膏体充填开采工艺流程
膏体充填开采工艺流程
膏体充填开采工艺流程英文回答：The process of paste filling extraction involvesseveral steps to ensure efficient and accurate filling of the paste into the desired containers. Here is a detailed description of the process:1. Preparation: Before starting the filling process, it is important to prepare the paste and the filling equipment. This includes checking the viscosity and temperature of the paste, ensuring the filling machine is clean and calibrated, and setting up the containers for filling.2. Filling: Once everything is prepared, the filling process begins. The paste is pumped from the storage tank into the filling machine. The machine is programmed to dispense a specific amount of paste into each container.The containers are usually placed on a conveyor belt that moves them through the filling station. The paste isdispensed through a nozzle or a tube into the containers. The filling machine can be adjusted to control the speedand accuracy of the filling process.3. Leveling: After the paste is filled into the containers, it may be necessary to level the surface to ensure proper sealing. This can be done by using a leveling tool or by gently tapping the containers to remove any air bubbles or unevenness in the paste.4. Sealing: Once the paste is leveled, the containers are sealed to prevent any leakage or contamination. Thiscan be done using various methods such as capping, crimping, or heat sealing, depending on the type of container and paste.5. Inspection and labeling: After sealing, the filled containers are inspected for any defects or inconsistencies. This can be done visually or using automated inspection systems. Once the containers pass the inspection, they are labeled with product information, batch numbers, and any other required labeling.6. Packaging and storage: Finally, the filled and labeled containers are packaged into boxes or cartons for storage or transportation. The boxes are stacked and stored in a designated area until they are ready to be shipped.Overall, the paste filling extraction process requires careful preparation, accurate filling, proper leveling, effective sealing, thorough inspection, and appropriate packaging. By following these steps, the paste can be efficiently and accurately filled into containers, ensuring product quality and customer satisfaction.中文回答：膏体充填开采工艺流程涉及多个步骤，以确保将膏体高效准确地充填到所需的容器中。
浅析煤矿膏体充填绿色开采技术
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。
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。
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。
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。
金属矿山高浓度及膏体细尾砂充填技术一、技术类型金属矿山高效
金属矿山高浓度及膏体细尾砂充填技术一、技术类型金属矿山高效采矿技术。
二、适用范围矿山开采，尾矿综合利用、回填与干堆等。
三、技术内容（一）基本原理将不同粒度和性质的尾砂分离开来，分别采取不同的脱水方式,选用不同的脱水设备，以提高整体的脱水效果和降低生产成本；深锥浓密机脱水工艺技术在传统的深锥浓密机基础上进行合理化改造，增加了底流浓度的稳定性和可靠性；充填料均匀搅拌设备及控制技术采用专用的高效和节能搅拌设备进行搅拌，通过软件模拟批量生产工艺过程进行控制，达到各种充填物料的高度均匀和连续制备的目的，减少了充填灰砂比。
（二）关键技术低成本细尾砂脱水及控压助流技术；尾砂分级脱水技术；深锥浓密机脱水工艺技术；充填料均匀搅拌设备及控制技术；充填料满管输送技术；充填采场工艺技术。
（三）工艺流程根据控压助流的技术原理，通过采用中国恩菲的专利脱水装置或采用分级脱水技术、深锥浓密机脱水工艺技术，将细粒级尾砂（－20μm全尾砂可占40%以上）直接低成本地制备成高浓度（74%以上）料浆或膏体从脱水装置底部排出，可以再适当添加水泥、粉煤灰、炉渣等搅拌混合均匀后，通过管道自流或泵送设备输送至井下采矿区或地表尾矿堆场，以达到提高采矿回收率和资源综合利用的目的。
尾砂分级脱水示意图四、主要技术指标对于极细粒级的全尾砂（－20μm全尾砂约占40%以上）直接制备成高浓度（74%以上）砂浆,解决了传统立式砂仓充填工艺存在的上述缺点。
底流尾砂浓度为74%-80%；流量可达到50-200m3/h。
采用此工艺技术用于充填可使采矿回收率达到90%-97%左右。
