超高水充填材料及其充填开采技术研究与应用
高水充填【可编辑范本】
Cｈinａuniveｒsｉty ofｍinｉng aｎd technｏlogy 高水充填（论文)学院名称孙越崎学院专业名称采矿工程学生姓名刘瑞明学号01090190任课教师许家林二〇一二年十月（超)高水充填工艺系统和应用研究刘瑞明(中国矿业大学孙越崎学院,江苏徐州)摘要：我国目前“三下"压煤问题比较严重，充填开采是解决“三下”压煤的根本途径,其中（超）高水充填相比其他充填方法它特别的优势。
本文详细介绍了（超)高水材料的组分、基本性能及在充填时的水化反应，并且重点叙述(超）高水充填工艺系统流程和充填方法，总结出（超)高水充填的意义，得出（超)高水充填将会在以后广泛应用。
关键词:“三下"压煤（超)高水材料(超)高水充填引言随着我国经济的持续发展,煤炭资源的不断开采，“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压煤量占煤炭资源总量的比例越来越大。
据对国有重点煤矿的不完全统计,全国压煤量约为13７。
9亿吨,其中建筑物下压煤为87.亿t，村庄下压煤又占建筑物下压煤的60％。
随着社会经济发展,村镇规模不断扩大，新矿区和新井田的建设，实际压煤量远高于这一数字。
主要产煤省如山东、江苏、安徽、河南、河北等省,多数矿区（井)地处平原，人口密度大,村庄密集,村庄压煤比重较大，有的矿区或井田村庄压煤量占总储量的70%,有的新疆井田投产(首采面)即遇到村庄下压煤开采问题．长期以来我国煤矿村庄压煤,主要采用迁村或采用条带开采的方法进行开采,然而迁村法存在搬迁或者成本高、侵占土地、选址困难以及开采后破坏环境等问题,条带开采,采出率很低,而且万吨掘进率（每回采一万吨原煤,所需掘进的巷道数量)很高，以上方法都被煤炭企业所抛弃。
为了缓解日益突出的煤炭资源的枯竭与经济发展的矛盾，有效地进行“三下”压煤开采对充分利用地下资源，延长矿井寿命，促进煤炭工业的健康发展具有重要意义。
采空区充填逐渐成为解放“三下”压煤的主要方法之一，按充填材料区分,有水砂充填、矸石充填、膏体充填和高水充填。
采矿工程超高水充填材料应用与展望-采矿工程论文-工程论文
采矿工程超高水充填材料应用与展望-采矿工程论文-工程论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要:本文对采矿工程中超高水充填材料的应用与展望进行分析，首先对此种材料的应用范围进行列举，如采空区的应用、在预充空巷开采技术中的应用、在注浆堵水技术中的应用等，而后对超高水充填材料的未来应用方向进行展望。
关键词:采矿工程;超高水充填材料;注浆堵水随着城市发展步伐的逐步加速，人们的生活水平获得提升，人们基础生活中对能源的需求越来越大，因此，我国矿业工程必须加大矿产开采力度，满足人们的能源需求。
但是传统的采矿方式不仅会对环境造成较大的污染、安全性也不够高，由此，超高水充填材料的出现，不仅让工程施工环境的安全得到维护，还对资源的可持续发展起到了支撑作用。
1采矿工程中的超高充填材料应用1．1在采空区的应用在采矿工程中，使用充填工艺目的是让矿产开采工作对地面造成的凹陷危害得到有效预防与缓解，因为地下开采活动可能会造成地层、地质构造出现断裂或是错位等情况，同时此项操作可减轻开采活动对井下巷道与工作面造成的影响，促进采矿工作的顺利与安全。
同时，工作人员操作充填工艺对矿区的环境进行改善，还可让巷道得到维护，提升通风效果，可以有效缓解采矿工程操作对环境造成的压力，实现绿色开采。
通常情况下，可以选择的传统充填材料主要有砂石、碎石、工业废渣等，同时充填方式主要有水利输送、充填管路输送等方式。
如果技术操作人员选择水利输送的方式，需要承担较为复杂的人为操作工序。
同时，此种输送方式需要消耗大量的充填材料，最重要的一点是容易在输送的过程中发生充填管路堵塞问题，解决过程中还需占用大量的维修与输送资金，因此此种方式并未得到大范围推广。
而超高水填充材料颗粒粒径较小，同时具备较好的浆液流动性能，操作工艺上也较为简单，对技术操作人员的要求不高，便于操作。
在用料量上也相对较少，因此可以节约大量的材料成本，由此可以得出的结论是超高水充填材料具备诸多应用优势。
采矿工程超高水充填材料应用标准
采矿工程超高水充填材料应用标准摘要：在煤矿开采环节经常会存在着以下几个问题：煤炭自燃发火、工作面过空巷等，这些问题在老矿井中尤为明显，严重影响着矿井开采的安全性。
