矿山充填工艺技术的发展及似膏体充填新技术
似膏体充填工艺技术
似膏体充填工艺技术
嘿，朋友！今天咱们来聊聊似膏体充填工艺技术。
这可是个相当厉
害的家伙，能解决不少大问题呢！
你知道矿山开采吗？那场面，就像在大地的肚子里掏宝贝。
可掏完了，肚子里就空啦，要是不管不顾，那可就麻烦大了。
这时候，似膏
体充填工艺技术就像个超级英雄闪亮登场！
这似膏体充填啊，就好比给掏空的地方打补丁。
但这个补丁可不是
随便打的，那得有讲究。
它得像做蛋糕的面糊一样，既不能太稀，不
然撑不住；也不能太稠，不然流不动。
你想想，要是这“面糊”没调好，该多糟糕！就像盖房子水泥没弄好，房子能结实吗？似膏体充填工艺里的材料配比，那可是关键中的关键。
而且啊，这充填的过程也不简单。
得有专门的设备，把调好的“面糊”准确地送到该去的地方。
这就好像快递小哥送包裹，得准时准点，
还不能送错地方。
这技术还有个妙处，能把那些本来没啥用的废料利用起来。
比如说
矿山开采剩下的废渣，通过这技术，就能变废为宝，重新发挥作用。
这不就跟丑小鸭变成白天鹅一样神奇吗？
还有啊，似膏体充填后，能减少地面下沉，保护咱们的家园。
要是地面老下沉，房子不得歪歪扭扭，道路不得坑坑洼洼？这技术就像是大地的保护神，守护着咱们生活的安稳。
你说，这似膏体充填工艺技术是不是很牛？它既能解决矿山开采后的空洞问题，又能环保利用废料，还能保护咱们的大地不受伤。
这么好的技术，咱们可得好好研究，多多推广，让它发挥更大的作用，为咱们的生活带来更多的好处！
总之，似膏体充填工艺技术是个了不起的宝贝，咱们得重视它，让它为咱们的未来创造更多的可能！。
矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究
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充填理论
充填Байду номын сангаас论
矿山地下采空区是指矿体开采后留下的空间区域。由于采空区的存在，会导 致岩体不稳定，甚至引发地面塌陷等地质灾害。因此，采空区的充填处理显得尤 为重要。充填理论主要研究充填材料的性质、充填材料的配比以及充填工艺等。
充填技术
1、膏体充填技术
1、膏体充填技术
膏体充填技术是一种以尾砂、废石等工业废料为主要原料，通过搅拌、混合 等工艺制成的膏状充填材料，将其注入到矿山地下采空区进行充填。该技术具有 适应性强、成本低、效果显著等优点，是治理矿山地下采空区的有效手段。
1、实验材料：收集铅锌尾矿和铅锌冶金渣，并进行破碎、磨细处理，以便进 行后续实验。
2、实验过程：将破碎、磨细后的铅锌尾矿和铅锌冶金渣按照一定比例混合， 加入适量的水搅拌均匀，然后倒入模具中成型，最后进行养护。
四、实验方法与流程
3、实验测试：对养护好的充填材料进行物理、化学和力学性能测试，包括密 度、吸水性、抗压强度、抗折强度等指标。同时，利用扫描电子显微镜（SEM） 对材料的微观结构进行观察和分析。
4、开发智能监控系统，实现对膏体充填过程的全过程监控和控制。利用传感 器、监测仪等设备，实时监测充填材料的物理和化学性质以及充填体的固化过程， 确保充填效果达到预期要求。
结论
结论
本次演示对矿山地下采空区膏体充填理论与技术进行了详细探讨，分析了充 填材料的配比、充填工艺及充填体的稳定性等问题。指出了现有技术的不足和研 究创新的思路。通过技术创新，可以有效提高矿山地下采空区膏体充填技术的效 果和降低成本，
矿山地下采空区膏体充填理论 与技术研究
01 引言
03 充填技术
目录
02 充填理论 04 研究现状
【精品】矿山充填技术
矿山充填技术进入工业社会以来，人类对能源的需求日益增大。
矿山中蕴含着大量能源物质，特别是煤炭，我国未来的发展对其的依赖还很巨大。
矿山开采在带来矿产资源的同时，也是诱发地质灾害和污染环境的直接因素。
其中最为突出的就是地表沉陷。
矿山充填是治理开采沉陷的有效手段，国内外学者对其进行了大量研究，提出了许多行之有效的方法。
自20世纪50年代以来，我国矿山充填技术的发展大致经历了四个阶段：50年代为废石干式充填的全盛时期；60年代发展应用分级尾砂水力充填、碎石水力充填和混凝土胶结充填；70～80年代广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填技术；90年代全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新技术，促进了我国采矿技术的进步和采矿工业的发展。
进入21世纪，矿山开采将转向深部矿体、“三下矿体”以及其它复杂难采矿体。
地压控制问题将日益突出，并成为深部高效、安全作业的主要障碍。
