膏体充填现状与发展思路
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煤矿以开采沉陷控制为主的膏体充填特点：
成本要求更低。金川膏体充填成本84.8元/m3，煤矿能够 接受的充填成本只有其1/2左右，甚至更低。
以煤矸石、粉煤灰等固体废弃物作集料，物料成分复杂， 变化大。
早期强度要求高。十数小时充填体要自稳、能脱模。 胶结料用量少。太平矿50 kg/m3，即 2.5% 。
状浆体，通过泵压和（或）重力作用，经过管道输送 到井下，适时适量充填采空区的方法。
它一方面实现煤矸石、粉煤灰、尾砂、废石、城 镇固体垃圾等资源化利用，使矿山无（少）固体废物 排放，另一方面解决矿山开采覆岩及地表沉陷破坏， 提高资源采出率，保护地下水和地表建（构）筑物， 实现绿色开采，是21世纪采矿技术的重要发展方向。
固体废物排放问题： 全国煤矿堆存煤矸石约34亿t ，年新生煤矸石约2亿t。 全国尾矿库10000余座，总库容500亿m3，年新生尾矿3亿t。 全国火力发电装机容量2.88亿千瓦，年新生粉煤灰1.5亿t。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
钱鸣高院士：“三下”采煤技术，几十年来没有根本改 变，需要发展新的不迁村采煤技术。
中国矿业大学
膏体充填采矿技术研发现状与发展思路
中国矿业大学 充填开采实验室
汇报提纲：
膏体充填采矿技术内涵、用途与意义 国内外膏体充填技术的发展概况 中国矿大膏体充填技术研发现状 中国矿大膏体充填技术发展思路
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
所谓膏体充填是指将固体废物配制成无需脱水的牙膏
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
矿山膏体充填材料实质就是利用煤矸石、粉煤灰、 尾砂、废石等固体废物制作成的低成本的特殊“混凝 土”或特殊“砂浆”。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
膏体充填材料的特点：
浓度高。一般水砂充填质量浓度Cw<65%；高浓度充填 Cw=65% ~75%；膏体充填Cw= 76%~84%。 料浆不沉淀、不泌水、不离析。 流动状态为柱塞结构流。 无临界流速。粒径达到25~35 mm，流速小于1 m/s 仍然 能够正常输送。 相同胶结料用量下强度较高。 泵送性能对浓度变换比较敏感，充填工艺控制要求高。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
村庄建筑物等压煤开采问题：
全国村庄建筑物等压煤137.9亿t（1983年数据）。 山东-1000 m村庄建筑物压煤44亿t，占总储量的53 %。 江苏煤炭资源还有8亿t， 村庄建筑物压煤占63.7 %。 开滦煤炭资源还有50亿t，村庄建筑物压煤占66%。 峰峰煤炭资源还有5.5亿t，村庄建筑物压煤占85 %。 焦作焦南矿井田3亿t煤因为城市建筑物不能开采。 我国68 %的煤层存在岩溶水害威胁。
膏体充填采煤把固体废物利用与采动破坏、地表沉陷控 制有机结合起来，是一种“低破坏、高利用、低排放” 方法，是根本解决 “三下一上”采煤问题的发展方向。
膏体充填采煤本质上是绿色采矿技术，“利矿、利民、 利国”，具有鲜明的“高效安全、高采出率、环境协调” 绿色采矿基本特征。
2 国内外膏体充填技术发展概况
2 国内外膏体充填技术发展概况
我国煤矿发展膏体充填须解决的关键问题：
以控制开采沉陷为主要目的的膏体充填是一项开拓性事业，需要解决 以下四个关键性问题：
满足开采沉陷控制要求的廉价材料—研制新型胶结料； 可靠的充填工艺—发展专门国产充填关键设备； 达到村庄不搬迁等的开采沉陷控制效果—研究充填开设 计理论，充填方法与开采沉陷预测方法； 煤矿经济上可以承受的成本。
国内外应用膏体充填的部分金属矿山(均以普通水泥为胶结料）
起始时间
国家/矿山
起始时间
国家（矿山）
பைடு நூலகம்
1979 德国/格伦德金属矿
1993 俄罗斯/诺雷尔斯克镍矿
1985 南非 /库克3号金矿
1994 中国/铜绿山铜矿
1987 1988
英国 /费尔克拉夫矿 美国 /幸运星期五铜矿
1994 1995
加拿大/ INCO公司 澳大利亚/坎宁顿矿
新址新建村庄 垮落法开采
控制沉陷难满足需要 长期可靠性问题
砂源困难；压缩率>5%； 需过滤排水系统复杂；污 染井下；溢流尾砂不能用