五、典型实例及成效崇礼紫金矿业有限责任公司，采矿能力2500t/d,充填站及输送系统总投资约2943.08万元，建设周期1年，投资回收期1年，使以前不能回采的残矿得以回收，矿山服务年限得以有效延长，采矿回收率提高约15%以上；减少地表尾矿排放量约60%，年增加经济效益超过2000万元。
冬瓜山铜矿充填系统，建设规模10000t/d, 占地面积1600m2,总投资11600万元，运行费用约3800万元/年，综合利用效益4363万元/年，投资回收年限为4年，开采回采率提高8%以上。
膏体充填系统流程简介资料知识讲解
南京铅锌银矿全尾砂膏体充填系统（简介）1、工区充填站布置：充填站总长度约50m，总宽度约25m，占地面积约800 m2，主要由两个容积分别约为800m3的卧式全尾砂沉降池，一个容量170t的立式散装水泥仓，一个回水池及充填作业控制室、休息室、试验室组成。
2、充填钻孔及井下管网膏体充填料浆经原有钻孔下放至-125m中段后，自-125m水平以下利用100米或50米深中段间钻孔或充填管道井，水平管道总长度控制在400—600m之内，从而使-425m 以上各中段充填倍线降低至2.2—2.9。
-425m以下各中段矿体向西侧伏，侧伏角约45°，矿体倾角80°上下，随着开采深度的下降，充填倍线将不会增加。
管道采用钢丝编织高强塑料管，管道内径90mm。
3、全尾砂膏体充填系统工艺流程南京铅锌银矿全尾砂膏体充填系统流程：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，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：全尾砂输送：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，经全尾砂输送管输送至膏体充填站。
全尾砂脱水：（自然沉降脱水、压气造浆）膏体充填站设立两个容积分别约为800m3的卧式沉降池。
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放砂及充填作业时，另一个沉降池则用于进砂及沉降脱水，砂池交替进砂或放砂通过开启或关闭分流阀来实现。
当沉降池进砂完毕并经自然沉降后，即可通过放水阀将全尾砂料浆面上澄清的水排入回水池，澄清水经回水泵加压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。
空压机站压气通过总进风管及进风总闸进入充填站，每个沉降池中布置压气造浆喷嘴、球阀等压气造浆设施。
充填前对池中全尾砂进行压气造浆，待池中全尾砂造浆均匀后，即可打开砂仓放砂阀通过放砂管向搅拌机供给全尾砂浆。
充填开采技术
2021/11/14
20
二、充填开采技术原理 1、充填开采岩层移动与破坏特点
（3）采空区充填可以减少地表移动和破坏
根据开采沉陷规律可知，地表移动变形与开采厚度 有直接关系。采厚越小，地表下沉越小，反之下沉越 大。充填采空区后，相当于减小了开采煤层的厚度， 故可以减小地表移动和破坏。
2021/11/14
在充填率相同时，不同充填方法控制开采沉陷的效果一般是不同
的。例如波兰的上西里西亚煤矿区使用河沙充填，地表下沉系数
一般小于0.1；同样条件下使用矸石充填，地表下沉系数一般为
0.25~0.5。这两种充填方法的减沉效果差异的根本原因在于：水沙
充填202体1/11和/14矸石充填体的压缩率不一样。
24
二、充填开采技术原理 2、充填开采地表沉陷的影响因素——充填体压缩率
32 PROF. JAN PALARSKI
2021/11/14
33
2021/11/14 Work station of operator
2021/11/14某矿区村庄搬迁费与充填采煤成本对比 14
一、充填开采技术概述——充填开采特点 （3）充填成本与采矿效益不均衡
降低充填成本的主要途径
降低充填材料的成本 采用部分充填
2021/11/14
15
一、充填开采技术概述 2、充填开采方法分类
采空区充填
冒落区充填
按充填位置
按充填量
离层区充填 自溜充填
充填作业时空受限
2021/11/14
充填范围大
4
一、充填开采技术概述——充填开采特点
（1）采煤生产能力与充填生产能力不均衡
众所周知，充填开采中，采矿和充填互相制约 ，不继续采矿就无处充填，不充填也就不能采矿 ，使得由采矿和充填这两个作业环节组成的回采 作业大循环共同决定矿井的开采。因此，只有实 现采矿和充填的均衡，充填技术才有生命力，才 会在矿山有效应用。
赵官煤矿膏体充填方案资料文档
26
◆ 膏体充填投资分类汇总表（总体概算价格）
序 号
名称
1
充填系统设备费
2
充填系统材料费
3
配套工程费
4
设备安装费
不可预见费
4
合计
单位 数量
参考价格/万元
1513.0 1360.0 430.0 120.0 100.0
3523.0
27
2、膏体充填成本概算（采两班，充一班，充填步 距2.4米，充填能力120m3/h）
新汶矿业集团赵官能源有限公司矸石 （黄河沙）膏体充填
设计方案
新汶矿业集团有限公司赵官煤矿 山东科技大学资源与环境工程学院
2009年9月
1
一、膏体的特点及充填意义
1、开采方法分析
村下等建筑物下采煤是困扰赵官煤矿生产正常接替和持 续发展的重大问题。目前村庄等建筑物下采煤主要采用搬迁 、条带开采等方法，但这些方法存在着成本高、回采率低等 缺点。固体废弃物膏体充填技术就是在这种条件下发展起来 的一种新的采煤技术。该技术具有高采出率、高效安全、覆 岩及地表沉陷控制效果好等特点。
4 胶结料仓
200m3
5 矸石称量
6 胶结料称量
7
水称量
1.4m3
8
其它
9
合计
单位
台 台 台 台 台 台 台
数 量
功率/KW 参考价格/万元
2
1
2×37
6
6×1
80.0 48.0 144.0
1
20.0
4
2×2
28.0
4
28.0
2
2×6
12.0
20.0
380.0
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◇ 充填泵及测控系统概算
膏体充填采煤技术发展及工艺分析
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。
充填站矸石膏体充填细则
......煤矿三下采煤采空区充填站矸石膏体充填细则1.矸石浆充填试验的前提条件每次进行矸石浆充填之前，必须确认一下条件都具备，才能够实施。
（1）一次连续充填任务量大于110m3。
矸石浆充填在开始和结束阶段都需要55 m3足够的灰浆与清水隔离，如果一次性充填任务小于110 m3，就不能够使用矸石充填。
所以，矸石浆充填的前提条件之一是一次连续充填任务量大于m3。
（2）对所用普通水泥、粉煤灰、矸石进行配比性能检测实验，确定的灰浆与矸石浆实验结果均满足：坍落度21-24，可泵时间不小于3h，1d抗压强度大于0.2Mpa，28d抗压强度大于4Mpa。
（3）充填系统（1#、2#子系统）设备确认完全正常。
（4）充填站和充填工作面主要相关人员熟悉和掌握本试验方案。
（5）必须对站上的所有设备进行全面确认无误。
（6）充填站要提前备好各种材料，满足充填需要。
2.充填材料配比与用量矸石浆充填需要两种膏体，一是粉煤灰与普通水泥制成的灰浆，二是由矸石、粉煤灰与普通水泥制成的矸石浆。
（1）灰浆配比用量①普通水泥灰浆按照坍落度23±2cm设计与调整。
推荐灰浆参考配比为：质量浓度C W=54%,普通水泥用量C=256kg/m3,粉煤灰用量F=768kg/m3,水用量W=860kg/m3,添加剂24kg/m3(添加剂为水)。
实际配比依据充填站充填前的配比实验和充填过程中料浆的实际稠度变化情况进行适当调整。
充填过程中调整配比的标准是在充填管路系统全部充满灰浆，泵送速度90~100 m3/h，井下干线管末端截止阀全部打开条件下，泵送压力不超过6Mpa。
如果上述条件下泵送压力大于6Mpa，灰浆浓度需要降低0.5-1个百分点;反之，如果上述条件下泵送压力小于5Mpa，灰浆浓度则需要提高0.5-1个百分点。