胶结充填是深部及复杂应力环境下地压控制的有效途径之一，因此，充填采矿法和充填工艺技术越来越受到人们的重视，且在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新与进步。
一方面通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识，研究开发来源广泛、成本低廉、便于制浆和输送、充填体强度高的新型充填材料；另一方面，通过对充填体力学作用机理的探讨，结合采矿作业要求，研究新的充填工艺和方式。
在此基础上，结合现代矿山充填技术发展的趋势，逐渐形成了似膏体充填新思想，研究了一种新的充填技术—似膏体充填新技术。
1矿山充填技术的应用概况目前在中国应用的充填工艺主要有分级尾砂充填、全尾砂胶结充填、废石胶结充填、膏体泵送胶结充填、磨砂胶结充填、赤泥胶结充填、高水固化胶结充填、少量的天然砂胶结充填和干式充填。
1.1分级尾砂充填分级尾砂充填工艺是我国应用最为广泛的充填工艺，绝大部分充填矿山均建有分级尾砂充填系统，包括分级尾砂胶结充填和非胶结充填。
最热门！矿山充填采矿技术工艺、设备和发展
最热门！矿山充填采矿技术工艺、设备和发展随着深入建设绿色矿山的同时，我国也面临着技术层面更加严峻的考验。
国家已出台多个政策，鼓励和引导矿山充填技术采矿发展和应用。
但伴随经济发展，我国已探明的优质矿产资源接近枯竭，原材料总量供应短缺，复杂低品位矿石资源或二次资源将逐步成为主体原料，对传统的地质、采矿、选矿、冶金、材料、加工、环境等科学技术提出了巨大挑战；同时，不少矿业企业开采深度增大，深部矿床开发固有的高应力、高地压、高地温等特点逐渐显露。
•矿山采矿使用的胶结充填采矿技术、工艺及设备（1）胶结充填采矿法由于在确保安全的情况下兼具环境保护和提高矿石回收率的双重功效，充填工艺涉及矿山安全与经济效益，因此引起国内外采矿界的广泛关注，在有色、黄金等矿山得到越来越广泛的应用，取得了不少研究成果。
胶结充填的主要难题是充填成本过高，胶结充填材料成本中，水泥费用占将近60%-80%，因此降低胶结充填成本的一个重要途径就是寻找水泥替代品，以降低水泥消耗。
国内外的研究及应用实践表明，冶炼厂水淬炉渣、火力发电厂粉煤灰、铝厂赤泥，都是性能良好的水泥替代品。
尤其是粉煤灰，除了可部分替代水泥降低充填成本外，还可以改善浆体流动性能、提高浆体悬浮性，因此应用更为广泛。
（2）通过高水速凝全尾砂胶结充填新工艺试验，采用高水速凝材料，与全尾砂浆混合制成质量浓度30%-70%的充填料浆，充入采场后，不需脱水，8h即可上设备作业。
尽管所使用的高铝型高水速凝材料还存在不足之处，但该材料基本解决了尾砂分级脱泥、井下脱排水、采场接顶等技术难题，为更好利用全尾砂充填开辟了一个全新的领域，也为研制材料来源广泛、成本较低、性能更好的新型高水速凝材料奠定了基础。
（3）块石胶结充填新工艺已得到推广应用。
该工艺即井下掘进废石不出窿，直接充入采空区或采场，废石与水泥砂浆交替下料，自然混合构筑块石胶结充填体，由于块石与砂浆分开输送，利用砂浆的穿透性固结块石，无需搅拌，其充填体强度接近于混凝土胶结充填强度，与混凝土胶结充填相比，充填效率提高，工艺更为简单，工人劳动强度大大降低，取得了良好的技术经济效果。
煤矿充填开采技术及其发展
煤矿充填开采技术及其发展充填开采技术是现如今煤炭开采的重要方式之一，使用这一技术能够有效解决采空区沉陷所产生的生态环境这方面的问题，促进了煤炭开采的可持续发展。
本文主要分析现如今我国常用的三种充填开采技术以及未来我国煤矿充填开采技术的发展情况。
标签：煤矿；充填开采；发展现如今我国工业化发展的步伐变得越来越快，我国煤炭开采的速度也变得越来越快，所开采的煤炭规模也越来越高，在这一过程中也出现了一系列问题，例如所带来了环境污染方面的问题，还有生态方面带来的问题等等。
为了有效解决这一系列问题，我国现如今已经将以充填开采为主要理念的采煤技术作为我国煤炭开采的指导理念。
1 现如今我国主要的充填开采方式1.1 干式充填开采技术在所有的开采技术之中发展历史最长的就是干式充填开采技术，这一充填开采技术发展的已经比较成熟，在这之中应用最广泛的就是以矸石充填。
矸石充填开采技术有效解决了因为煤炭开采所引起的地面沉降等一系列问题，而且用这一技术来开采煤矿也解决了因为煤矸石的积压而造成的环境污染这方面的问题，还有就是使用这一技术煤炭开采的效率将会大大提高。
利用这一技术进行煤炭开采所用的原料主要源自于井下煤炭开采或者是巷道掘进过程中所产生的掘进矸石，再者来源于地面堆积的原有矸石。
这两类矸石将会经过井下矸石输送系统到采空面，然后再经由专门的机械化煤矸石充填液压支架进行传送和压实。
干式充填的原料还有黄土、砂石等，在一些黄土资源比较丰富的地区就可以用黄土充填方式进行充填开采，但在之前一定要进行试验将有效地充填量算好，这一技术原理和矸石充填一样。
