胶结材料、矿渣胶结材料、全砂土固结材料、矿山尾砂固结材料等)进行了详细阐述。胶凝材料将向缩短凝固时间、低成本、高强度、易输送、易生产、工艺简单等方向发展,胶凝材料具有广阔的研究、发展和应用前景。 关键词:胶结充填采矿;胶凝材料;发展与应用 中图分类号:T D853134 文献标识码:B 文章编号:1001-1277(2008)01-0025-05 0　引　言 充填采矿法具有损失率小、贫化率低、安全性高 等优点,也是能有效控制矿山地压活动的采矿方法。随着采矿逐步向深部发展,地温、地压的增加,以及对环境、资源保护的不断强化,人们越来越注重人与自然环境的和谐发展,充填采矿法得到了更大的发展, 越来越多的矿山采用充填采矿方法[1] 。 、复杂、特殊条件矿床的一种行之有效的开采技术,在世界上还只有半个多世纪的历史。胶结充填技术以其特殊的工艺、突出的优点、可喜的前景而日益广泛地被应用。它能更充分地满足保护资源、保护环境、提高效益、保证矿山可持续研发的要求。胶结充填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、块(碎)石胶结充填、高水速凝尾砂胶结充填、似膏体胶结充填等模式,每种模式都给充填技术带来了巨大的进步,甚至产生质的飞跃,有的可以说是采矿业的革命。每一种充填模式的诞生,都是和充填材料(包括胶凝材料、惰性材料、各种物料)结合在一起的。 随着充填采矿技术,特别是胶结充填采矿技术的日益发展,使矿山许多复杂的技术问题得到了很好的解决,在深部开采、保护地表、“采富保贫”、“三下开采”、降低贫化率和损失率、防止内因火灾、减缓岩爆发生、有效控制地压活动等方面发挥了巨大的作用。 胶结材料是充填技术中最为重要的因素之一,胶结材料的改变会引起充填技术的改变,也能引起采矿方法的变革;胶结剂作为胶结充填材料的主要材料之 一,在矿山充填采矿工艺中占据了重要地位。充填体固化时间及强度是影响采矿周期及损失贫化的重要因素,充填成本的高低直接影响着矿山经济效益。所以研究开发新的适合于矿山充填的胶结材料是国内外采矿界一直共同关注和研究的课题。 1　充填材料概述 充填采矿法采矿经历了几十年的发展,已使胶结充填技术日臻完善,并获得推广应用。在20世纪90年代后充填技术成果主要体现在充填材料、充填工艺和充填体力学等方面。这里仅就充填材料的发展与应用情况作一详细评述。 充填工艺与技术的发展,经历了废石干式充填、分级尾砂和碎石水力充填、混凝土胶结充填、以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填、废石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填和膏体泵送胶结充填的发展过程。可见,胶结充填材料可随着采矿充填工艺的发展而发生变化。胶结材料在充填采矿中的作用越来越大,其发展速度之快主要是近些年的事情。 废石干式充填采矿法、水砂充填采矿法主要应用于50～60年代为控制地压活动、防止地表下沉,所以比较初级,也没有用胶结充填材料。 20世纪60～70年代,应用和开发尾砂胶结充填 技术。在这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填,即完全按建筑混凝土的要求及工艺制备和输送胶结充填料。所以这一时期的胶凝材料就是建筑行业用的水泥。70～80年代,细砂胶结充填材料的研究与应用得到较大推广与应用。 细尾砂胶结充填以尾砂、河砂、天然砂、棒磨砂

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 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 mine QU 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