现如今超高水充填材料在采矿工程中有着十分广泛的应用，可以起到很好的预充空巷和防火灭火的作用。
本文将对超高水充填材料的注浆防火技术、欲充空巷开采技术以及充填开采技术进行深入分析，希望可以促进煤炭采矿工程的顺利施工。
关键词：超高水填充材料；煤矿工程；具体应用超高水充填材料由两部分组成的，一部分是以铝土矿为主要原材料经过烧制和复合超缓凝剂组成，另一部分是由石膏与复合速凝剂组成，在使用时需要将两种液体按照等体积比例混合，在混合一段时间后即可凝固成具有相对强度的充填材料。
超高水充填材料不仅无毒无害，而且制作过程简单，两种液体在混合后的8~30分钟内就可呈现初凝状态，凝固后的抗压强度可达到0.66~1.65MPa，并且单浆液能够做到长时间运输且不凝固，因此在采矿工程中具有十分广泛的应用[1]。
1超高水材料充填开采技术及原理1.1超高水材料充填开采技术利用超高水材料对采矿区进行充填，常用的方法有混合式充填法、开放式充填法以及袋式充填法等，施工人员需要结合矿井的实际情况选择合适的充填方法。
超高水材料充填技术在应用时涉及到浆体制备、材料储运、浆液输送、采空区充填等几个步骤，具体的技术流程如图1所示，其中制备浆体是整个充填技术的核心所在，现如今已经实现了由PLC系统进行自动化控制。
1.2超高水材料充填开采技术的原理分析矿井在开采后采空区的上覆岩层会形成裂隙带、弯曲下沉带以及冒落带，彻底形成这三带需要一定时间，也就是具有一定的滞后特点，所以利用超高水材料进行充填就是利用矿井开采后的缓冲时间，让采矿区域充满超高水材料并且胶结在一起，这可有效防止采空区顶板塌落，使得上层岩石的活动趋于稳定，确保采空区域的安全性。
同时对裂隙带空隙以及冒落带进行密实充填，也会极大的降低下沉带的下沉空间，从而控制地表的下沉量，这可有效防止地表塌陷，降低对地面的影响。
超高水充填材料
超高水充填材料
超高水充填材料是一种新型的地下水治理材料，具有很高的吸水性能和稳定性，被广泛应用于地下水治理、地铁隧道施工、地下管道维修等领域。
本文将介绍超高水充填材料的特点、应用及施工方法。
首先，超高水充填材料具有极强的吸水性能。
它可以在短时间内吸收大量的水分，并形成一种坚固的胶状物质，能够有效地阻止地下水的渗透。
这种特性使得超高水充填材料成为地下水治理的理想选择，能够有效地解决地下水涌入、地下管道渗漏等问题。
其次，超高水充填材料具有良好的稳定性。
在吸水后，它能够迅速固化成坚固
的胶状物质，不会因外力挤压而变形或破裂。
这种稳定性使得超高水充填材料在地铁隧道施工、地下管道维修等工程中得到广泛应用，能够有效地防止地下水对工程的影响。
此外，超高水充填材料施工方法简单、快捷。
只需将材料撒布在需要处理的地方，然后加水使其吸水固化即可，不需要复杂的设备和工艺。
这大大提高了施工效率，减少了人力和物力成本，是一种非常便捷和实用的地下水治理材料。
总之，超高水充填材料具有极强的吸水性能和稳定性，适用于地下水治理、地
铁隧道施工、地下管道维修等领域。
其施工方法简单、快捷，能够有效地解决地下水渗透问题，是一种非常理想的地下水治理材料。
通过本文的介绍，相信大家对超高水充填材料有了更深入的了解，希望能够在
实际工程中得到更广泛的应用。
超高水充填材料在采矿工程中的应用与展望
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。
超高水充填开采技术在煤矿中应用论文
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。
超高水材料充填技术在陶一矿开采中的应用
超高水材料充填技术在陶一矿开采中的应用李增波;刘树轮;杨生强【摘要】Aiming at the problem of coal under buildings in Taoyi Coal Mine,the mining technical proposals were discussed,and the subsidence of filling test surface was predicted and analyzed. In order to guarantee the safety mining under buildings,the new filling technology with super high-water materials was applied in the goaf of filling mining face,and the subsidence and deformation laws of ground surface were monitored and studied,which ensured the normal running of railway in process of mining.%针对陶一煤矿建下压煤问题，论述了开采技术方案，对充填试验面进行了沉陷预计分析。