1.2 膏体充填采煤技术膏体充填采煤方法就是在煤矿地面的配料系统之中将煤矸石、粉煤灰、风积砂、工业炉渣或者是一些劣质土等进行加工，将其加工成不需要脱水的处理的膏体浆液，之后再运用充填泵输送管路到井下，最后使胶结充入到采空区之中。
膏体和传统的水砂、矸石等材料不同，在膏体中除了加入矸石、粉煤或者是固体垃圾之外，还加入了水泥或者是其他材料当作凝胶剂。
基于膏体技术的矿山尾矿充填-会泽铅锌矿膏体充填工程及创新
料位计
搅拌槽 料位计
溢流水91-189
料位计
电动阀
水泥仓 300
尾砂管 冲洗水管 浓密尾砂管
胶带机
料位计
水淬渣仓 750
圆盘给料机
电子皮带秤
振动筛
深锥浓密机 循环管线
循环管线
砂泵
双轴叶片搅拌机
供水阀
双螺旋搅拌机 料位计
料位计 换向阀
充填管
泵 60
1#钻孔
2#钻孔
进事故池 1751中段
料位计 泵
60
会泽矿山膏体充填实施工艺流程
➢ 坑内排水、排泥费用节省100万元/年 ➢ 固体废物堆贮投资及堆贮成本节省1237万元/年 ➢ 采、选直接成本降低（降低采矿贫化率）423万元/年 ➢ 间接利润（提高矿石回收率）增加3494万元/年 ➢ 直接成本增加（膏体充填与水砂充填比）1650万元/年 ➢ 综合经济效益：3604万元/年
➢ 尾矿、水淬炉渣、采掘废石利用率100%（无尾矿排堆而无须占用土地建设尾矿 库），膏体充填并逐渐消耗历史堆贮尾矿。
➢ 提高资源利用率，确保开采安全和环境保护； ➢ 实现尾矿、炉渣、废石等固体废物的资源化与综合利用，建设无尾矿库矿山； ➢ 通过固体废物的综合利用，解决矿山既有尾矿库、炉渣堆场的安全与环保问题和采矿
安全生产问题。
➢ 尾矿独特性－白云质岩石尾矿，浓密和活化搅拌性能较差，难活化，易板结； ➢ 工程特殊性－深井（开采深度﹥1600m）、长距离（输送距离﹥5000m）； ➢ 集料复杂性－全尾砂、干粗尾砂、冶炼炉渣、采掘废石等多集料； ➢ 复杂的采矿环境及高强度的采矿效率-对膏体凝固时间及性能要求较高。
电动阀 料位计
2053中段 泵
60
浓密系统 尾矿浆脱水浓缩系统由进料系统、深度圆锥形浓密机系统、絮凝剂系统、
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：随着采矿工程充填技术的不断发展，它在煤矿、金属矿山和土砂矿山等领域的应用日益广泛。
本文介绍了充填技术的概念和背景，并详细探讨了其在各个采矿工程中的应用。
同时，着重分析了充填技术在环境保护和可持续发展方面的作用，并讨论了其未来发展趋势和研究重点。
总之，采矿工程充填技术对资源开发具有重要意义，值得深入研究和应用。
关键词：采矿工程；充填技术；应用；发展引言采矿工程充填技术作为一项重要的安全和环保措施，在矿山开采中扮演着关键角色。
充填技术利用矿石废弃物和其他材料填充矿井和开采空洞，以增加地下空间的稳定性和助力资源回收。
本文旨在探讨采矿工程充填技术的应用情况和发展趋势。
首先将介绍充填技术的概念和背景，随后分析其在煤矿、金属矿山和土砂矿山中的具体应用方面。
此外，还重点讨论了充填技术在环境保护和可持续发展方面的作用，并展望未来的发展方向。
深入了解充填技术的应用和发展对于优化采矿工程、提高安全性和减少环境影响具有重要意义。
1.介绍采矿工程充填技术的概念和背景采矿工程充填技术是指在矿井和开采空洞中利用矿石废弃物、水泥、粉煤灰等材料进行填充，以增加地下空间的稳定性和保护环境。
充填技术最初出现于20世纪初，旨在解决矿山安全和环境问题。
随着矿山深度和开采规模的增加，传统的支护和回填方法已经无法满足需求，而充填技术因其稳定性、资源回收和环境保护等优势逐渐受到重视。
目前，充填技术在煤矿、金属矿山和土砂矿山等各个领域得到广泛应用，并不断推动着矿山工程的发展和改进。
未来，随着科学技术的不断进步，采矿工程充填技术将朝着更高效、可持续和环保的方向发展。
2.采矿工程充填技术的应用领域2.1煤矿采矿充填技术的应用煤矿采矿充填技术是指在煤矿开采过程中利用煤矸石、尾矿等废弃物填充矿井和开采空洞，以增加矿山空间的稳定性和提高采煤率。
该技术不仅能有效解决煤矿地面沉陷、安全问题，还能最大限度地回收利用废弃物资源，保护环境。
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2.身份证号：******************摘要：近几年，我国采矿工程不断扩大，充填技术的理论和实践被广泛应用，尤其是随着胶结充填技术的不断改进，提升了充填技术在采矿工程中的地位。
在采矿过程中，主要利用的还是水力和胶结作为充填技术，可以提高矿产的采矿率，促进采矿工程的总体效率以及安全性，提高采矿企业的经济效益，推动采矿工程的快速发展。
这些填充技术能够适用各种煤矿环境，更好的处理采矿工程中所遇到的问题，在我国采矿工程中起着非常重要的作用。
