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
发表时间：2018-07-23T11:13:15.663Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：毕岚[导读] 摘要：工艺方法的实施是煤矿膏体充填开采的重要组成部分，研究其相关课题有着重要意义。

唐山开滦林西矿业有限公司河北 063100
摘要：工艺方法的实施是煤矿膏体充填开采的重要组成部分，研究其相关课题有着重要意义。

本文首先对相关内容做了概述，分析了煤矿膏体充填开采技术应用的优势，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就膏体充填开采技术应用要点展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：煤矿膏体；充填；开采；工艺
1前言
煤矿膏体充填开采是一项实践性较强的综合性工作，其工艺方法的特殊性不言而喻。

该项课题的研究，将会更好地提升对煤矿膏体充填开采工艺的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项开采工作的最终整体效果。

2概述
20世纪60年代抚顺胜利煤矿采用水砂充填技术开采出了保护煤柱，虽然获得了较好的开采效果，但是成本高、工艺复杂，限制了该技术的普及。

直至20世纪80年代，膏体充填技术由于其有效解决了水砂充填过程中存在的泌水问题，须建立隔排水系统等问题，该材料是牙膏状浆体，不仅不会发生泌水现象，而且可以在流速较低的情况下正常泵送，大大提高了充填效率，故其在煤矿生产中的应用越来越广泛。

充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分，也是解决建筑物下大量压煤开采的重要途径。

其中膏体充填技术与钱鸣高院士提出的绿色开采理论相符，可有效防止采空区的塌陷，提高开采安全，能够有效控制开采过程中顶板的稳定性，防止溃砂溃水和顶板事故，防止矿井重特大事故的发生。

3煤矿膏体充填开采技术应用的优势
3.1稳定性更强
充填开采技术的应用中充填材料的性质与充填开采作业的效果是具有直接关系的，膏体充填开采主要是使用矸石粉、粉煤灰、胶固料、矿井水等混合形成的膏体作为填充材料，通过膏体的凝结发挥出充填支撑的作用，膏体材料往往能够具有较强的稳定性，这对于防止分层、离析等问题的发生是具有着良好效果的。

膏体充填材料的强稳定性与其充填料浆的高浓度是有很大关系的，传统充填技术中所使用的充填料浆浓度最高只能达到65%，普遍属于低浓度充填料浆，而膏体充填开采技术中所使用的充填料浆的质量浓度一般都可达到75%-82%的水平，如配合骨料的使用甚至可达到88%，高质量浓度也赋予了膏体充填材料较强的屈服切应力和塑性粘度，在同一横截面上浆体流动速度为常数，浓度、流速基本不会发生改变，因此稳定性更高。

3.2抗错位变形能力更强
充填材料的可塑性对于其错位变形的抵抗能力有着较大的影响，而膏体充填开采技术中应用的膏体充填材料质量浓度高，可塑性也较传统的充填材料更强，在实际的施工应用中既能够保证充填料的有效输送，同时也能够保证管输过程中在管道弯曲、连接部位发生变形后不影响料浆的结构、成分及性质，也不会因此导致料浆沉淀、离析、脱水等问题的发生，这也就大大减少了管输过程中对材料的不利影响因素的产生，保证了充填施工的整体效果。

此外，经科学配比配制出的膏体充填材料在充填后能够在较短时间内完成初凝，并保证初凝后的整体强度，进而发挥出围岩支撑的作用，也能够在合理的时间范围内完成终凝，达到有效充填支撑的效果，这也能够确保后续开采施工作业的顺利推进。

3.3更加经济环保
经济性方面，目前膏体充填开采所使用的材料多为细粒级物料，如粉煤灰等，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。

同时膏体充填开采技术的应用不需要过滤排水环节，因此无需建设专门的过滤排水系统，这也就减少了过滤排水设施引进装配以及过滤排水环节所产生的成本，具有着一定的经济性优势。

环保性方面，膏体充填开采技术的应用能够实现对大量矸石、粉煤灰等固体废弃物的资源化利用，减少了固体废弃物的污染影响，同时也能够避免传统充填方法运用过程中，井下排水对于地下水及地表水环境的污染，在环保性方面较一般传统充填开采技术更具优势。

4煤矿膏体充填开采技术应用的要点
4.1合理选用和布置充填管路
管路的合理选用是煤矿膏体充填开采技术应用的要点之一，管路选择应当结合煤矿生产的实际需求与生产条件，把握好经济性、可靠性、安全性等基本原则，选择质量合格、性能良好、符合生产需要的管路材料，在对管路材料性能的考察上，必须要充分考虑材料的抗磨、抗腐蚀、抗冲击等各方面的能力，应通过实验检测等方法确定管路材料的主要参数，确保其符合实际的生产需要，一般以综合性能较强的金属耐磨钢管作为煤矿干路的充填管材。

除干路管材的合理选择外，还要注重对管路附件材料的合理选用，一般情况下都是以耐压能力作为最基本的考量要素，为确保膏体充填施工系统的可靠运行，干线管路法兰、旁通管法兰应选用公称压力不小于10MPa的钢制法兰或钢制法兰盖，柔性连接器、三通、闸阀等管路附件也应满足干路附件承压不小于10MPa，工作面管路承压不小于2MPa的需求，且要充分考虑弯曲、连接部位的局部压力，在管路材料的承压设计上予以加强，避免安全隐患的产生。

4.2做好膏体充填材料的配制
膏体充填开采技术的应用水平在很大程度上要受到膏体材料配制水平的影响，因此，在膏体充填开采作业中，还必须要结合煤矿生产实际需要做好膏体充填材料配方的科学设计，通过实验确定膏体充填料浆配制的最优原材料比例，确保料浆性能达到最理想状态，最有利于泵输充填作业的顺利开展。

为保证充填效果，料浆的配料中至少要包含15%以上的小于20μm的粒级含量，以作为骨料的矸石为例，一般煤矿生产中要求矸石粒度必须低于25mm，这样既能够保证料浆输送的效果，也能够有效避免分层、泌水等问题的出现。

同时，对于料浆中所包含的粒度5mm以下的颗料占比也有一定的要求，此类颗粒至少要占到30%的比例，但最高不能超过50%，一般情况下，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发生静置，也不会影响后续的输送。

4.3做好工作面支架的建设与地面沉降管理
膏体经管路输送到工作面后，要确保其充填的效果，还需要在工作面做好机械设备的支架建设，通常会选用支护强度较高、性能可靠的液压支架，并依据地质条件、矿压及工作面其他环境因素等确定液压支架的技术参数。

支架的布置可按照每台刮板机机头处各配置端头支架一组，由机头处每布置10台中部基本架就布置一台特殊架，机尾处最后一台设置特殊架的方式进行，合理划分不同的作业区域，确保充填效果。

为避免煤矿生产对地质条件、地表建筑及自然环境的影响，膏体充填的效果应符合相关规定对地面沉降量的要求，这就要切实做好对地面沉降的管理，在施工前要根据现有的通行规程合理预测膏体充填后充填区域的地面沉降量，确定充填作业的最小充实率，并作为对充填材料性能试验检测的参考因素，对充填料浆凝结过程中因体积收缩可能导致的地面沉降变化情况有准确的把握，避免材料性能缺陷或充填作业不到位等导致的过量沉降的情况发生，在此基础上做好地面建筑物维护，防止煤矿生产中过量的地面沉降对地面建筑物的使用安全造成不利影响，导致不必要的安全事故的发生。

5结束语
综上所述，加强对煤矿膏体充填开采工艺的研究分析，对于其良好开采效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重煤矿膏体充填开采具体实施措施与方法的科学性。

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