②充填开始阶段的灰浆推水，与充填结束时灰浆推矸石浆，两种情况的灰浆用量相同，每次都需要灰浆量55 m3，即55罐次（每罐1 m3），其中，需要水泥14t，粉煤灰42t，水48t。
“三下”采煤膏体充填开采技术研究
㊀第４９卷第１期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ １㊀㊀２０２１年１月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｊａｎ．２０２１㊀移动扫码阅读孙希奎． 三下 采煤膏体充填开采技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（１）：２１８－２２４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０１ ０１７ＳＵＮＸｉｋｕｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓａｎｄｒａｉｌｗａｙｓ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（１）：２１８－２２４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０１ ０１７三下 采煤膏体充填开采技术研究孙㊀希㊀奎（山东能源集团有限公司，山东济南㊀２５００１４）摘㊀要：膏体充填是控制采矿岩层运动㊁防治地表沉陷的主要充填开采技术之一㊂针对我国东部煤矿开采过程遇到的建筑物㊁水体㊁铁路下以及承压水体上压煤资源开采问题，以淄博矿业集团济北矿区主力矿井的开采条件为背景，分析了膏体充填的基本原理㊁工艺方法及试验应用情况，重点介绍了岱庄煤矿在建筑物下条带煤柱置换开采，高层建筑下压煤充填开采，承压水体上充填开采等领域的典型应用案例㊂通过应用膏体充填开采技术，地面受护建筑物移动变形数值均小于建筑物Ⅰ级损坏标准，受底板灰岩水威胁的工作面充填开采后底板破坏深度仅６．０ ６．５ｍ，防范底板水害的作用显著㊂结合济北矿区未来的发展方向，认为膏体充填应该进一步在承压水体上开采的相关理论和工艺技术，重复采动影响下建筑物保护的理论和对应措施，复杂条件下充填工艺㊁设备㊁流程优化以及与井下煤矸智能分选系统相结合等方面着重进行研究攻关㊂研究结果对济北矿区膏体充填开采进一步应用有重要借鉴意义㊂关键词：膏体充填； 三下 采煤；济北矿区；条带煤柱置换；底板承压水中图分类号：ＴＤ８２３㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０１－０２１８－０７Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓａｎｄｒａｉｌｗａｙｓＳＵＮＸｉｋｕｉ（ＳｈａｎｄｏｎｇＥｎｅｒｇｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ㊀２５００１４，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２０－０９－０８；责任编辑：朱恩光基金项目：山东省泰山学者专项经费资助项目（２０１３０９）作者简介：孙希奎（１９６５ ），男，山东淄博人，研究员，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｘｉｋｕｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｍｏｍｅｎｔａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｃｏａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓ，ｒａｉｌｗａｙｓａｎｄｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｉｎｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｍｉｎｅｓｉｎＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａｏｆＺｉｂｏＭｉｎｉｎｇＧｒｏｕｐ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｍｅｔｈｏｄｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔｒｉｐｃｏａｌｐｉｌｌａｒｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｉｎｉｎｇ，ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｈｉｇｈｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｃｏａｌｆｉｌｌｉｎｇａｂｏｖｅｆｌｏｏｒｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒｉｎＤａｉｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ．Ｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｇｒｏｕｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｖａｌｕｅｓａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎⅠｄａｍａｇｅｓｔａｎｄａｒｄ．Ｄａｍａｇｅｄｅｐｔｈｏｆｗｏｒｋ⁃ｉｎｇｆａｃｅｕｎｄｅｒｔｈｅｔｈｒｅａｔｏｆｆｌｏｏｒｌｉｍｅｓｔｏｎｅｗａｔｅｒｗａｓｊｕｓｔｆｒｏｍ６．０ｔｏ６．５ｍａｆｔｅｒｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｗｉｔｃｈｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｔｏｐｒｅ⁃ｖｅｎｔｆｌｏｏｒｗａｔｅｒｄｉｓａｓｔｅｒｓ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ，ｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｎｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｂｏｖｅｆｌｏｏｒｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｕｎｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｐｅａｔｅｄｍｉｎｉｎｇ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｆｌｏｗｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌ－ｇａｎｇｕｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｎｄｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｗｉｌｌｐｒｏｖｉｄｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｅｐｅｎｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｉｎｔｈｅＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ；ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，ｗａｔｅｒｂｏｄｉｅｓａｎｄｒａｉｌｗａｙｓ；ＪｉｎｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ；ｃｏａｌｐｉｌｌａｒｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｆｌｏｏｒｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒ８１２孙希奎： 