此外，采矿工程中充填技术的应用与发展，在很大程度上提升了采矿企业的经济效益，促进了采矿技术的发展。
本文主要阐述了充填技术在采矿工程中的应用和发展，并且针对问题，提出合理的解决措施。
关键词：采矿工程；充填技术；应用与发展随着我国科学技术的不断创新，传统的采矿技术已经不能现代化社会的发展趋势，不能顺应新形势下的社会发展要求。
面对这样的局面，就要利用采矿充填技术，具备高回采率，安全性能高和环保的特点，采矿充填技术的关键是充填，主要选择砂砾，煤灰渣，碎石以及石块等物质，对在地下采矿过程中挖出来的空区进行充填。
研究数据表明，与传统采矿技术相比，充填技术略显胜出，充填技术可以有效的加强采煤区地层的稳定性，以免发生倒塌。
还可以提升矿产资源的回收率，提高企业的发展能力，废石是填充材料的关键，其经济性较好。
1采矿工程中采用的填充技术充填技术是对采矿工程采空区用碎石，砂子等材料进行填充，从而达到支撑的效果，以免围岩跨落和变形。
如今的充填技术，应用比较多的方法有水力充填法，胶结充填法以及膏体充填法。
1.1水力充填法水力充填法是一种应用最早的充填技术，目前这项技术已经成为“三下”煤层，特厚煤层开采的关键顶板管理技术。
水力充填法的原理是把固体物料作为浆体或膏体，在通过远距离进行传送，其特点就是成本低，传送效率高，并且不会受到季节和地势的影响。
如今我国也已经研究成功了高浓度浆料管道直流输送工艺。
矿山充填技术回顾、现状及发展
90 Day
Pulp Density
Binder content
A1
0.40
0.98
1.71
3.17
73%
3%
A2
1.66
2.06
3.93
5.03
75%
5%
B
0.42
0.67
1.40
2.75
73%
3%
Existing Technology
Total tailing 0.34
0.74
1.16
-
75%
3%
Note: Total tailing backfill is the state of art technology in mining backfill.
三、本课题组目前矿山充填技术进展现状 凝泰克充填技术—凝泰克A(一种高膨胀性新型高水材料)
技术特点：
凝泰克A使用工艺示意图
➢ 料水比可高达2-10倍；
矿山充填技术回顾、现状及发展
孙恒虎 教授 清华大学建筑设计研究院 University of the Pacific, USA
2013年5月27日
1
汇报提纲
充填技术与绿色开采感想 本课题组矿山充填技术研发工作的回顾 ➢ 高水速凝材料充填技术 ➢ 全尾砂固结充填技术 ➢ 凝石似膏体充填技术 本课题组目前矿山充填技术进展现状 结语与展望
放上清晰照片
Backfill Material Development
A
Ground fly ash+Coarse fly ash
B
Ground fly ash+ Coal refuse
Aggregate Activated material
矿山充填技术
矿山充填技术进入工业社会以来，人类对能源的需求日益增大。
矿山中蕴含着大量能源物质，特别是煤炭，我国未来的发展对其的依赖还很巨大。
矿山开采在带来矿产资源的同时，也是诱发地质灾害和污染环境的直接因素。
其中最为突出的就是地表沉陷。
矿山充填是治理开采沉陷的有效手段，国内外学者对其进行了大量研究，提出了许多行之有效的方法。
自20世纪50年代以来，我国矿山充填技术的发展大致经历了四个阶段：50年代为废石干式充填的全盛时期；60年代发展应用分级尾砂水力充填、碎石水力充填和混凝土胶结充填；70～80年代广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填技术；90年代全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新技术，促进了我国采矿技术的进步和采矿工业的发展。
进入21世纪，矿山开采将转向深部矿体、“三下矿体”以及其它复杂难采矿体。
地压控制问题将日益突出，并成为深部高效、安全作业的主要障碍。
胶结充填是深部及复杂应力环境下地压控制的有效途径之一，因此，充填采矿法和充填工艺技术越来越受到人们的重视，且在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新与进步。
一方面通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识，研究开发来源广泛、成本低廉、便于制浆和输送、充填体强度高的新型充填材料；另一方面，通过对充填体力学作用机理的探讨，结合采矿作业要求，研究新的充填工艺和方式。
在此基础上，结合现代矿山充填技术发展的趋势，逐渐形成了似膏体充填新思想，研究了一种新的充填技术—似膏体充填新技术。