为保证建下压煤工作面的安全生产，采取超高水材料充填新技术对工作面采空区进行充填，并对充填开采地表沉降变形规律进行了监测与研究，以保证铁路在采煤过程中的正常运行。
【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】4页(P114-117)【关键词】建下压煤;开采技术方案;超高水充填材料;充填工艺;沉陷监测【作者】李增波;刘树轮;杨生强【作者单位】中国矿业大学北京资源与安全工程学院，北京市海淀区，100083; 国家安全生产监督管理总局，北京市东城区，100713;冀中能源邯矿集团，河北省邯郸市，056000;冀中能源邯矿集团陶一煤矿，河北省邯郸市，056000【正文语种】中文【中图分类】TD325.4陶一煤矿历经30余年开采，2007年底原采矿许可证范围内剩余可采储量不足100万t，为合理开采煤炭资源及解决陶一煤矿资源枯竭问题，经申报批准邯矿集团将毗临陶一煤矿九采区的陶二煤矿七采区划归陶一煤矿开采。
城郊煤矿超高水材料充填系统设计研究与应用
输 送 ，且 充后 管路 易处理 ；超 高水材料 充 填 开采技 术是 一种 新型 先进 的充填技 术 ，设备 初期投 资
较 低 ，机械 化程 度 高。
关 键词 ：超 高水材料 ；充填 采矿 法 ；充填 系统 ；浆液 配制 ；管路 输送
中图分 类 号 ：Ｔ ８ ３ ３ Ｄ ５．４ 文 献标 识码 ：Ｂ 文 章编 号 ：１７ ０ ５ （０ ２ ０ ＿０ ３Ｉ ６ １— ９ ９ ２ １ ） ４（ １ ＿３ ） ）
送 系 统原 理 如 图 ２所 示 。
比较稳定 ，非常 适合超 高水 材料 Ａ、Ｂ单 浆 液 的等流 量输
送。
根 据 充 填 硐 室 和 充 填 工 作 面 的 位 置 关 系 ， 以 及 制 浆 系
统 的生产能力 ，决定选用 Ｑ ３ Ｂ一 ５ Ｚ Ｎ ６ ０三缸单作 用活塞 泵 。 通过更换活塞 ，该泵 的输送 能力 可在 ６ ０～１０ ｈ范 围内 ４ｍ ／
固，混合后浆液 可快 速发 生反应 并凝 结硬 化 ，最终 凝结 体
的水体积 比和水灰 比分 别可高达 ９ ％和 １ ： ，调 整外加 剂 ７ １１
配 方 可 改 变 凝 结 时 间 及 材料 性 能 Ｊ 。 图 １ 工 作 面 与Байду номын сангаас充 填 硐 室 相 对 位 置 及 管 路 布 置 图
１ 超 高 水材 料简 介
超高水材料是 一种 新型 充填材 料 ，由两种 主料 和两种
外加剂组 成 ，主 料包 括 Ａ 料、Ｂ料 ，外 加 剂 包 括 Ａ Ａ料 、 Ｂ Ｂ料 。Ａ料 以铝 土矿、石 膏等独立炼制而成 ，Ｂ料 由石膏 、 石灰等混磨成 主料 ，Ａ Ａ料 为复合 缓凝 分散 剂 ，Ｂ Ｂ料为 复 合速凝剂 ］ 。超高水材料 Ａ、Ｂ单浆液可持续数 小时不凝
超高水材料充填开采兼沿空留巷技术应用研究
图１ 工 作 面 井 下 相对 位 置
表 １ 煤 层 顶 底 板 情 况
本文针对城郊煤 矿 的具体 条件 ，结 合对 超高水 材 料性 质的分析 ，研究如何 在综采 面超 高水 材料 袋式 充填 开采技 术 的基础 上实现 回采巷 道 的沿 空 留巷 ，并将 其应 用 到城郊 煤矿 的生产实践 中。该技 术 的研 究 与应用 对充 填开 采及沿
术 的一 次 重 大 技 术 变 革 “Ｊ 。
如果 在充填开采 的 同时实 现 回采 巷道 的沿 空 留巷 ，不
仅可 以大大提高矿井的煤炭资源 回采率 ，降低 巷道掘进 率 ，
而且 可最 大程度地减缓 煤炭 开采 的覆 岩活动 及地 表下 沉与
变 形 程 度 ，促 进 生 态 矿 山建 设 ，实 现 矿 井 的可 持续 发技术
２ ． １ 充 填材料