三下 采煤膏体充填开采技术研究２０２１年第１期０㊀引㊀㊀言充填开采是煤矿绿色开采体系的重要组成部分，是控制采动岩层移动与防治开采损坏的关键技术之一［１］㊂自充填开采概念提出以来，经过不断完善和发展，形成了多种针对煤矿层状岩层赋存特点的充填开采方法㊂如在国内开展试验和应用较早的固体废弃物膏体充填［２］，以破碎矸石为主料进行的采空区矸石等固体废弃物充填［３］，以含水率超过９５％的高水和超高水材料充填［４－５］等㊂随着充填开采的不断推广，工程实践中提高充填效率和降低充填成本等需求日益迫切，形成以覆岩隔离注浆充填㊁间隔墩柱充填㊁煤柱间隔置换充填等部分充填开采技术［６－８］，使得煤矿充填开采的应用范围和适用条件不断扩展，为压煤资源开采提供了重要的技术支撑㊂膏体充填开采是目前在矿山充填开采领域应用仍较为广泛的主要充填开采技术之一㊂膏体充填最早应用于金属矿山，利用尾矿进行金属矿山采空区的回填，以控制围岩运动和处理大量尾矿砂㊂１９８８年，德国在摩纳泊尔煤矿首次开展煤矿膏体充填试验并取得成功［９］㊂２００６年，周华强教授团队率先在济宁山东鲁泰控股集团有限公司太平煤矿开展近松散含水层㊁薄基岩条件下厚煤层分层开采及膏体充填开采技术研究，解放了大量水体下及建筑物下压覆的煤炭资源［２］㊂自首次在煤矿工程试验至今已有近１５年的发展，膏体充填以其充填材料不离析㊁不泌水㊁充填密实㊁充填体后期强度大等优势，目前已经在很多煤矿进行了推广应用㊂济北矿区地处东部平原地区，地面村庄密集，压煤严重，多数矿井在进行下组１６煤层开采时受底板灰岩水害的威胁，矿井可采储量严重减少，迫切需要通过井下充填开采解放建筑物下㊁承压水上压煤资源㊂笔者结合淄博矿业集团济北矿区基本开采条件，总结膏体充填近些年来在济北矿区的研究与应用情况，并提出其后期应用发展的方向㊂１㊀淄博矿业集团济北矿区基本条件淄博矿业集团济北矿区位于山东济宁市北郊，是我国２０世纪９０年代兴建的大型煤炭基地㊂该矿区由济东煤田的北部与唐口煤田２大区域组成，东西长度１７ ２４ｋｍ，南北宽度１２ ２０ｋｍ，规划面积达到３２２ｋｍ２，含煤地质总储量约２０．９亿ｔ㊂全矿区共划分有许厂煤矿㊁岱庄煤矿㊁唐口煤矿㊁葛亭煤矿㊁新河煤矿和运河煤矿等６个井田㊂矿区建设初期总设计产能８．５５Ｍｔ／ａ，以中㊁大型矿井为主，其中３．０Ｍｔ／ａ矿井１个，１．５Ｍｔ／ａ矿井３个，０．６Ｍｔ／ａ矿井１个，０．４５Ｍｔ／ａ矿井１个［１０］㊂淄博矿业集团济北矿区煤矿主采二叠系山西组３㊁１６㊁１７号煤层㊂目前大部分矿井主采３号煤层，部分煤矿逐步进入１６号煤层总体规划和开采阶段㊂以岱庄煤矿为例，３号煤层普遍埋深为２４０ ６１０ｍ，可采范围内煤层平均厚度２．６６ｍ，煤层倾角一般为１ʎ １２ʎ，平均６ʎ㊂３号煤层下部赋存的１６号煤层与３号煤层间距为一般为２０ ２５ｍ，１７号煤层与１６号煤层间距８ １０ｍ，煤层较薄㊂１６号煤层底板富水性好的含水层有十三灰和奥灰，１６号煤层至十三灰平均间距２５ｍ；１６号煤层至奥灰平均间距６１ｍ［１１］㊂底板灰岩水害是矿井后期向深部开采面临的主要威胁㊂济北矿区地处我国东部平原地带，地面村庄密集，由于表土层较厚，部分煤层埋藏较深，导致煤层开采后在地表造成的影响范围很大，村庄压煤问题极其严重，是淄博矿业集团济北矿区煤炭开采面临的重大难题㊂仅以岱庄煤矿为例，该矿在６５ｋｍ２的井田面积上分布着７８个村庄，共计住户约１．３万多户，人口数量超过５万人㊂所有可采储量中，村庄下压煤储量约占到８０％，涉及７９００余万ｔ煤炭资源，其中仅主采的３号煤层村庄下压煤量就占到全部村庄压煤量的６３％，约５０００万ｔ［１２］㊂密集的村庄分布和逐步增大的煤层采深，导致多数村庄保护煤柱相互重叠，一个工作面的开采经常同时影响多个村庄㊂由于采动影响涉及的村庄较多，迁村开采费用极高㊁难度极大㊂随着社会经济的快速发展㊁村镇规模不断扩大，矿区实际的压煤储量不断增加，压煤难题有进一步恶化的趋势㊂在早些年尚未形成比较成熟的煤矿充填开采技术时，村庄所压覆的煤炭资源通常采用条带法开采，即采出一定宽度的工作面，留设一定宽度能够保证长期稳定的条带煤柱支撑覆岩及控制地表下沉，如岱庄矿自２０００年建成投产以来，截至２０１９年，建筑物压煤压覆的条带煤柱已达５０多个，累计条带煤柱可采储量已达１１００万ｔ［１３］㊂大量遗留条带煤柱难以有效回采，严重影响了矿井的采掘规划，制约了矿井产能的发挥，极大缩短了矿井的服务年限㊂如何解决村庄压煤开采，实现村庄不搬迁开采和深部承压水上开采是济北矿区煤矿都迫切需要解决的问题㊂２㊀淄博矿业集团济北矿区膏体充填开采历程２．１㊀膏体充填开采原理与工艺煤矿膏体充填就是将煤炭开采和利用过程中产９１２２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷生的煤矸石㊁粉煤灰㊁工业炉渣等大量固体废弃物在地面进行破碎和配制，形成牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压方式，通过管道输送到井下并充填工作面后方的采空区㊂随着工作面开采尺度和充填开采范围的不断增大，逐渐形成由膏体充填体㊁前方煤体和工作面液压充填支架等共同作用的支撑体系，对上覆岩层形成有效支撑，控制地表移动变形，保障地面建筑物的变形损害在允许的范围以内（一般为Ⅰ级损害以内）［２］㊂采用膏体充填的工作面，由于开采空间及时被充填体替换，虽有一定量的压缩，但事实上相当于极大降低了采高，因此对顶板的破坏减小㊂膏体充填体在支撑顶板的同时，对底板移动也形成一定限制，也可显著降低底板隔水层的破坏深度㊂具体实施膏体充填工艺时，首先要将工作面向前推进一个充填步距，然后将配制完成的膏体材料，通过充填泵输送到充填工作面，充填封闭好的采空区㊂充填工艺系统由地面矸石破碎系统㊁浆料制备系统㊁管道泵送系统㊁充填控制系统等组成，图１为膏体充填的工艺流程㊂图１㊀煤矿膏体充填工艺流程［２］Ｆｉｇ．１㊀Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇ２．２㊀试验的历程与概况膏体充填是由金属矿山胶结充填逐步改进而来的，早期少数矿山在进行高浓度胶结充填试验研究的同时，对充填材料的组成和级配作出了改进，使得料浆浓度得到明显提高，并进一步发展成膏体泵送胶结充填工艺，由此形成膏体充填的基本模式㊂２０００年，在金川二矿区建成我国第一条膏体充填工艺系统，并在铜绿山矿得到成功推广应用㊂后来，煤矿开采规模越来越大，东部矿区面临的村庄压煤问题也越来越多㊂为应对村庄压煤开采的迫切需求，中国矿业大学最早提出了井下工作面膏体充填建筑物压煤开采技术，并开展了大量的基础性研究工作㊂随后，济宁太平煤矿为解放村庄压煤，提高采出率，延长矿井服务年限，与中国矿业大学合作开展了固体废弃物膏体充填开采技术的研究与试验，是我国煤矿第１个膏体充填示范工程，并于２００６年５月成功实现了工业性试采［１４－１５］㊂淄博矿业集团济北矿区最早开始试验膏体充填开采源于对建筑物下遗留条带煤柱资源的回收需求㊂首试区域选择在地面村庄压煤极其严重的淄博岱庄煤矿２３００采区㊂根据岱庄煤矿的开采条件，首个试验工作面选择在２３００采区最边界的遗留煤柱位置，即２３０２长壁工作面采空区与２３０３条带工作面采空区之间区域，命名为２３５１充填工作面㊂根据文献资料，在工程试验整个历程中，２００５ ２００６年进行了充填前两侧已经回采的工作面冒落区探测和膏体充填性能测试前期研究，２００７年底正式立项启动，２００８年５月山东省煤炭工业局组织专家论证，并于２００８年６月正式批准进行工业性试验㊂通过长期工程准备，２３５１膏体充填工作面于２００９年１２月２３日正式开始现场工业性试验；２０１１年４月膏体充填综采推广应用到２３５２工作面［１６］㊂试验成功之后，继续在岱庄煤矿其他压煤采区进行应用，同时推广到淄博矿业集团济北矿区许厂煤矿㊁葛亭煤矿的建筑物下条带煤柱充填置换开采实践中㊂２．