1矿山充填技术的应用概况目前在中国应用的充填工艺主要有分级尾砂充填、全尾砂胶结充填、废石胶结充填、膏体泵送胶结充填、磨砂胶结充填、赤泥胶结充填、高水固化胶结充填、少量的天然砂胶结充填和干式充填。
1.1分级尾砂充填分级尾砂充填工艺是我国应用最为广泛的充填工艺，绝大部分充填矿山均建有分级尾砂充填系统，包括分级尾砂胶结充填和非胶结充填。
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。
我国煤矿充填开采技术的现状与发展趋势
我国煤矿充填开采技术的现状与发展趋势近年来，随着我国经济水平的不断提高，我国的煤矿事业在不断发展。
在煤矿行业中，越来越多的重视环保，将可持续发展理念和环保理念作为主要发展理念。
首先对目前我国煤矿中常用的开采技术进行研究分析，并对我国煤矿充填开采技术的应用现状进行探讨，最后对煤矿充填开采技术的发展趋势进行展望。
标签：煤矿充填开采；技术特点；现状；发展趋势长期进行地下开采易导致出现岩层破坏、地表沉陷以及岩层移动的现象，并给道路、水体、建筑物、水工工程、农田以及管路等带来破坏，严重影响生态环境。
近年来，虽然采矿方法种类越来越多，但随着人们环保意识的不断增强，越来越注重资源的合理开发，人们对采矿方法提出了越来越高的要求。
充填采矿法以其自身具备的贫化率低以及回收率高的优点，在煤矿的开采中得到越来越广泛的应用。
以下对其技术发展现状进行分析，并展望其未来发展趋势。
1 目前我国煤矿充填开采技术的发展现状1.1 水砂充填长壁法对充填开采法应用的范围进行分析了解后，其主要被用来应用在金属矿中，相对来说，其技术发展较为成熟。
在德国和波兰等地，煤矿采空区充填开采技术应用的较多，主要将煤矸石、河砂以及电厂粉煤灰作为充填材料，在这些充填材料中，水砂应用范围更广。
通常情况下，将水砂运用到长长壁工作面中，填充后，其地表下沉系数约为0.20。
其具有较好的应用效果，如波兰通过运用水砂充填法，在多座城市下开采出比较丰富的煤炭资源。
1.2 膏体充填技术在二十世纪六十年代，我国的抚顺胜利矿通过运用水砂充填长壁将工厂保护煤柱开采出来，虽然其开采效果较好，但其需要较高的成本，且工艺较为复杂，在我国煤矿中还未得到广泛普及。
为有效解决水砂充填过程中存在的建立隔排水系统、泌水问题，在二十世纪八十年代初期，膏体充填技术诞生了。
在制作充填材料时，能够将其作成不会发生泌水现象的牙膏状浆体，即使流速较低，也能够实现正常泵送，这样能够进一步提高充填效率。
由于其自身存在较好的优点，在金属矿山中，其得到快速发展。
煤矿充填开采技术及其发展趋势
煤矿充填开采技术及其发展趋势摘要：煤炭作为重要的生产能源之一，对社会经济发展具有较大的推动作用，且在社会生产速度加快的同时，也对生产能源提出了更大的要求。
环境和资源问题的加剧使得我国加强了对环保和节能工作的重视，并推出了大量的政策文件指导各个行业进行绿色生产和施工。
煤矿开采行业也需积极践行绿色生产理念，在开采作业中尽量降低对环境的破坏影响。
充填开采技术是目前来讲使用频率较大，且对环境较为友好的技术体系。
下文便对该项技术进行梳理，并分析其发展趋势。
关键词：煤矿充填开采技术；煤矸石；生态环境现阶段来看，普遍存在煤炭资源过度开采的状况，由于开采深度较大，不可避免的会对地层结构造成扰动影响，引发地表下沉，河流中断等问题，对当地生态环境的影响不可忽视。
现行的煤矿生产企业已经逐步认识到经济可持续发展的重要性，并积极探索绿色开采措施。
充填开采技术的生态效益相对突出，在现代煤矿生产中得到广泛应用，对该项技术的研究是促进煤矿行业持续稳定发展的重要前提，因此具有十分重要的研究意义。
1.煤矿充填开采技术的应用价值煤矿充填开采技术实际应用中的价值主要表现在以下两个方面：一方面，能够对自然生态环境起到保护作用。
相关统计结果显示，现有的煤矸石数量已经超出数十亿吨，对于土壤环境造成了极大的危害，且导致大量土地资源被浪费。
煤矿开采作业中，充填开采技术的应用能够通过边开采边充填的方式减少煤矸石在地面上的堆积量，降低因采矿作业造成的土地资源占用和浪费等问题。
此外，充填措施还可尽可能保障土层结构的稳定性，对地下水资源也具有一定的保护作用，很大程度上降低了煤矿开采对生态环境的影响；另一方面，提升煤矿开采的安全作业水平。
以往所采取的采矿措施很容易造成瓦斯大量聚集并且流入采空区的现象，增大了瓦斯爆炸的可能性，严重影响人工作业安全。
而采取充填采矿技术时，由于充填体能够帮助顶板分担部分压力，顶板的下沉量被有效控制，可以减少瓦斯积聚量，从而降低瓦斯爆炸事故的发生率，提升井下作业安全。
煤矿充填技术概述
（3）反四连杆大摆梁结构
反四连杆的优点是支架后部空间大，便于充填作业。
大摆梁通过两根Φ160的千斤顶支撑，支撑能力强，能可靠地维 护支架后部空间，便于悬挂后部运输机；