控制沉陷难满足需要 辅助运输困难
搬迁五难；费用越来越高 土地占用与破坏严重
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
开采沉陷问题： 全国煤炭开采破坏和占压土地43万公顷，年新增塌陷地3.5 万公倾。 温总理指出：煤矿应当解决两个问题，一是安全生产，二 是采空区冒落塌陷。
1989，英国 荷姆黑斯煤矿：长壁面，采深600 m，充 填能力100 m3/h ，泵压10 MPa。
1990，德国 沃尔萨姆煤矿：长壁面，采深900 m，煤 层厚度1.5 m，充填能力100 m3/h，泵压12 MPa。 尚局限于大采深、薄煤层、处理固体废物方面。
2 国内外膏体充填技术发展概况
1989 中国 /金川镍矿
1996 葡萄牙/ 尼维斯科夫矿
1989 奥地利/布莱堡矿
2001 坦桑尼亚/巴雷克金矿
1992 摩洛哥 /哈佳铜矿
2002 土尔其/米勒雷矿
2 国内外膏体充填技术发展概况
膏体充填在煤矿：
1988，德国 摩纳泊尔煤矿：长壁面，采深1000 m， 充填系统能力 100 m3/h，泵压6 MPa。
传统“三下”采矿方法的局限性
开采方法
基本特征
主要问题
条带开采 采留宽度B=(0.10.2)H 采出率只有40%~60%， 地表沉陷系数q=0.10.2 厚煤层、大采深更低
离层区注浆 水砂充填
风力充填 村庄搬迁
q=0.20.4 粉煤灰浆水灰比2:15:1 水砂比1:1~8:1 q=0.10.2
q=0.3~0.5
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
膏体充填基本用途：
（1）“三下一上” 采矿 不迁村采煤，铁路下采煤，水体下采煤，承压水上采煤 （2）保水开采 （3）坚硬顶板管理 （4）固体废弃物资源化利用 煤矸石、粉煤灰、尾砂、废石等。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
发展膏体充填的意义：
（1）控制覆岩开采破坏和地表沉陷，保护生态环境， 减少土地资源的破坏与占用。 （2）提高矿产资源（煤炭）采出率（特别是在“三 下一上”条件下），延长矿井寿命。 （3）改善工作面与巷道矿山压力环境，提高矿井安 全性。 （4）固体废物资源化利用，实现低（无）固废排放。
成本要求更低。金川膏体充填成本84.8元/m3，煤矿能够 接受的充填成本只有其1/2左右，甚至更低。
以煤矸石、粉煤灰等固体废弃物作集料，物料成分复杂， 变化大。
早期强度要求高。十数小时充填体要自稳、能脱模。 胶结料用量少。太平矿50 kg/m3，即 2.5% 。
状浆体，通过泵压和（或）重力作用，经过管道输送 到井下，适时适量充填采空区的方法。
它一方面实现煤矸石、粉煤灰、尾砂、废石、城 镇固体垃圾等资源化利用，使矿山无（少）固体废物 排放，另一方面解决矿山开采覆岩及地表沉陷破坏， 提高资源采出率，保护地下水和地表建（构）筑物， 实现绿色开采，是21世纪采矿技术的重要发展方向。
固体废物排放问题： 全国煤矿堆存煤矸石约34亿t ，年新生煤矸石约2亿t。 全国尾矿库10000余座，总库容500亿m3，年新生尾矿3亿t。 全国火力发电装机容量2.88亿千瓦，年新生粉煤灰1.5亿t。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
钱鸣高院士：“三下”采煤技术，几十年来没有根本改 变，需要发展新的不迁村采煤技术。
中国矿业大学
膏体充填采矿技术研发现状与发展思路
中国矿业大学 充填开采实验室
汇报提纲：
膏体充填采矿技术内涵、用途与意义 国内外膏体充填技术的发展概况 中国矿大膏体充填技术研发现状 中国矿大膏体充填技术发展思路
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
所谓膏体充填是指将固体废物配制成无需脱水的牙膏
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
矿山膏体充填材料实质就是利用煤矸石、粉煤灰、 尾砂、废石等固体废物制作成的低成本的特殊“混凝 土”或特殊“砂浆”。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
膏体充填材料的特点：