充填开采兼沿 空留巷技术 的关键 就是充 填材料 的选取 ， 充填材料 的性 能决定 着充 填开 采及 沿空 留巷 的成 败 。超 高 水材料是 中国矿业 大学研制 的一种充 填材料 ，由 Ａ、Ｂ两 种 物料构成 ，具 有流 动 性 好 ，速 凝 早 强 的特 点 。其 中：Ａ
巷技术的研究 。
１ ０
２ ０ １ ３年第 １ １期
煤
炭
工
程
护 。运输 斜巷净宽 ３ ． ６ ｍ，用 于进风 、运 煤及存 放设 备 。回 风巷净 宽 ３ ． ６ ｍ，用于 回风及辅 助运 输。
的充填 体在不需 要借助 外力 的情况 下达 到 自稳 时 即可 进行
下一个循环 的割煤 、移架 。充 填体达 到 自稳 的条 件是 充填 体 自身的抗 压强度 大于其 自重 应力 。而 Ｃ ２ ４ ０ １工作 面选用 水体 积为 ９ ５ ％充填材料 ，拉架 时充填体 应达 到的抗 压强度 Ｐ计算 如下 ：混 合浆 液 的密度取 Ｐ＝１ １ ０ ０ ｋ ￣ｍ ，重力 加 速
煤矿井下超高水材料开放式充填开采技术的应用研究
0引言近些年来，国家提高了对环境保护的要求，各个煤炭企业大力进行可持续发展，钱鸣高院士等提出了煤炭资源的绿色开采技术这一概念，而绿色开采技术中十分重要的一环便是井下的充填开采作业[1]。
根据充填作业所使用的材料不同，可将充填开采工作分为分水砂、矸石和膏体充填等。
虽然这些技术在实际中均有所应用，但是伴随着的也有一些不足，主要包括以下几点：1）实施的步骤比较复杂，前期花费较多，系统的可靠性不高；2）填充采空区所用的材料主要为固体，在井下不方便运输，增大了井下人工消耗；3）对采空区填充较慢，且具有较高的劳动强度；4）会影响到井下工作面的回采作业，影响采煤工作效率；5）填充之后采空区不够密实；6）填充材料花费成本较高。
以上的不足制约了填充技术在采空区中的应用，所以，为避免这些不足，开发新型低成本、高性能的填充材料和适应性强的填充工艺显得十分重要。
1超高水材料充填工艺超高水材料作为一种新型的填充材料，其具有很高的水体积分数，可达到97%。
它包括A、B两种组成部分[2]，A部分由缓凝剂和铝土矿的燃烧产物复合而成，B部分则由CaSO4复合速凝剂制成，A和B 两部分的用量比例为1:1。
应注意调节水体积在95%~97%之间，根据各部分组成添加剂量的不同，可以制成不同抗压强度和初凝时间的超高水材料，以满足对材料的不同需要。
其中，初凝时间可调节的范围是480s~5400s，最终抗压强度可调节的范围是：0.7MPa~1.5MPa。
超高水材料的两个组成部分在不混合的情况下，可在1.3d~1.7d内不会凝固。
若两个部分混合接触，则会进行快速水化反应，并凝固成型。
本文设置水体积95%作为划分材料是否为超高水材料的分界线。
超高水材料水灰比可达12:1，而普通的则约为2:1，超高水材料用水量更大，极大地减少材料的用量，降低煤矿井下超高水材料开放式充填开采技术的应用研究杨国栋（西山煤电集团有限责任公司工程质量监督站，山西太原030053）摘要：本文在对超高水材料充填性能研究的基础上，进行了开放式充填方法研究。
超高水充填开采配比系统的研究
先存人粉料仓 ， 经粉料螺旋机输送到粉料秤 ， 同时加入 预定量 的外 加剂 Ａ Ａ料 ， 到系统设定 配 比量后 放人 达 搅拌机与水搅拌 ， 搅拌均匀放入防沉 淀池 ， 利用柱塞泵 把防沉淀池 的混合料 通过 高压管路输送 到充填面 ， 在 充填 面 Ａ混 合料 和 Ｂ混合料还 需要 经过 一次搅 拌才
制顶板 下沉． 充填体是一种不可逆的化学反应生成 的产物（ 钙矾石） 类似于石膏 的生成， 当于重新 生成一层岩层。 ， 相
关键词
超高水充填
配比系统 自 动化
文献 标 识码 Ｂ
中 图分 类 号 Ｔ ８ ３７ Ｄ ２ ．
超 高水材料充填开采技术是 田庄煤矿 与中国矿业 大学合作研发的一项高新技术。即在水 中添加超高水
材料 ， 配制成两种 以水为主要成分的、 具有高流动性 的
置等组成。两套生 产线 同步 运转 ， 在相 同时间 内制 出
等量混合料 ； 每条 生产线所 生产不 同的成 品混合料暂 储存在各 自的防沉 淀池里 ， 防沉淀池设有 液面信息反 馈装置 ， 并实现 与搅拌 设备 （ 搅拌 桶放料 阀） 闭锁 ， 使
取消人工计量和监测 。实施能源计量 与污水处理 系统 信息化管理 ， 为制定节能降耗、 大型设备削峰填谷运行 方案提供实时科学依据 ， 为能源 消耗 的考核 和污水 处 理 系统 的运行 管理提供 详实有力 的基础数据 ， 显著 降