国内金川有色金属公司二矿区、大冶有色金属公司铜绿山矿成功试验 并应用了膏体充填技术。
目前，膏体充填技术由于凝固时间短、充填体易于接顶、充填体强度 高水泥耗量小等优点成为我国金属矿山开采充填技术的重要发展方向。
全尾砂胶结充填与废石胶结充填也将凭借其可以充分利用矿山固体废 渣而得到进一步的发展和推广应用。
长沙矿山 研究院
粉煤灰、铁渣、 石灰等
1.铁渣胶结剂可完全取代水泥胶结剂，且充填效果优 于水泥胶结剂。
2.矿渣胶结剂与全尾砂配合，同等配比条件下，其试 块单轴抗压强度可到2MPa以上，但其生产成本仅 为水泥成本的40％～60％。
表2
充填工艺成就
名称
高浓度 全尾砂 胶结充
填
废石胶 结充填
概念
以没有进行分级的全粒级尾砂 作为充填填料充入井下采空区
其中可采储量估算为60％，开采损失煤量以及采用其他技术手段又 占50％，煤价保守价格为300元/t，则仅河北一省村庄下压煤采用充 填开采的潜在市场价值为：
Q=33.5×0.6×0.5×300＝3015亿元
其中，山东省村庄所压煤层主要为山西组的3层煤，该煤层煤质好， 厚度大，赋存稳定，是山东省的主采煤层。
强度大于4MPa，水泥用量200～250kg/m3，成本8O元／m3左右。
煤矿降低膏体充填成本的主要途径为：① 采用来源广泛的廉价固体 废弃物，降低充填材料的单位成本。例如粉煤灰、矸石粉、水泥、河 砂、炉渣、铝粉等尾砂 ；② 基于岩层控制的关键层理论，确定膏体 充填不迁村采煤对充填体力学特性的合理要求及合理充填量，从而降 低对充填体的强度要求和减少充填材料用量。
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。
矿山膏体充填技术ppt课件
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。
⑤膏体胶结充填，上个世纪八十年代出现，脱离了传统的两相流 体，采用结构流体输送与充填。
⑥高水速凝胶结充填，也是在上个世纪八十年代末出现，脱离了传 统的普通胶凝材料的充填方式。 ⑦块石胶结充填，大规模开始应用于上个世纪七十年代，属于“刚 性”充填料充填技术。 4
运动状态像塑性体一样整体运动，膏体中的固体颗粒不发
生沉降，膏体层与层间也不出现交流，属于一种柱塞状的
结构流。同时，膏体要在一定量的外力作用（克服初始切
应力）才开始流动，并且膏体开始流动后管壁切应力随切
变速率的增长而呈直线增长，符合宾汉塑性体流型。
18
2、推导理论公式
在宾汉塑性体流型这种层流条件下，利用白
5
浇注/自淋/喷洒
胶凝浆体
传统的普通尾砂胶结充填技术在矿山的应用， 促进了充填采矿技术的发展。但随着这项技术的 广泛应用，也暴露出一系列的突出问题：充填体 强度低、养护周期长、充填效率低、井下脱水污 染环境、尾砂利用率低、充填成本高等。 克服管道输送胶结充填缺陷的主要途径—— 提高浓度。因此，提出采用膏体充填技术。
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二、什么是膏体充填技术
将一种或多种固体物料与水进行优化组合，配制成具有一定稳 定性、流动性、可塑性的牙膏状的浆体，在外加力（泵压）或重力 作用下以柱塞流的形态，用管道输送到地下采空区完成充填作业的 过程，称之为膏体充填。 当砂浆的体积浓度大于50％时，料浆成稳定的粥状膏体，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，因而只能施加外力克服膏体屈服应力后，方可流动。 7
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实验研究矿山充填工艺技术的发展及似膏体充填新技术胡 华 孙恒虎(中国矿业大学北京校区资源系・北京100083) 摘 要 文章回顾了充填工艺技术的发展历程,分析了各种充填方式的利弊,并对管道输送特性、充填效果进行了定性比较。
结合现代充填发展趋势,提出了似膏体充填新思想,论述了似膏体充填的关键技术及研究思路,并对已取得的研究成果作了简要介绍。