浓度高。一般水砂充填质量浓度Cw<65%；高浓度充填 Cw=65% ~75%；膏体充填Cw= 76%~84%。 料浆不沉淀、不泌水、不离析。 流动状态为柱塞结构流。 无临界流速。粒径达到25~35 mm，流速小于1 m/s 仍然 能够正常输送。 相同胶结料用量下强度较高。 泵送性能对浓度变换比较敏感，充填工艺控制要求高。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
村庄建筑物等压煤开采问题：
全国村庄建筑物等压煤137.9亿t（1983年数据）。 山东-1000 m村庄建筑物压煤44亿t，占总储量的53 %。 江苏煤炭资源还有8亿t， 村庄建筑物压煤占63.7 %。 开滦煤炭资源还有50亿t，村庄建筑物压煤占66%。 峰峰煤炭资源还有5.5亿t，村庄建筑物压煤占85 %。 焦作焦南矿井田3亿t煤因为城市建筑物不能开采。 我国68 %的煤层存在岩溶水害威胁。
膏体充填采煤把固体废物利用与采动破坏、地表沉陷控 制有机结合起来，是一种“低破坏、高利用、低排放” 方法，是根本解决 “三下一上”采煤问题的发展方向。
膏体充填采煤本质上是绿色采矿技术，“利矿、利民、 利国”，具有鲜明的“高效安全、高采出率、环境协调” 绿色采矿基本特征。
2 国内外膏体充填技术发展概况
2 国内外膏体充填技术发展概况
我国煤矿发展膏体充填须解决的关键问题：
以控制开采沉陷为主要目的的膏体充填是一项开拓性事业，需要解决 以下四个关键性问题：
满足开采沉陷控制要求的廉价材料—研制新型胶结料； 可靠的充填工艺—发展专门国产充填关键设备； 达到村庄不搬迁等的开采沉陷控制效果—研究充填开设 计理论，充填方法与开采沉陷预测方法； 煤矿经济上可以承受的成本。
国内外应用膏体充填的部分金属矿山(均以普通水泥为胶结料）
起始时间
国家/矿山
起始时间
国家（矿山）
பைடு நூலகம்
1979 德国/格伦德金属矿
1993 俄罗斯/诺雷尔斯克镍矿
1985 南非 /库克3号金矿
1994 中国/铜绿山铜矿
1987 1988
英国 /费尔克拉夫矿 美国 /幸运星期五铜矿
1994 1995
加拿大/ INCO公司 澳大利亚/坎宁顿矿
新址新建村庄 垮落法开采
控制沉陷难满足需要 长期可靠性问题
砂源困难；压缩率>5%； 需过滤排水系统复杂；污 染井下；溢流尾砂不能用
控制沉陷难满足需要 辅助运输困难
搬迁五难；费用越来越高 土地占用与破坏严重
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
开采沉陷问题： 全国煤炭开采破坏和占压土地43万公顷，年新增塌陷地3.5 万公倾。 温总理指出：煤矿应当解决两个问题，一是安全生产，二 是采空区冒落塌陷。
1989，英国 荷姆黑斯煤矿：长壁面，采深600 m，充 填能力100 m3/h ，泵压10 MPa。
1990，德国 沃尔萨姆煤矿：长壁面，采深900 m，煤 层厚度1.5 m，充填能力100 m3/h，泵压12 MPa。 尚局限于大采深、薄煤层、处理固体废物方面。
2 国内外膏体充填技术发展概况
1989 中国 /金川镍矿
1996 葡萄牙/ 尼维斯科夫矿
1989 奥地利/布莱堡矿
2001 坦桑尼亚/巴雷克金矿
1992 摩洛哥 /哈佳铜矿
2002 土尔其/米勒雷矿
2 国内外膏体充填技术发展概况
膏体充填在煤矿：
1988，德国 摩纳泊尔煤矿：长壁面，采深1000 m， 充填系统能力 100 m3/h，泵压6 MPa。
传统“三下”采矿方法的局限性
开采方法
基本特征
主要问题
条带开采 采留宽度B=(0.10.2)H 采出率只有40%~60%， 地表沉陷系数q=0.10.2 厚煤层、大采深更低
离层区注浆 水砂充填
风力充填 村庄搬迁
q=0.20.4 粉煤灰浆水灰比2:15:1 水砂比1:1~8:1 q=0.10.2
q=0.3~0.5
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
膏体充填基本用途：
（1）“三下一上” 采矿 不迁村采煤，铁路下采煤，水体下采煤，承压水上采煤 （2）保水开采 （3）坚硬顶板管理 （4）固体废弃物资源化利用 煤矸石、粉煤灰、尾砂、废石等。
1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义
发展膏体充填的意义：
（1）控制覆岩开采破坏和地表沉陷，保护生态环境， 减少土地资源的破坏与占用。 （2）提高矿产资源（煤炭）采出率（特别是在“三 下一上”条件下），延长矿井寿命。 （3）改善工作面与巷道矿山压力环境，提高矿井安 全性。 （4）固体废物资源化利用，实现低（无）固废排放。