低 矿 井 用 电成 本 。
２１年 期 ０１ 第４
能填 人 采 空 区。 ２ 主 要 技 术 性 能
①系统主菜单是 自动控制 系统人机界面的默认进 入页 面， 是进入各个其 他功能页面的窗 口， 它的主要的
功能就是根据用户的选 择进入各个功能模块 。
瑞丰煤业超高水材料充填技术研究与应用
基 本情 况 ，设计 了超 高水材料 混合 充填技 术 与 工艺 ， 系统地介 绍 了充填技 术装备 与组 成 ，成功地
实现 了工作 面运输 巷 沿空 留巷 。观 测 结果表 明 ，采 用 高水材 料 充填 技 术 ，可有 效避 免 地 面 沉降 ，
保 证 充填效 果 ， 实现煤 炭 资源 的最大 回收 。
ｓ ｓｅ ｔ ａｌ ｎｒ ｄ ｃ ｄ Ｔ ｅ ｇ ｔｗａ ｅ ａｎ ｄ ａｏ ｇ ｔ ｅ ｇ ａ ｆｔ ｅ ｔ ｎ ｐ ｒ ｔ ｎ ｇ ｔｗａ ｎ ｔｅ ｃ ａ ｎ ｎ ａ ｅ ｗａ ｙ ｔｍａｉ ｌ ｉｔｏ ｕ ｅ ． ｈ ａ ｅ ｙ ｒ ｔｉ ｅ ｌｎ ｈ ０ ｆｏ ｈ ｒ ｓ ｏｔ ｉ ａ ｅ ｙ ｉ ｈ ｏ ｍｉ ｉ ｇ ｆ ｃ ｓ ｃ ｙ ａ ａｏ ｌ ｓ ｃ ｅ ｓｕｌ ｅ ｌ ｅ ． Ｔ ｅ ｏ ｓ ｒ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｄ ｈ ｔ ｈ ｐ ｌ ａｉｎ ｆ ｈ ｌ ａ — ｈｇ ｔｒ ｍａｅ ａ ａ ｋ ｉ ｕ ｃ ｓ ｆ ｌ ｒ ａｉ ｄ ｙ ｚ ｈ ｂ ｅ ｖ ｔ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｅ ｔａ ｔ ｅ ａ ｐｉ ｔ ｏ ｔ ｅ ｕ ｔ ｏ ｓ ｃ ｏ ｒ ｉｈ ｗａｅ ｔｒ ｌ ｃ ｆ １ ｉ ｂ １ ｔｃ ｎ ｌｇ ｏ ｌ ｆｅ ｔ ｅｙ ａ ｏｄ ｔ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｇ ｏ ｎ ｕ ｓｄ ｎ ｅ，ｅ ｓ ｒ ｈ ａ ｋ ｌ ｅｆ ｃ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ ｍａ ｅ ｏ ｅ ｙ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｃ ｕ ｄ ｅｆｃ ｉ ｌ ｖ ｉ ｈ ｕ ｆ ｃ ｒ ｕ ｄ ｓ ｂ ｉｅ ｃ ｖ ｎ ｕ ｅ ｔ ｅｂ ｃ ｌ ｆ ｔ ｄ ｒａ ｉ ｈ ｘ ｒ ｃ ｖ ｒ ｉ ｆ ｅ ａ ｚ ｆ ｔ ｅ ｃ ａ ｅ ｏ ｒ ｅ ． ｈ ｏ ｒｓｕｃ ｓ ｌ
煤
炭
超高水充填材料在采矿工程中的应用
超高水充填材料在采矿工程中的应用摘要：经济高速发展背景下，采矿工程数量持续性增多，其开采作业实施过程中，为从本质层面解决工作面过空巷等瓶颈，对超高水材料充填开采技术、预充空巷开采技术及注浆防灭火技术展开分析研究。
本文主要阐述超高水充填材料自身特征，从三个层次分析超高水材料应用于采矿工程中，为后续同类工程实施提供保证。
关键词：超高水充填材料；采矿工程；应用矿产作为一类基础不可再生资源，其实际开采过程中，由于“三下”压煤问题、工作面过空巷问题等，均阻碍煤炭开采良好发展。
尤其针对可开采资源匮乏的老矿井而言，此类问题更为严峻，超高水充填材料是近年来研究新型材料，此种材料于2008年初次被试验应用，获取良好的成效，逐步面向其他矿井开采应用中。
为进一步提高该材料应用有效性，需积极掌握其自身特征，良好应用于采矿工程中，提高采矿工作可靠性，促进采矿企业良好发展。
一、超高水充填材料特征分析超高水材料主要是由A、B两大模块分别按照一定比重，配水形成的单浆组合形成，其中A模块中核心构成是以铝土矿为核心材料烧制形成复合超缓凝剂，B模块是将石膏等材料与复合速凝剂配比形成。
2种单浆液体使用过程中，按照其体积1:1配置，二者混合形成的浆液处于一定时间周期内，便可形成一定强度的填充体。
此种材料配置过程十分简易，对人员及设备均无毒无害，水体积分数可高达95%-97%；2种浆液混合之后可处于8-30min进行初凝，固结体7d自身强度可高达最终强度的60%-90%，最终强度最大限值可高达1.65MPa，最小限值为0.66MPa。