关键词 充填技术 似膏体充填 关键技术DEVE LOPMENT OF BACKFI LL TECHN OLOG Y AN D THENEW BACKFI LL PR OCESS USING PASTER2L IKE MATERIALHu Hua Sun Henghu(China Mining Technology University100083) Abstract:In a brief reviewing of development of backfill technology,the advantages and disadvantages of various backfill methods are compared.Based on analysis of development trend of backfill technology,the conception of paster2like fill material,its characteristics by pipeline transportation,its performance and crucial points are introduced.K eyw ords:Backfill technology,Paster2like backfill material,Crucial points of technology1 前 言进入21世纪,矿山开采将转向深部矿体、“三下矿体”以及其它复杂难采矿体。
地压控制问题将日益突出,并成为深部高效、安全作业的主要障碍。
胶结充填是深部及复杂应力环境下地压控制的有效途径之一,因此,充填采矿法和充填工艺技术越来越受到人们的重视。
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进步。
一方面通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识,研究开发来源广泛、成本低廉、便于制浆和输送、充填体强度高的新型充填材料;另一方面,通过对充填体力学作用机理的探讨,结合采矿作业要求,研究新的充填工艺和方式。
正是在此基础上,结合现代矿山充填技术发展的趋势,逐渐形成了似膏体充填新思想,研究了一种新的充填技术。
2 矿山充填工艺技术的发展211 水砂充填早在19世纪中叶,地下开采的大部分矿产采用横撑支护的空场采矿法,但用这种方法开采厚大矿体时,造成矿石的巨大损失、井下灾害的发生和矿山服务期限的缩短。
1864年在美国宾夕法尼亚的一个煤矿区进行了第一次水砂充填,以保护一座教堂的基础。
随着南非、德国、澳大利亚、中国(首先是煤矿)等国家试验了矿山水砂充填。
进入20世纪后,美国和加拿大发展了基于采用选厂分级尾砂进行水砂充填的充填工艺,在悬浮液输送固体物料、水力旋流器脱泥等方面取得了进步。
实现了低浓度(35%～70%)泵压或自流输送的水力充填采矿。
但充填料中过量的-325目细粒留在充填分层的表面;形成的充填体没有凝聚力,无法形成稳固的、能够自立的帮壁,使回采作业难以继续进行。
212 低浓度胶结充填20世纪60年代中期,普遍采用了硅酸盐水泥或其它胶凝材料添加到低浓度水砂充填料中,既提高了充填体的强度,又易于实现水力输送。
由于水砂充填与胶结充填结合,促进了原有采矿方法的改进和实现机械化作业,提高了采矿方法的适应性,推动了采矿技术的进步。
同时两相流理论及浆体管道输送理论得到发展。
但该工艺在使用中存在料浆凝固慢、离析分层、强度低且不均匀等现象;井下脱水时胶凝材料及细粒级尾砂流失;井下废水、细泥污染环境,排水、排泥费用高;采场回采周期长,生产能力低等问题,需进一步改进和提高。
213 高浓度胶结充填该工艺的研究始于20世纪70～80年代。
是指砂浆浓度接近或大于临界流态浓度而小于极限可输送浓度的充填工艺。
浓度范围一般为70%～78%,靠自流或泵送实现高浓度的管道输送。
高浓度料浆固体颗粒在横断面上呈均匀分布状态,在流动过程中很少有固体颗粒之间的相对位移,因而不易发生离析和沉淀。
另外还具有充填体力学性能良好,强度高,采场脱水量少,胶结材料的用量大幅度降低等优点,因此得到了一定程度的发展。
为实现高浓度充填,研制成功了新型离心式浓密机,使尾矿底流能达到含固体物重量76%～85%,溢流浓度为5%～15%。
中国的凡口铅锌矿从1982年开始与长沙矿山研究院和长沙有色冶金设计研究院合作,进行了“高浓度全尾砂胶结充填新工艺和装备试验研究”。
并于1991年通过了原中国有色金属工业总公司组织的鉴定。
试验中采用了高效浓密、活化搅拌、自动输送等新工艺,尾砂利用率超过90%。
充填料浆重量浓度为70%～76%。
但生产实践中依然存在制浆技术难度大的问题,尤其是利用全尾砂造浆时,难以达到预期的浓度;高浓度料浆输送也存在一定的困难;输送及参数控制设备技术要求高,不适合一般矿山使用,在目前的条件下难以全面推广应用。
214 全尾砂膏体泵送充填鉴于传统的分级尾砂充填的一些缺点,德国和前苏联等国家在70年代开展了全尾砂膏体泵送充填技术研究,形成了膏体泵压输送充填新工艺,并用于矿山充填。
其后,南非、加拿大、美国、澳大利亚也开展了试验研究。
全尾砂膏体泵送充填的特点是料浆浓度大,其重量浓度可达75%～85%,呈牙膏状。
由于膏体的塑料粘度和屈服切应力大,必须采用加压输送。
膏体料浆象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,膏体在管路中呈柱状流动。