３㊀推广应用情况自２００６年膏体充填开采技术在济宁太平煤矿开展试验以来，经过近１５年的不断发展和完善，应用的工程条件和适用范围不断扩展，由最初充填置换条带煤柱开采，到地面高层建筑物压煤开采，再到下组煤底板承压水上充填开采，取得了较好的试验效果，形成了良好的示范效应㊂表１统计了膏体充填技术在济北矿区部分工作面的应用情况㊂３㊀典型工程案例及效果３．１㊀遗留条带煤柱置换开采中的应用受地表密集建筑物压煤影响，岱庄煤矿首采的０２２孙希奎： 三下 采煤膏体充填开采技术研究２０２１年第１期表１㊀膏体充填开采技术在济北矿区部分煤矿的应用情况Ｔａｂｌｅ１㊀ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｓｏｍｅｃｏａｌｍｉｎｅｓｉｎＪｉｂｅｉＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ煤矿应用日期（年⁃月）工作面或采区编号煤层倾角／（ʎ）采高／ｍ宽度／ｍ埋深／ｍ推进／ｍ储量／万ｔ应用类型岱庄煤矿２００９－１２ ２０１０－０８２３５１采区３煤５２．９１０３４２０９８０４２．０建筑物下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１３－０２ ２０１５－０２２３５３采区３煤４２．７１５０４３０７２０３９．９建筑物下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１６－０６ ２０１７－１１６３５２采区３煤６２．７１１０４３５５９５２４．２高层建筑下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１８－０７ ２０１９－０６６３５１采区３煤４２．７１０２４２５５０５１９．１高层建筑下煤柱置换充填岱庄煤矿２０１８－０６至今１１６０７采区１６煤９２．２１２０５３０９９０３４．０承压水上开采许厂煤矿２０１３－０１ ２０１４－１０１３３５工作面３下煤３３．５６６３０５６１８３０．８建筑物下煤柱置换充填许厂煤矿２０１４－０４ ２０１５－０６１３３１工作面３下煤３３．６３９ ９３３１０４１５１８．９建筑物下煤柱置换充填许厂煤矿２０１５－０１ ２０１６－０７１３３７工作面３下煤４３．５４６ ５４２９５６２２２３．９建筑物下煤柱置换充填２３００采区开采村庄下压煤时采用长壁开采与条带式开采相结合的综合开采体系，即在非压煤区域采用常规的长壁综采一次采全高采煤法，在压煤区域采用条带法开采，因此遗留了大量保护煤柱㊂经统计，整个２３００采区采用条带开采方法的煤炭采出率仅为３７％，产生的遗留煤柱资源量高达９００多万ｔ㊂图２为２３００采区部分工作面采空区与遗留煤柱分布情况，相邻采空区中间空白区域为留设条带煤柱，即后期要进行膏体充填开采的工作面㊂由于遗留的条带煤柱很多，岱庄煤矿开展膏体充填采煤工程实践几乎全部是针对遗留条带煤柱的置换充填开采㊂图２㊀２３００采区部分采空区与遗留煤柱分布Ｆｉｇ．２㊀ＰａｒｔｉａｌｇｏａｆａｎｄｃｏａｌｐｉｌｌａｒｏｆＮｏ．２３００Ｐａｎｅｌ首试工作面位于２３０２长壁工作面采空区与２３０３条带工作面采空区之间，开采对象是遗留的地面村庄条带保护煤柱，命名为２３５１充填工作面㊂首试工作面宽度１００ｍ，走向长度６３０ ８８０ｍ，平均埋深４２０ｍ，煤层采高２．９ｍ㊂工作面开采时采用ＺＣ５６００／１７／３２型充填液压支架，每开采４个循环，向前推进２．４ｍ，对采空区进行１次充填㊂２３５１充填工作面膏体充填系统由４个系统组成，分别是矸石破碎系统㊁配比搅拌系统㊁泵送管道系统和自动控制系统㊂充填料为二级破碎筛选的煤矸石（粒径＜２５ｍｍ，粒级５ｍｍ以下占４１．４％）㊁粉煤灰（源于岱庄矿电厂）㊁标号３２．５的普通硅酸盐水泥和水，水泥㊁粉煤灰和煤矸石质量配比为１ʒ４ʒ６［１７］㊂采用矸石破碎系统㊁配比搅拌系统先将矸石破碎加工，然后把矸石㊁粉煤灰㊁专用胶结料和水等物料按比例混合搅拌制成充填浆料，最终形成的膏体材料质量分数达７４％㊂整个系统运行时，充填能力可达到１７０ｍ３／ｈ㊂工作面进行膏体充填时，通过充填泵和充填钻孔及管道将膏体浆料输送到井下进行采空区充填㊂经过实际统计，２３５１充填工作面共充填膏体材料２８万ｍ３，消耗矸石１０．５ｍ３，置换出原煤４２万ｔ［１３］㊂２３５１工作面膏体充填后，实测地表最大新增下沉值为３５ｍｍ㊂２３００采区膏体充填开采地表移动变形均控制在建筑物允许的Ⅰ级损害范围内㊂岱庄煤矿采用膏体充填后每年可多采原煤约６０万ｔ，经济效益约为３２００万元㊂通过膏体充填，完全解决了岱庄煤矿村庄压煤难题㊂此外，膏体充填由于及时支撑了顶底板，还可以有效控制开采空间的围岩变形量，缓解了工作面的矿压显现［１７－１８］㊂３．２㊀高层建筑物压煤开采的应用岱庄煤矿６３００采区位于矿井东翼，煤层埋深为４１０ｍ，煤厚为２．３ｍ，２０１６年初开始，岱庄煤矿采用膏体充填开采６３００采区的６３５２工作面和６３５１工作面，开采区域最长为８３０ｍ，总宽为３３０ｍ㊂对应地表有黄楼村居民房屋，以及岱庄医院部分家属楼㊁天主教堂（省级保护文物，图３ａ）㊁岱庄医院１８层住院大楼（重点保护对象，图３ｂ）㊂实施膏体充填后，岱庄医院１８层的住院楼最大倾斜为０．２ｍｍ／ｍ，水平变形为－０．１ｍｍ／ｍ，天主教堂最大倾斜为－０．２ｍｍ／ｍ，水平变形为－０．１ｍｍ／ｍ，上述移动变形数值均小于建筑物Ⅰ级损坏标准［１９］㊂３．３㊀底板承压水上开采中的应用经过近２０年的开采，岱庄煤矿主采的３号煤已１２２２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷图３㊀受保护建筑物Ｆｉｇ．３㊀Ｐｒｏｔｅｃｔｅｄｂｕｉｌｄｉｎｇｓ近枯竭，为延长煤矿的服务年限，规划了下组１６号煤层的开采设计方案㊂１６号煤底板赋存有富水性较好的十三灰和奥陶系灰岩，其中１６号煤底板至十三灰平均厚度为２５．４ｍ，最小距离为２１．６ｍ，突水系数高达０．３０ １．５２ＭＰａ／ｍ，远大于０．１ＭＰａ／ｍ的安全值，采用全部垮落法很难保证安全开采㊂如果煤层开采后顶㊁底板能够得到充填材料的及时支撑，其破坏范围会得到抑制，理论上可降低突水危险，是开采承压水上煤炭资源的可选方法㊂同时，岱庄煤矿多年的膏体充填开采经验可为承压水上开采提供宝贵经验㊂承压水上１６号煤开采首先在岱庄煤矿１１６０７工作面进行了试验㊂１１６０７工作面走向长度约１０００ｍ，工作面宽度约１２０ｍ，煤层平均埋深５４６．４ｍ，平均采高２．１４ｍ，平均倾角９ʎ，底板十三灰为１６号煤底板的直接充水含水层，距离底板最近为２２ｍ，底板承压水水压为４．２ＭＰａ㊂根据工作面条件，结合理论计算和模拟结果，如果１１６０７工作面采用全部垮落法开采，采动影响在底板产生的破坏深度可能达到１６ｍ，水害风险较大［２１］㊂１１６０７工作面膏体充填材料采用加气混凝土配方，工作面每天推进２．４ｍ，充填步距为３．６ｍ㊂地面充填站充填能力１４０ｍ３／ｈ，系统破碎能力为１００ｔ／ｈ㊂充填面充填管路的铺设路线为：充填站ң充填钻孔ң至－４１０ｍ水平北翼运输大巷联络巷段ң－４１０ｍ水平北翼运输大巷联络巷段ң２１６０轨道大巷段ң１１６０运输上山段ң１１６０７轨道巷段ң开切眼㊂图４为井下充填管路㊂为了评价工作面膏体充填实施效果，在１１６０７膏体充填工作面采用单孔恒定水压（０．２０ ０．