此种材料自身凝结时间、固体抗压强度主要以工程实际需求确定；单浆液自身处于流动性较高条件下，可维持30-40h，适用于利用长管道输送；二者混合形成的浆液其自身稠度较低，具有较强的流动性；固结体处于一定压力作用下，其体积应变数值较小，同时受三个方向力作用下具有良好的不可压缩性。
超高水材料实际固结养护时间与抗压强度存在一定的关联性，一般不超过200h之前，其自身抗压强度上升坡度十分凸显，表明该时间段其强度波动较大，随着后续时间推移，其强度基本处于水平线，波动较小。
中厚煤层综采面超高水材料充填开采技术分析
中厚煤层综采面超高水材料充填开采技术分析本文从超高水材料的特性介绍入手，对超高水材料充填开采技术的作用机理进行分析，并对该技术在中厚煤层综采作业面的应用进行深入研究。
结果表明，该技术不但能提高作业效率，而且还能确保生产安全。
标签：综采作业面；超高水材料；充填开采1 超高水材料充填开采技术分析1.1 超高水材料简介超高水材料是煤矿采空区充填过程中较为常用的材料之一，一般都是由两种主料与少量的速凝剂和缓凝剂组成。
当水体积在95-97%这一区间浮动时，其固结体的抗压强度能够按照外加剂的不同，按需调节初凝时间，范围一般可控制在8-90min之间，其28d的强度能够达到0.66-1.5MPa，两种主料浆液均可以维持在30-40min左右不凝固。
固结体7h的抗压强度能够达到最终强度的60%-90%。
由于超高水材料的水体积均大于95%，故此其水灰比要比普通高水材料大很多，约为11：1。
1.2 材料特性超高水充填材料具有如下特性：1.2.1 初凝快。
超高水充填材料在不同水灰比的条件下，其初凝时间均不超过20min，并且早期抗压强度增长速度较快，24h左右基本能够达到最高强度的50%。
1.2.2 形变性。
当超高水充填材料固结体受到压力荷载作用后，体积应变相对较小，约为0.00073-0.003之间。
换言之，固结后的超高水充填材料具有不可压缩性，这一特性使其非常适用于煤层充填开采。
1.2.3 再胶结性。
超高水充填材料压裂后，28d再胶结强度能够达到未压裂之前强度的90%以上，这表明，材料本身具有压裂后再胶结的性能，该性能可以调节充填体上部覆盖岩体的稳定性。
1.2.4 恒阻性。
通常情况下，超高水充填材料固结体当中所含的主要为游离水。
使得充填材料在受压破坏之后，仍具备重新结晶的能力，使其具有了良好的恒阻特性。
1.2.5 热稳定性。
超高水材料耐火性的强弱主要取决于材料当中的水含量多少，即水含量越高，耐火性差，水含量较低时，耐火性较高。
超高水材料充填技术简介PPT课件
混合式充填示意图一（间隔未充填时）
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3 超高水材料采空区充填方法
（3）采空区混合式充填法
5 Ａ B
L2
L1
2
6
7
31 2
5α
A--A Ａ
31
6
5
B
6
1
5 2
α
B--B
3 4
1-采煤机;2-刮板输送机;3-液压支架 4-转载机;5-袋式充填体;6--充填体
混合式充填示意图二（间隔充填后）
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4 超高水材料充填工艺系统 超高水材料充填工艺系统特点 （12）充填工泵艺站系建统立
超高水材料井下充填系统的建立
（1）井下充填系统构成
井下充填系统 浆体制备系统
材料存放 连续制Hale Waihona Puke 系统浆体制备 半连续制浆系统
浆体输送 浆体混合
井下制浆系统由A料与B料两个制备子系统组成。各子 系统均分别有给料、水与粉料计量、搅拌、浆体缓存等部分 组成。使用时，多个搅拌器交替工作。见下图。
14
4 超高水材料充填工艺系统
20
5 开采工程实践
充填试验面基本情况
（3）试验面生产技术状况
试验面北以七采
回风下山煤柱线为界， 西距F10断层20m， 东距12701工作面副 巷10m。工作面走向 长50m，倾向长 245m，可采长度 220m。工作面标高介 于-140～-190m之间。
Ⅶ 12701 2009 上 Ⅴ 05 Ⅳ 面
7
2 超高水材料简介 超高水材料固结体显微结构
钙矾石纤细化网状结构
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3 超高水材料采空区充填方法
超高水材料采空区充填方法