膏体充填料的内摩擦角较大,凝固时间短,能迅速对围岩和矿柱产生作用,减缓空区闭合。
这种高质量的充填体特别适用于深部高应力区采空区的充填。
中国的金川有色金属公司从1987年开始与北京有色冶金设计研究院合作进行了“全尾砂膏体充填新工艺及装备研究”,1991年通过鉴定。
该充填工艺技术的主要优点是:尾砂利用率高,一般为90%～95%,主要取决于脱水设备和技术。
而分级尾砂的利用率一般只有50%～60%;充填料浆浓度高,减少了水泥用量,降低了充填成本;充填体沉缩率小,接顶率高,充填质量好,强度高;采场无任何溢流水,改善了井下作业环境,节省了排水及清理污泥的费用。
但全尾砂膏体泵送充填一次性投资大,尾砂脱水浓缩、储存和膏体泵压输送技术难度大。
不适宜大范围推广应用。
215 高水速凝材料固结充填1989年,中国矿业大学北京校区高水材料研究所孙恒虎教授成功研制出新型胶凝材料—高水固化速凝材料,并首创了高水固结充填采矿新工艺。
该采矿新工艺是胶结充填技术的重大革新,它突破了传统水力充填的思维模式,克服了一般胶结充填中的诸多弊端和不足,使充填技术发展到一个新阶段。
该充填工艺技术的实质是:以高水速凝固化材料作胶凝剂,使用全尾砂作充填骨料,按一定的配比加水混合后,形成高水固结充填料浆。
根据工艺设备条件和现场技术的要求,充填料浆浓度在30%～70%之间变化,充入采场后不脱水便可以凝结为固态充填体。
该工艺技术突出的优点是:可将高比例水凝结为固态结晶体,从而使高水固结尾砂充填料浆在一般浓度条件下不脱水而变成固体;充填料浆凝固快,早期强度高,且初凝时间可以通过添加剂控制,大幅度地缩短采场回采周期,提高了采场生产率;井下不脱水,无环境污染;高水材料具有良好的悬浮性能,使充填料浆的悬浮性和流动性得到改善,易于实现中低浓度的料浆的水力输送。
该工艺技术形成以后,便迅速在国内煤炭、有色金属、黄金等行业得到试验和推广,成为矿山充填技术进步的重要标志。
但在长期使用过程中存在着高水速凝固化材料来源少,成本高等因素的制约。
3 似膏体充填新技术311 充填技术发展趋势从充填工艺的发展历程,可以看出其技术不断推陈出新,以满足矿山开采工艺的需求,提高开采经济效益,确保作业安全。
未来充填工艺技术的发展趋势是:(1)全尾砂充填方向。
传统的水泥胶结充填采用分级尾砂,含泥及细粒级尾砂被排放到尾砂库。
一方面增加了库坝的维护费用,另一方面造成环境污染。
现代充填技术不仅考虑采矿工艺的需要,还要考虑矿山开采废弃物的综合利用与处理,环境保护,减少污染的社会要求,实现无废害开采。
因此,应完全、彻底地将全部尾砂用于井下回填。
(2)高浓度输送充填方向。
高浓度充填可以减少胶凝剂的用量,降低充填成本;可以减少采场的脱水量,增大充填料浆的有效利用率,提高实际充填能力,同时减少了井下环境污染;可以明显改善充填体的物理力学性质,提高充填体的强度,有效控制地压,提高充填作用效果。
(3)研制新型胶结材料。
新型胶结材料既满足使用全尾砂充填要求,又要达到采矿工艺所需的强度,同时要材料来源广泛,生产成本低廉。
因此,新型胶结剂的开发与研制将是未来充填技术进步中地位最重要,发展潜力最大,前景最广阔的研究内容。
它是充填技术发展水平的重要标志。
目前已开始应用有一定活性的工业废弃物如炉渣、粉煤灰等作为胶结剂的主要组分。
既满足了充填的技术要求,又综合利用了工业废弃物,走上了良性循环的发展道路。
312 似膏体充填新思想回顾总结过去,预测展望未来,建立在多种理论和大量试验基础上的矿山似膏体充填新思想逐渐形成了。
该技术集各种充填方式的优点于一体,克服其弊端与不足。
其主要特点是:(1)用新研制的全砂土固结剂作胶固剂。
该新型胶凝剂一方面能固结全尾砂,甚至含大量泥土的尾砂,胶结体强度高,各方面的性能均达到矿山充填的要求;另一方面还能代替水泥用于其它建筑行业。
全砂土固结剂已由中国矿业大学北京校区高水材料与矿山工程研究所研制成功,各项技术参数已通过国家水泥质量监督检验中心检验,正逐步推向市场。
(2)实现高浓度、全尾砂管道输送。
似膏体浓度接近于膏体。
采用全砂土固结剂配以骨料(全尾砂、砂土)制成的高浓度料浆外观象膏体,故称之为似膏体充填。
(3)料浆流动性能好。
在料浆的制备过程中采用了多项新技术,使似膏体料浆流动性能明显优于膏体和高浓度料浆的流动性,接近一般水力充填中等浓度料浆的流动性。
能实现自流输送(倍线条件较好)或低压泵送充填。
(4)料浆进入采场后只需少量脱水,充填体质量好,能满足各种强度的需要。
井下无排水排泥污染。
总之,似膏体充填技术继承了一般水力充填中料浆流动性能好,易于实现管道输送的优点,同时又具有膏体充填浓度高,井下不脱水或少量脱水,充填质量好,强度高的优势。
313 几种充填方式的管道输送特性及充填效果定性对比低浓度胶结充填、高浓度胶结充填、膏体充填、似膏体充填技术定性对比见表1。