北京科技大学膏体充填采矿技术中心

1 中心简介 国际矿业形势发展日新月异，矿业科学技术不断创新，但矿山生态环境和矿业安全问题是困扰我国矿业可持续发展的两大顽疾。“国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006--2020年）”明确指出：“重点研究深层和复杂矿体采矿技术及无废开采综合技术，强化废弃物的减量化、资源化利用与安全处置”；2012年，国家安监总局等五部委联合下发了《关于进一步加强尾矿库监督管理工作的指导意见》（安监总管一〔2012〕32号），要求矿山优先推行充填采矿法。 膏体充填采矿技术具有安全、环保、经济、高效等优点，是全球矿业领域的研究热点和发展趋势，是国家建设绿色矿山和无废矿山的重要手段。为了研究全尾膏体充填采矿技术的基础理论，并努力解决膏体充填采矿技术的关键技术，北京科技大学膏体充填采矿技术研究中心 (The Research Center of Paste Backfill and Mining，USTB)于2012年12月经北京科技大学批准，正式挂牌。 膏体充填技术研究中心充分利用北京科技大学土木与环境工程学院、金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室的科研和人才等综合优势及基础条件而成立。本中心先后承担了包括国家科学支撑计划在内的几十项膏体充填采矿技术研究课题，在充填作用机理、充填材料散体力学特性、管道输送流体力学、尾矿脱水与膏体制备技术、绿色开采综合技术等研究中获得重要研究成果。获得了多项国家发明专利，发表了百余篇学术论文。在本中心，拥有教授10余名，其中教育部“长江学者”1名，杰出青年基金获得者1名，教育部新世纪人才3名，全国百篇优博论文获得者1名。 本中心的总体目标是促进中国矿业产业发展，搭建膏体技术开发平台、汇聚人才、激励创新、发展产业。围绕膏体充填采矿技术进行新技术研发和集成，缩短膏体科研成果转化周期、刺激膏体充填采矿技术的自主创新研发、提升现有膏体研究成果的成熟性、配套性和工程化水平。努力建成具有国际先进水平的国家级膏体充填采矿技术研究中心，为推进我国尾矿膏体研究技术进步、大幅度地提高经济和社会效益做贡献。

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 发表时间：2017-04-11T16:19:40.527Z 来源：《基层建设》2017年1期作者：高伟平 [导读] 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。 四川科技职工大学四川成都 610101 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浆的现象；充填上出口砌筑挡浆墙时，要注意预埋注浆管及出气管。最后再对管路进行彻底检查，包括管路、阀门等，以保证不漏浆；充填前后要对管路、阀门等进行清管，工作面上、下两巷均设置沉淀池。 2.2选择充填管路 （1）干路充填管：该煤矿干路充填管选择KMTBCr28双金属耐磨钢管，其具有较好的耐磨、耐腐蚀、耐冲击性能。在确定浆体流速及管道内径时要注意，煤矿的充填能力要求大于金属矿山，故该煤矿设计充填系统充填能力Qj=150m3/h，且由膏体充填料浆流动性能实验可知，该煤矿骨料选择河砂及粉煤灰，故料浆水力坡降较小，约为同等条件下金属矿山高浓度充填料浆的一半左右，故充填系统设计流速为每秒1.8m。 （2）充填管路附件选择：在选择充填管路附件时首要考虑其耐压性，干线管路法兰、旁通管法兰选用公称压力10MPa的钢制法兰或钢制法兰盖，才能保证整个充填系统运行的可靠性。除法兰外充填管路的附件还包括柔性连接器、三通、闸阀等管路附件，要求干线管路上的附件承压能力至少在10MPa以上，而工作面管路附件的承压能力则至少在2MPa以上。选择充填管路附件时要注意，充填弯管会增加料浆输送时的局部压力，且在管路内径相同的条件下，弯管弯曲半径越小，局部阻力就越大，而膏体的质量浓度较高，如果弯曲半径过小可能会导致堵塞，因此在保证井下条件适合、弯管加工工艺可靠的前提下，尽量取弯曲半径最大值。 （3）工作面管路布置：在本研究煤矿中，干线管总长600m，充填管长2m，8根钢管之间设置一个法兰三通进行连接，方便在堵管时可及时处理；工作面充填管总长100m，为管径DN180的柔性管。从工作面充填管间隔一定距离分支出来布料管，主要作用是向充填点判断料浆，布料管选择特塑造钢复合管DN150，每根管长1.5m，间隔10m布置一根。 3膏体充填技术的优化措施 3.1提高膏体配料质量 要保证充填过程中不发生料浆堵管，最基本的要求即膏体配比符合工程标准，在了解料浆构成原理的基础上保证料浆合理的流动性及可泵性。料浆的构成主要是由各组成物流决定的，由实验数据可知，料浆的配料中至少要包含15%以上的小于20μm的粒级含量，这是保证料浆流动性的必要条件。一方面，膏体充填料浆的骨料以矸石为主，矸石的粒级合理才能保证料浆的可泵性及强度性能，因此在矸石的破碎加工过程中，要求矸石粒度必须低于25mm，这一点与金属矿山的粒度要求有很大不同。在煤矿中矸石粒度极限大可以降低加工矸石的成本，且加工过程中振筛处理矸石时不易发生黏结、堵塞；矸石粒度极限越大，工作面隔离就越容易，隔离墙的准备时间也可大大缩短，提高了充填效率。由大量实验可知，料浆的骨料矸石粒度在25mm以内不仅不会影响其输送性能，而且料浆也不会发生分层、泌水的现象，可更好地满足充填工艺要求。另一方面，料浆中所包含的粒度5mm以下的颗料至少占到30%的比例，最高不超过50%，保持在40%最适宜。如果料浆采用泵压进行长距离输送，则要求其分层度小于2.0cm，在这种技术条件下即使料浆在管道中有发生静置，也不会影响后续的输送。因此膏体充填料的配比要具有较好的流动稳定性，充填强度要与安全生产要求相符，并具有较强的可泵性及流动性。