（1）采空区开放式充填方法
高水充填材料的研究与应用
高水充填材料的研究与应用
高水充填材料是指一类能够吸收大量水分并且在饱和状态下保持结构稳定的材料。
这些材料通常是多孔的，可以将水分吸附到材料内部的微孔和介孔中，从而实现高水充填效果。
这种材料具有许多独特的性质和潜在的应用价值。
下面介绍高水充填材料的研究和应用：
1.研究方向
目前高水充填材料的研究方向主要包括以下几个方面：
（1）材料制备方法的优化研究：包括化学法、物理法、生物法等多种制备方法的比较研究，旨在寻找制备高水充填材料的最优化方法。
（2）材料结构与性能的关系研究：通过分析材料的微观结构和化学成分，探究其高水充填性能的机理和影响因素。
（3）材料在不同应用领域中的应用研究：涉及到环境治理、能源利用、建筑材料等多个领域的应用研究。
2.应用领域
高水充填材料具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：
（1）环境治理领域：用于废水、废气的吸附和处理，例如用于污水处理、水处理、空气净化等。
（2）能源利用领域：用于能量储存和转换，例如用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池等。
（3）建筑材料领域：用于隔音、保温、吸声等方面，例如用于室内装修材料、隔音材料、保温材料等。
（4）医学领域：用于生物医学材料，例如用于人工器官、组织工程、药物缓释等。
总之，高水充填材料的研究和应用具有广泛的前景，可以为环境治理、能源利用、建筑材料等多个领域提供新的解决方案。
超高水充填材料在采矿工程中的应用
44随着我国社会经济的快速增长，对能源需求日益提升，再加之我国独特的能源储量结构，使得矿业工程在我国能源消耗中占据着主导地位。
但是，由于我国采矿工程长期沿袭传统的开采方式，不注重生态环保以及资源可持续发展，在资源开采持续增长的背景下，进而衍生出一系列的问题，导致采矿工程安全事故频发。
但是随着超高水填充材料的产生，凭借着自身所具有的诸多优势和特点，迅速在采矿工程中广泛应用，并投入到实际生产中，对缓解上述问题具有积极作用。
1 超高水充填材料在采空区的应用在采矿工程中，充填工艺能够切实缓解开采对地面造成的凹陷危害，有利于减轻因开采对井下港道与工作面的影响，有利于推动采矿工程安全开展，促进港道维护、通风工作的有序管理，同时对于采矿工程对环境造成的危害也有一定的缓解功效，能够促进绿色开采的实现[1]。
在采矿工程中传统的充填材料有沙石、碎石以及工业废渣等，填充方式主要采取水力输送，通过充填管路将充填材料送入到采空区。
但是由于在选择水力输送时所需要消耗的充填材料数量较大，人为操作工序复杂，在进行充填材料输送时易发生充填管路堵塞，进而导致维修和输送成本增加，因此不利于广泛使用。
而超高水填充材料颗粒较小，浆液流动性能好，工艺简单，操作不复杂，同时超高水填充材料用料少，成本低，凝固周期短，因此在采矿工程采空区充填材料的运输中应用效果好，尤其是在仰采情况下，使用超高水充填材料时能够采取开放式的充填工艺，能够切实提高采场的工作效率与生产量，降低采矿对生态环境的污染与破坏。
2 超高水充填材料在预充空巷开采技术中的应用在采矿工程空巷中使用超高水充填材料将其填充满后，能够最大限度恢复到原岩状态，空巷原本的工作面就变成了由超高水充填材料进行替代，这样就不必在花时间和精力去维护空巷，同时空巷与工作面之间的煤柱也不会再出现脱落、垮塌的现象，其承载力依旧保持在较高的范围内。
在采矿工程中，工作面经过空巷时，采矿机能够对充填体进行直接切割，这主要是由于超高水充填材料其变形性能好，承载能力强。
高水充填材料的制备技术研究
高水充填材料的技术研究我国煤矿开采普遍采用自然垮落法管理顶板、处理采空区，已造成严重的环境问题，地表塌陷、建筑物压煤、地下水资源破坏、煤矸石环境污染等问题尤为突出。
为适应可持续发展的要求，2003年，钱鸣高院士依据循环经济的思想，提出了“绿色开采”技术的概念，其基本内涵是防止或尽可能减轻煤炭开采对环境和其它资源的造成的不良影响，其目标是取得最佳的经济效益和社会效益，其中的主要内容就包括充填开采技术。
一、国内煤矿充填开采研究进展矿山充填有数百年的历史，但有计划的充填并作为一种技术发展在国外有近60年的历史，国内则是近40年的事，而且主要在金属矿发展的比较快和成熟。