３５ＭＰａ）法向底板观测钻孔内注水㊂通过工作面底板单位时间内注水量，反映底板裂隙发育程度㊂图５为实测所得的每个钻孔的注水漏失量随钻孔深度的变化规律㊂根据实测结果，１１６０７膏体充填工作面底板最大破坏深度为６．５ｍ［２２］，远小于垮落工作面图４㊀１１６０７工作面膏体充填井下充填管路Ｆｉｇ．４㊀ＦｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｏｆＮｏ．１１６０７ｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ底板破坏深度１６ｍ㊂膏体充填开采明显控制了底板破坏，实现了承压水上的安全开采㊂图５㊀底板钻孔注水漏失量变化Ｆｉｇ．５㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｌｅａｋａｇｅｆｒｏｍｂｏｒｅｈｏｌｅｉｎｂｏｔｔｏｍｐｌａｔｅ后续开采的１１６０５工作面同样采用了膏体充填技术，实测底板破坏深度为６ｍ，实现了承压水上的安全开采［２３］㊂４ 膏体充填在济北矿区的应用展望济北矿区煤矿在３号煤层开采过程中，形成了大量的条带煤柱，近些年采用膏体充填技术，采出了很多条带煤柱，在解放３号煤层被压覆煤炭资源方面发挥了巨大优势㊂随着３号煤层资源逐步枯竭，将进一步开采下组１６㊁１７号煤层，膏体充填开采技术在济北矿区的推广应用需要从以下方面继续深入研究㊂１６号煤层下部赋存有高承压的十三灰和奥灰承压含水层（图６），十三灰距离煤层２０ ２５ｍ，如果采用常规全部垮落法开采，势必造成底板破坏深度大，底板受承压水威胁增加㊂膏体充填已在承压水上进行了成功的开采试验，但是需要进一步深入研究采用膏体充填进行承压水体上开采的相关理论和优化工艺㊂济北矿区多数煤矿上部３号煤层已经回采，很多采区进行了条带煤柱置换充填开采，如果下部１６号煤层开采，存在多煤层重复采动问题，已经进行充填开采的支撑体将面临下部煤层开采影响下的二次稳定性问题，因此需要研究在近距离膏体充填开采２２２孙希奎： 三下 采煤膏体充填开采技术研究２０２１年第１期图６㊀岱庄煤矿下组煤与含水哈层的位置关系［２３］Ｆｉｇ．６㊀ＬｏｃａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｌｏｗｅｒｃｏａｌｓｅａｍａｎｄａｑｕｉｆｅｒｉｎＤａｉｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ工作面对建筑物保护的理论和对应的技术措施㊂随着开采深度增加和多煤层重复开采扰动问题的出现，在复杂开采条件下膏体充填工艺㊁设备㊁流程方面的优化问题，使充填效果和充填成本的匹配达到最优㊂充填材料选择方面，应考虑与先进的ＴＤＳ井下煤矸智能分选系统相结合，实现矸石不升井，就地加工利用，将充填系统移至井下，完成充填膏体材料的制备与输送，减少由井上到井下的输送环节，提高充填效率，进一步降低充填成本㊂５㊀结㊀㊀论１）自膏体充填开采技术首次应用以来，经过近１５年的发展，从原理㊁充填材料㊁工艺技术㊁主要装备等都得到了很大的进步，应用范围也由最初建筑物下条带煤柱的置换开采扩展到高层建筑物保护㊁底板承压水害防治，应用范围越来越广泛，适应性越来越强㊂２）重点以岱庄煤矿条件为例，介绍了膏体充填在条带煤柱的置换开采㊁高层建筑下压煤开采㊁承压水上煤炭开采等方面的实践应用，有效回收了条带煤柱㊁保护了高层建筑，解放了受底板承压水威胁的煤炭资源，取得了显著的应用效果㊂３）结合淄博矿业集团济北矿区实际开采情况和未来回采计划，提出膏体充填开采应重点在承压水体上开采的相关理论和工艺技术㊁重复采动影响下建筑物保护的理论和对应技术措施㊁复杂条件下充填工艺㊁设备㊁流程优化以及与井下煤矸智能分选系统相结合等方面进行拓展和技术攻关㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀钱鸣高，许家林，缪协兴．煤矿绿色开采技术［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００３，３２（４）：５－１０．ＱＩＡＮＭｉｎｇｇａｏ，ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＭＩＡＯＸｉｅｘｉｎｇ．Ｇｒｅｅｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌ⁃ｏｇｙ，２００３，３２（４）：３４３－３４８．［２］㊀周华强，侯朝炯，孙希奎，等．固体废弃物膏体充填不迁村采煤［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００４，３３（２）：１５４－１７７．ＺＨＯＵＨｕａｑｉａｎｇ，ＨＯＵＣｈａｏｊｉｏｎｇ，ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ｅｔａｌ．Ｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｆｏｒｎｏｎｅ－ｖｉｌｌａｇｅ－ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，３３（２）：１５４－１５８．［３］㊀张吉雄．矸石直接充填综采岩层移动控制及其应用研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２００８．［４］㊀冯光明，孙春东，王成真，等．超高水材料采空区充填方法研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１０，３５（１２）：１９６３－１９６８．ＦＥＮＧＧｕａｎｇｍｉｎｇ，ＳＵＮＣｈｕｎｄｏｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｚｈｅｎ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇｏａｆｆｉｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｗｉｔｈｓｕｐｅｒｈｉｇｈ－ｗａｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１０，３５（１２）：１９６３－１９６８．［５］㊀孙希奎，王㊀苇．高水材料充填置换开采承压水上条带煤柱的理论研究［Ｊ］．煤炭学报，２０１１，３６（６）：９０９－９１３．ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ＷＡＮＧＷｅｉ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｈｉｇｈｗａｔｅｒｍａｔｅｒｉａｌｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｉｎｉｎｇｔｈｅｓｔｒｉｐｃｏａｌｐｉｌｌａｒａｂｏｖｅｃｏｎｆｉｎｅｄａｑ⁃ｕｉｆｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，３６（６）：９０９－９１３．［６］㊀许家林，朱卫兵，李兴尚，等．控制煤矿开采沉陷的部分充填开采技术研究［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２００６，２３（１）：６－１１．ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＺＨＵＷｅｉｂｉｎｇ，ＬＩＸｉｎｇｓｈａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙｏｆｐａｒｔｉａｌ－ｆｉｌｌｉｎｇｔｏｃｏｎｔｒｏｌｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ⁃ｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇ＆ＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，２３（１）：６－１１．