膏体充填及边角煤开采技术交流材料

淄矿集团岱庄煤矿 矸石膏体充填及边角煤开采技术交流材料 首先，我代表岱庄煤矿全体干部职工向前来参加生产矿井技术交流的专家、集团公司领导及各兄弟单位技术人员表示热烈地欢迎！ 下面我将分两部分与大家共同探讨一下岱庄煤矿在膏体充填及边角煤开采方面所做的工作，不当之处，请批评指正！并希望各位能够留下宝贵意见！ 一、矸石膏体充填开采技术 二、边角煤开采技术 2007年以来，岱庄煤矿面对资源严重匮乏的局面，牢固树立“资源有限，创新无限”的理念，立足矿井实际，转变生产方式，创新开采工艺，大力实施矸石膏体充填绿色开采技术，成功地实现了村庄条带煤柱的二次回采，为延长矿井服务年限提供了资源保障，为企业稳定、持续发展积蓄了后劲。 第一部分矸石膏体充填开采技术 一、项目背景 岱庄煤矿是淄矿集团在济（宁）北矿区建设的第二对现代化大型矿井，地处济宁市城北城乡结合部，矿井开采范围内地面分布有3个镇78个自然村，1.3万多户，5万多人口，村庄压煤量

高达80 %。自矿井移交生产管理以来，村庄压煤一直采用传统的条带开采技术，资源回收率不足47%；随着济宁市城区建设的加速及村庄的扩展，矿井压煤量与日俱增，可采储量锐减，资源面临枯竭。截至目前，岱庄煤矿已形成条带煤柱53个，遗留条带煤柱呆滞储量累计达到900万t。同时，经过矿井十多年的开采，地面形成了一座近120万m3的矸石山，矸石的堆放不仅占用土地，而且对周围环境会造成不同程度的影响。 为此，岱庄煤矿提出了“建筑物下矸石膏体充填置换开采”研究课题，与中国矿业大学（徐州）和徐州中矿大贝克福尔科技有限公司合作，进行了建筑物下矸石膏体充填开采技术研究。 二、矸石膏体充填开采技术应用情况 岱庄煤矿矸石膏体充填开采项目于2008年1月由中国矿业大学、徐州中矿大贝克福尔科技有限公司和岱庄煤矿完成了项目可行性研究报告和初步设计。经专家论证后组织实施。 项目总投资概算为9551.0万元，截止目前，实际完成投资10625万元。 （一）充填原理 项目主要是建立一套以煤矸石、电厂粉煤灰为主要集料的膏体充填系统，在遗留条带煤柱回采工作面面后，将煤矸石、粉煤灰、胶结料等固体废物制作成浆体，从地面通过充填泵经钻孔和管路充填到回采工作面面后采空区，凝固后形成以矸石膏体充填体为主的覆岩支撑体系，使地表变形始终保持在建（构）筑物安全的允许范围内，解决地表下沉问题，实现不迁村回收村庄条带