金属矿山充填经历了干式充填、水砂充填、胶结充填和全尾砂胶结充填等四个发展阶段，国内煤矿的充填开采是在金属矿山充填开采的基础上发展而来的，分为膏体充填开采和高水充填开采。
1、膏体充填开采国内投入较大，采用充填技术较早的是太平煤矿。
该矿从2003年开始先后投入6000多万元，料浆制备和输送采用德国技术，以泗河河砂、电厂粉煤灰加专用胶结料和水配制成膏状料浆，泵送至井下充填空区。
新矿集团的孙村煤矿则以破碎的陶化煤矸石经过粗碎和细碎后的新鲜煤矸石为主料，添加粉煤灰和早强剂配制成似膏体料浆，通过自流方式进行充填。
河北邢台矿也进行了膏体充填的试验研究，充填主料为粉煤灰。
该矿进行的另一项试验研究是半饱和矸石与粉煤灰充填。
方法是将矸石与粉煤灰以适当的比例混合后，通过投料系统、井下运输系统运至采煤工作面，再通过充填机充填到采空区，由捣实机进行捣实，达到解放建筑物下压煤并控制覆岩运动及地表沉陷的目的。
从充填技术看，国内煤矿与金属矿有着显著的不同。
一是大多选用膏体或似膏体充填，二是充填主料主要是煤矸石和粉煤灰。
原因可能在于：一是膏体或似膏体充填在金属矿的应用比较成熟，二是煤矿充填区的挡墙制做和密封困难，膏体或似膏体充填的防渗堵漏压力小，一般的编织袋挡墙即可满足要求；三是煤矿没有金属矿的尾矿，但煤矸石排放量大，粉煤灰的资源不难获得。
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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。
在井下潮湿环境中采取一定措施后可方便使用,尤其适合于井下密闭大空间的充填。
对超高水材料固结体进行电镜分析表明,其主要成分为钙矾石。
超高水材料的钙矾石结构为纤细的丝网状结构,同时伴有铝胶及其它凝胶类物质。
同时发现,当水体积大于95%时,钙矾石结构以纤细的丝网状结构占绝对优势,反之材料的钙矾石向粗大的针状结构过渡。
因此,以95%的水体积作为区分高水与超高水材料的界限为宜。
对超高水材料浆体的流变性进行了研究,结果表明:其A、B料浆的粘度较小,与水的粘度相仿,可视为牛顿流体,而混合浆液则属振凝时变性非牛顿流体。
但材料在混合后的初始阶段粘度发展较慢,当达到其凝结时间的约2/3时,粘度开始较快上升,并在接近凝结时间时,出现突变性拐点。
出现拐点时的各浆体表观粘度值随凝结时间的减少呈降低趋势。
研究还结合流体流动基本方程及一些经验模型,对材料的流体力学性能如材料的不淤临界流速进行了研究。
发现浆体的表观粘度、所含固体物料的颗粒组成、制成浆体的浓度等因素均会对材料的流体力学性能产生影响。
公称直径在100~200mm的常规无缝钢管,用来输送超高水材料时,可输送速度以不小于2m/s为宜。
研制的超高水材料用于现场采空区充填时有以下特点:(1)水含量特别高,可通过管路混合后对采空区进行灌注式充填,充填工艺十分简单;(2)超高水充填用水可采用矿井水,可减少大量排水费用,同时减少排水对地面的污染。
通过对超高水充填材料性能及充填开采方法进行详细研究后发现,适宜于超高水材料的充填方法有多种,具代表性的有开放式充填、袋式充填、混合式充填、分段阻隔式充填等。
这些方法可根据现场开采工艺进行选择,其中开放式充填具有系统简单,无须架设充填袋的优点,但袋式充填方法适应性较强。
根据超高水材料特点及采空区充填要求,研制出半连续式制浆充填工艺系统。
该系统由4个子系统组成。
在使用时,多个搅拌器交替工作,使料浆供给呈连续状态,保证采空区充填连续不间断进行。
本文的研究成果已成功在田庄矿薄煤层与陶一矿厚煤层两个不同条件下的采空区进行了实际应用。
作者在对前者煤层地质条件进行详细分析后,借助数值模拟对试验工作面上覆岩层可能出现的变形情况进行了分析,提出合理充填开采方案,对后者则对在采空区充填后的上覆岩层活动状态进行了计算机模拟研究,得出了指导性结论。
目前陶一煤矿已经成功完成两个充填开采工作面,第三个工作面的充填工作正在进行,现已采出煤炭十几万吨,累计创经济效益近七千万元。
田庄煤矿充填开采已经取得可喜成果,工作面推进达120余米,工作面充填工作进展顺利,充填效果良好,已取得超千万元的经济效益。
为考察充填体实验效果,还对陶一、田庄二
煤矿工作面充填后的地表沉陷情况进行了观测研究。
截止到目前,充填工作面对应地表未受任何影响,初步表明超高水材料充填开采具有明显的经济效益、社会及环境效益。