［７］㊀许家林，倪建明，轩大洋，等．覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（１２）：８－１１．ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＮＩＪｉａｎｍｉｎｇ，ＸＵＡＮＤａｙａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｏｕｔｖｉｌｌａｇｅｒｅｌｏｃａｔｉｏｎｂｙｉｓｏｌａｔｅｄｇｒｏｕｔｉｎｊｅｃｔｉｏｎｉｎｔｏｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（１２）：８－１１．㊀［８］㊀许家林，轩大洋，朱卫兵，等．部分充填采煤技术的研究与实践［Ｊ］．煤炭学报，２０１５，４０（６）：１３０３－１３１２．ＸＵＪｉａｌｉｎ，ＸＵＡＮＤａｙａｎｇ，ＺＨＵＷｅｉｂｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙａｎｄａｐｐｌｉ⁃ｃａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｗｉｔｈｐａｒｔｉａｌｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１５，４０（６）：１３０３－１３１２．［９］㊀ＢＲＡＣＫＥＢＵＳＣＨＦＷ．Ｂａｓｉｃｓｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４，４６（１０）：１１７５－１１７８．［１０］㊀杨庆铭，江道罴．济北矿区设计建设之创新［Ｊ］．山东煤炭科技，２０００（４）：８－９．ＹＡＮＧＱｉｎｇｍｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＤａｏｐｉ．ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＪｉｎｂｅｉｍｉｎｉｎｇａｒｅａ［Ｊ］．ＳｈａｎｄｏｎｇＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００（４）：８－９．［１１］㊀蒋昊良．岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究［Ｄ］．徐３２２２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷州：中国矿业大学，２０１５．［１２］㊀李㊀博．岱庄煤矿膏体充填工作面覆岩运动规律与支护优化研究［Ｄ］．青岛：山东科技大学，２０１１．［１３］㊀杨贤江．岱庄煤矿膏体充填绿色开采技术实践［Ｊ］．山东煤炭科技，２０１９，２５（５）：１８９－１９１．ＹＡＮＧＸｉａｎｊｉａｎｇ．ｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｇｒｅｅｎｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｉｎｄａｉｚｈｕａｎｇｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＳｈａｎｄｏｎｇＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，２５（５）：１８９－１９１．［１４］㊀赵才智．煤矿新型膏体充填材料性能及其应用研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２００８．［１５］㊀常庆粮．膏体充填控制覆岩变形与地表沉陷的理论研究与实践［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２００９．［１６］㊀王光伟．膏体充填开采遗留条带煤柱的理论研究与实践［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１４．［１７］㊀孙希奎，李秀山，施现院，等．煤矿膏体充填矿压显现规律的充实效应研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１）：４８－５３．ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ＬＩＸｉｕｓｈａｎ，ＳＨＩＸｉａｎｙｕａｎ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｉｎｅｓｔｒａｔａｂｅｈａｖｉｏｒｗｉｔｈｆｕｌｌｂａｃｋｆｉｌｌｅｆｆｅｃｔｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（１）：４８－５３．［１８］㊀韩文骥，宋光远，曹㊀忠，等．膏体充填开采孤岛煤柱覆岩移动规律研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１３，４４（５）：２２０－２２３．ＨＡＮＷｅｎｊｉ，ＳＯＮＧＧｕａｎｇｙｕａｎ，ＣＡＯＺｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｌａｗｓｏｆｓｔｒａｔａｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｉｓｏｌａｔｅｄｃｏａｌｐｉｌｌａｒｗｉｔｈｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１３，４４（５）：２２０－２２３．［１９］㊀张洪鹏，宋来智．高层建筑物下膏体充填开采充填率优化研究及应用［Ｊ］．煤炭科技，２０１８，１５４（２）：１２２－１２４．ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｐｅｎｇ，ＳＯＮＧＬａｉｚｈｉ．Ｓｔｕｄｙｏｎｆｉｌｌｉｎｇｒａｔｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｕｎｄｅｒｈｉｇｈｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭａｇａｚｉｎｅ，２０１８，１５４（２）：１２２－１２４．［２０］㊀蒋昊良．岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１５．［２１］㊀孙希奎，常庆粮．承压水上膏体充填率与充填体强度对底板破坏深度的影响［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（６）：１８０－１８３．ＳＵＮＸｉｋｕｉ，ＣＨＡＮＧＱｉｎｇｌｉａｎｇ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｒａｔｅａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｂｏｖｅｃｏｎｆｉｎｅｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｏｎｆｌｏｏｒｆａｉｌｕｒｅｄｅｐｔｈ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１７，４８（６）：１８０－１８３．［２２］㊀廖志恒．承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征［Ｊ］．煤矿安全，２０１８，４９（４）：１８５－１８８．ＬＩＡＯＺｈｉｈｅｎｇ．ｍｉｎｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄｄａｍａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｌｏｏｒｂｙｐａｓｔｅｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇｍｉｎｉｎｇｏｎｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１８，４９（４）：１８５－１８８．［２３］㊀刘伟涛．岱庄煤矿下组煤承压水上膏体充填开采安全性研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１７．４２２。