充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题分析

充填采矿技术在采矿中的应用与相关问题分析 摘要：当前，在新时代背景下，我国的采矿行业也实现了迅猛的发展，各类采 矿技术不断应用和创新，其中充填采矿技术是至关重要的技术类型，在岩层不够 稳定的区域得到切实应用，这样能够充分规避自然问题，在深度采矿过程中可以 在更大程度上提升采矿工作效率，使采矿企业的经济效益得到显著提升。针对这 样的情况，本文重点探讨和分析充填采矿技术的主要特点以及在采矿过程中的具 体应用情况和存在的相关问题，希望本文的简要分析能够为同行提供一定的启示。 关键词：充填采矿技术；采矿应用；问题 引言 当前，我国社会经济取得突飞猛进的发展，科学技术也有了长足的进步。在我国采矿行 业的发展过程中，针对相关的采矿技术进行不断的优化和改进，有效引用创新的采矿技术， 其中，充填采矿技术就是特别典型的代表。随着我国采矿深度的进一步加深，各类问题越来 越突出，针对这样的情况，就需要进一步充分应用充填采矿技术，使其应用价值得到充分的 体现，并着重针对该技术在实际应用过程中存在的问题进行深入分析，这显得至关重要。 1 充填采矿技术及其优势概述 充填采矿技术是一种新型的技术，在具体的操作过程中以回采工作突面作为基础，把填 充材料输入到采空区域内部，这样可以更有效的控制好围岩的崩落和管理地压。在采矿工作 推进过程中要结合实际情况，进一步有效选用高质量的原料针对在采空矿区进行原料充填， 这样能够在最大程度上有效预防和控制地表移动或者坍塌等相关问题。通过对采空区进行人 工的充填，这样能够切实有效的保护好矿房和矿块，对此就需要有效应用充填采矿技术。充 填采矿技术的有效应用，能够使岩层不稳定的区域得到切实的保护，在针对贵重稀有矿石进 行开采的过程中，通过该技术可以防止自然问题出现，与此同时也可以切实有效的控制好地 表压力，充分体现出该技术的有效性和针对性，使回采率和资源利用率进行提升，充分实现 节能环保的效果。对深部的矿床开采也有积极有效的作用，其经济效益更高，成本效益更为 均衡。 2充填采矿技术在采矿中的应用要点分析 2.1可持续发展理念下的绿色充填采矿 在现代采矿理念的指引下进行充填采矿，要秉持可持续发展理念，针对采矿技术手段进 行不断的创新和优化，使空气变化得到有效控制，进一步防止围岩破坏。充填采矿技术的核 心就是充填工序，这也是回填工作过程中的核心内容，矿石出现损失之后，要结合实际情况 进一步应用充填体代替矿柱，该技术在某些金属矿的开采过程中得到切实有效地应用，特别 是针对某些围岩并不够安全稳定的矿区内，能够呈现出更大的应用优势。从可持续理念来看，绿色采矿对采矿工作有全新的要求，当前我国已经构建相对应的全新模式，充分利用可以利 用的资源，在最大程度上有效降低采矿环节对生态环境的破坏和影响，使采矿资源得到有效 开发，协调各项采矿作业环节，充分保护环境，在采矿过程中，在最大程度上有效降低对生 态环境的负面作用。 2.2水利充填法的有效应用

膏体充填开采工艺流程

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。 4）水定量供给：在规定时间的配料过程中，利用上水管上的气动蝶阀和小口径蝶阀向称量斗内加水，使水量加到设计值后，关闭蝶阀，停止供水。 2.物料搅拌 太平煤矿充填站共有二级搅拌装置，一是充填料浆的一级搅拌，采用周期式混凝土强制搅拌机；二是充填料浆的二级搅拌，设备为卧式螺旋搅拌输送机。 周期式搅拌机搅拌制作充填料浆的过程是加料、搅拌、出料按周期性循环作业的过程。待上一批次的膏体料浆放出搅拌机并关闭卸料门后，打开中途仓、粉料称量斗的放料阀，把中途内的河砂及粉料称量斗内的胶结料、粉煤灰放入搅拌机；水称量斗内的水通过打开的底部气动蝶阀及搅拌机加水泵放入搅拌机。4种物料搅拌到设计搅拌时间后，打开搅拌机卸料门，把搅拌好的膏体料浆放入缓冲料浆斗。 为提高充填料浆的性能，缓冲料浆斗内的充填料浆再经卧式螺旋搅拌输送机进行二次搅拌，再给充填泵供料。由于卧式螺旋搅拌输送机的能力应与充填泵的能力相一致，当充填泵的输送量发生变化时，应相应通过变频电机调整卧式螺旋搅拌输送机的输送量。 三、管道泵送 制备完成的膏体充填料浆通过充填泵、干线充填管路、工作面充填管路及布料管泵送到工作面充填区。 1.充填泵 泵送设备主要由充填泵及液压包组成。充填泵的操作工序为：先打开控制柜上的主开关，然后启动液压包，待缓冲料浆斗内的膏体充填料浆到设计料位后再开启充填泵泵送。 对充填控制系统的要求是：搅拌系统和充填泵的运行由控制系统集中控制，并根据缓冲料