矿山膏体充填技术
5、经验公式验证 为了验证会泽经验公式的实用程度，采 用上述经验公式对各组方D150ｍｍ水平管 道阻力进行计算，并与环管试验数据进行 对比。结果表明，其理论计算值和试验数 据之间的误差不大，其误差在10%以内。
五、膏体制备与输送
金川膏体泵送充填系统
金川二矿区膏体泵送充填系统是我国科技人员借鉴 国外经验，在国内最早建成和正式投产运行的膏体充填 系统。其设计能力为60m3/小时，每天充填12～13h， 日充填能力可达720～780m3。下图为金川二矿区膏体 充填系统工艺流程图。
膏体充填的特点
①尾砂膏体充填的料浆重量浓度一般在75%以上，料浆的屈服 切应力和塑性粘度较大。
②充填料浆中要有一定比例的超细粒级物料，才能形成稳定 性好的膏体；
③膏体在管道中的流动呈柱塞状，其核心呈恒速流动，近柱 塞体。管壁处的速度梯度与摩擦阻力和表面润滑层的粘度有关；
④膏体充填料的内摩擦角较大，其凝固的时间短，能迅速地 对围岩和矿柱产生抗力，减缓空区闭合。在充填后几个小时便可 进行作业；
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。
为了解决这两个问题，矿山就把这些固体废物重新回 填到地下的空场，并避免空场垮落。由此就诞生了矿山充 填技术。
①干式充填，从古代采矿业开始。
②水力充填，上个世纪四十年代末开始，现主要采用分级尾砂充填。
③低浓度胶结充填，约在上个世纪五六十年代出现，以质量浓度50 －70%的两相流体充填。
膏体充填的主要缺点是：一次性基建投资大，工艺设备环 节多，维护管理复杂等。
三、膏体的流变特征
真实物体在载荷外力的作用下都将发生物质流动与变形，而流 变学是研究载荷下物质流动与变形的科学。对于浆体的流变模型，
可用以下通式表示：
厚煤层巷内预构膏体充填带无煤柱开采技术
２－ 圈中标： 主为…
时，看 阀门人员立刻 电话通 知地面泵站 ，泵送一 定距离之后 ，停止 泵送进行 自流 ，自流的过程中通过 １ ＃ 截止 阀控制水 的流量 ，当充填 区充满后，关闭 ２ ＃ 截 止阀，将布料 管拆开放 至废料 区，再 开启 ２ ＃ 截止阀，将余料充填至废料区，清洗球打入废料 区后，关 闭 ２ ＃ 截止 阀，拆 除布料 管，连接排水管，将 ｌ ＃ 、２ ＃ 截止阀全部打开，泵送清 水清洗管路，并将拆 除的布料管用水清洗一遍，充填完 毕。 ５无煤柱膏体充填墙体矿压观测 为了加强对混凝土墙回采期间以及后期掘 进巷道期间的压力观 测，在充填过程 中先后 安装三组压力观测设备，每组安装 ４个位移 计、６个压力盒，１ ０条数据观测线 （ １ ５ ０ ｍ ／ 条） 。附图 ２压力盒 应力 与工作面回采关系曲线，附图 ３水平位移计位移与工作面回采关系
体支柱 。
凝 土搅拌站制作 膏体 ，通过钻孔 管道输送到 井下 工作 面巷道 内，砌 筑 膏体充填带替代保护煤柱 ，提高煤炭资源回收 率。
级索煤矿膏体泵送充填实践
充填开采项目技术路线:
采用理论和实践相结合，实验室实验和工业性 实验相结合的方法，研制出煤矸石和建筑垃圾 为主要材料的充填工艺及设备;从理论分析和充 填实践研究人工岩体在矿井顶板岩层控制方面 的特点，以便在不同矿井地质条件下推广应用。
已采区域方案：先充后采，条带开采。
未采区域方案：边采边充，条带充填，全部开 采
我矿针对矿井实际情况，由总工程师带队去充 填开采成功的单位进行考察、调研、学习，通 过对国内外生产厂家设备的深入了解，最终经 招议标选择了飞翼股份有限公司生产的160型 充填工业泵，经我们近几个月的实践证明，该 产品配置均采用国际知名品牌，该泵具有高压 力、大排量、远距离、粗骨料的特点，产品质 量可靠、技术先进，相比国外产品而言性价比 高，“保姆式”的售后服务贴心周到。该泵使 用至今，运转正常，未出现任何故障，飞翼股 份在现场指导的技术人员、服务人员工作认真 负责。我矿对飞翼股份的产品质量和优质服务 感到非常满意，感谢飞翼股份为我矿的安全、 高效生产提供了可靠的产品。
通过膏体条带充填开采，在保证地面村庄建筑 物不受影响的前提下，可采出井下呆滞煤柱条 带564个，回收煤炭资源71.7万吨；实现未采 区域村庄压煤的完全回采。比原条带开采可多 采出煤炭资源减少煤矸石等固体废物排 放310万吨，少占用耕地400余亩；减少对土地 占压和环境污染，减少土地塌陷面积约2.7km2， 既保护地质环境，又防止发生地质灾害；同时 对于鲁南矿区乃至全国其他矿井在解决村庄下 压煤具有借鉴意义和推广价值。
充填工业泵的主要作用是将膏体输送到充填工 作面。经考察调研，目前市场上该泵生产厂家 主要有：德国putzmeister（大象牌），施维 茵，三一重装，飞翼股份有限公司。充填工业 泵是实现采空区充填绿色开采的关键设备之一。 目前市场上常用的输送泵按照理论输送量主要 有20、30、40、50、80、90、100、150、 160、200等型号。
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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
浆斗的料位自动控制二次搅拌机、充填泵的泵送速度、一次搅拌机拌料时间间隔，保证整个系统的协调运行，不能出现料浆供应不上或外溢等问题。
2.充填管路
充填管路由干线充填管路、工作面充填管路及布料管、三通、阀门等管路附件组成。
干线充填管路采用规格为Ф203×16 mm无缝钢管，包括内厚8 mm的耐磨层，长度为6 m。
在地面钻孔弯管处及工作面充填管路最高点处设有放气阀，在干线管路末端安装有DN150 mm、PN64闸阀。
工作面充填管路采用规格为Ф168×5 mm的无缝钢管，每节钢管长度为2 m，钢管间采用快速连接件连接。
工作面充填管路通过1节弯管和1节变径管与干线管路连接。
工作面管路上利用三通、闸板阀、布料管伸至充填区，布料管的规格与工作面管路相同。
布料管出口靠近工作面顶板布置，并用钢丝绳与工作面支架固定。
应该特别注意的是，充填管路铺设完毕后，应根据《工业管道工程施工及验收规范》进行强度与密封性水压试验，确保管路系统安全可靠。
四、经济效益分析
采用膏体充填开采技术提高采出率带来的经济收入分析：自2006年5月份利用膏体充填开采技术以来，截止到2012年底生产原煤188万吨。
按照现行的上限岩柱高度要求估算，剩余可进行充填开采可采储量1083.5万吨。
吨煤平均销售单价600元/吨。
已经获得的经济收入为11.3亿元，今后可获得的经济收入为53.7亿元。
参考文献：
（1）中国煤炭工业部主编，《煤炭工业矿井设计规范》，中国计划出版社，1995.10
（2）国家煤矿安全监察局，《煤矿安全规程》，煤炭工业出版社，2001.5
（3）煤矿矿井设计手册编写组，《煤矿矿井设计手册》，煤炭工业出版社，1984.3
（4）徐永圻，《煤矿开采学》，中国矿业大学出版社，1999.10
（5）周荣、严万生，《矿山固定机械》，煤炭工业出版社，1986.9。