充填站膏体充填流程
关于膏体充填的基础知识
关于膏体充填的基础知识（一）
1. 关于膏体充填
首席版：膏体充填将一种或多种固体物籼与水进行优化组合，配制成具有一定稳定性、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。
院士（摘录）版：膏体充填是将全尾砂（有时加骨料）制成膏体，泵送到充填区，其显著特点是进入采空区的料浆不需要脱水。
探讨版：膏体充填是将尾砂、粉煤灰、胶结剂、水等进行搅拌到65至80的浓度，用膏体机输送。
好像有一定的距离要求，远距离的浓度小一点，好像最大的距离在4000米左右。
补充版：膏体和传统高浓度充填都要做两相流环管实验，主要测试浓度高低对管路的压力变化及充填料的流动性，流速等参数。
2.关于柱塞结构流
膏体流动状态为柱塞结构流，普通水砂充填料浆管道输送过程中呈典型的两相紊流特征，管道横截面上浆体的流速为抛物线分布，从管道中心到管壁，流速逐渐由大减小为零，而膏体充填料浆在管道中基本是整体平推运动，管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动，称之为柱塞结构流。
膏体充填开采工艺流程
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。
膏体充填开采技术
强制双卧轴混凝土搅拌机
4 ·2 ·1 配比搅拌子系统能力
配比搅拌系统设计制备膏体能力160m3/h，每台搅 拌机搅拌能力为80m3/h，生产混凝土时一般搅拌机每 小时可以完成50~60罐，因为膏体充填材料中胶结料 用量少，需要长距离管道输送，对搅拌质量的要求更 高，设计搅拌时间从普通混凝土的30s提高到50s， 设计小时搅拌能力40罐，故要求搅拌周期为90s，每 次搅拌2m3。
• 料浆基本不沉淀、不泌水、不离析
不需要复杂的过滤排水设施，减少了胶结材料的流失， 也降低凝结前对隔离装置要求，使充填工作面其他工作不受 影响，充填密实度高。
• 无临界流速
最大颗粒粒径达到25 ~ 35 mm，流速小于1 m/s 仍然能 够正常输送，所以膏体充填所用的矸石等物料只要破碎加工 即可，可降低材料加工费，低速输送能够减小管道磨损。
3 ·1、膏体充填材料基本性能
膏体充填材料具有稳定性、可塑性和流动性三 大基本特性：
• 稳定性指它具有抵抗分层和离析的能力，是材料泵送 的关键。体现在实践中，就是膏体在密闭的管道中停留数小 时不沉淀、不分层、不离析，能顺利地进行输送。 • 可塑性是指膏体充填材料在输送或充填过程中发生变 形后，其基本结构仍保持不变的能力。 • 流动性是指它能流动，产生的实质是膏体的物料构成 中有15%以上的20μ m细粒级含量。细粒级有很强的饱水能力 ，使水量能够填满膏体微细颗粒之间的空隙，起到颗粒之间 的润滑作用。在实践中流动性体现为在其重力作用下能在充 填空间中流动。
• 流动状态为柱塞结构流
普通水砂充填料浆管道输送过程中呈典型的两相紊流特征， 管道横截面上浆体的流速为抛物线分布，从管道中心到管壁，流 速逐渐由大减小为零，而膏体充填料浆在管道中基本是整体平推 运动，管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动，称之为柱 塞结构流（见下帧图）。
膏体充填
膏体充填系统与煤矿开采系统的协调是煤矿膏体充填开采必须解决的关键问工艺需要设计专门的液压支架，项目的投资及风险都较大，因此在试验初期采用普采膏体充填工艺为宜。普采工作面进行膏体充填，首先必须在工作面控顶区与待充填区之间构筑一道隔离墙，形成一个“封闭”的待充填空间，为实现这一目标提出了塑料编织布隔离、组合式钢质模板隔离二个方案。塑料编织布隔离与传统水砂充填的设置砂门子相似，国外波兰胶结水砂充填也采用塑料编织布作隔离墙，此方案可以进一步减少项目的初期投资。专门设计的组合式钢质模板及其与单体液压支柱、金属铰接顶梁的连接件可以和单体液压支柱、金属铰接顶梁配合形成具有隔离充填料浆、高度和倾斜调节功能、拆装方便的隔离墙。钢质模板具有足够的刚度和强度，能重复使用，也可以降低膏体充填体的构筑成本。图2为普采膏体充填工作面布置示意图。
普采膏体充填工作面布置
组合式钢质模板安装完成后，通过沿工作面按一定间隔布置与工作面充填管路相连的布料管向待充填空间充入膏体充填料浆。工作面正常充填程序
如下：
（1）检查准备，确保系统正常、设备完好。在前一充填循环完成以后，管道内应该保持充满清水，新的充填循环应该在这种条件下正常开展工作，否则，必须先泵送清水，直到输送管道内充满清水以后，才能够进入正常充填作业程序。
（4）实施“水推浆”。在充填量达到设计充填量之前，为备用泵准备好清水，达到设计充填量后，先利用清管器装入清洗球，然后切换到备用泵管路，停止充填泵，启动备用泵，实施水推浆。充填管内的料浆继续充入待充填空间，清洗水排到采区排水沟内，管路冲洗干净后，转换阀切换到截止状态，使管路内充满清水。
（5）结束充填工作。地面充填站要彻底清洗搅拌机、膏体充填泵，井下充填工作面，则需要收集清洗球，送到地面充填站，备以后再用。
煤矿膏体充填方案(赵官煤矿)
2、沉陷效果预计
考虑到顶板欠接顶量50mm左右，充填体压缩率5%左右， 顶底板压缩量及浮煤压缩量50mm左右，则预计赵官煤矿 2712工作面实际下沉系数0.1左右。
四、项目投资概算及充填成本预计
数 量
功率/KW 参考价格/万元
2
50.0
1
75
25.0
1
35.0
1
7.5×4
20.0
1
11
7.0
1
22
16.0
2
140.0
20.0
313.0
◇ 配比搅拌设备概算
序 号
名称
参考规格型号
1
搅拌机
BHSDKX2.25
2 皮带输送机
DH-800
3 螺旋输送机 ES193/TU273
4 胶结料仓
200m3
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。
抗压强度： 8h:0.2-0.4MPa,1d：0.41Mpa，3d：1-1.6Mpa， 7d：1.8-2.4Mpa，28d： 2.4-3.2 Mpa。
可根据现场情况调整配比
膏体材料的性能
优良的泵送性能和自密实性能
3、膏体充填工艺
工艺流程示意：
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。
膏体充填技术综述
数的重要依据；
五、膏体胶结充填与胶凝材料的选择
固结剂
五、膏体胶结充填与胶凝材料的选择
胶凝材料又称胶结料。在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固 的石状体,并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质。 固结剂是由多种或单一气硬性材料、水硬性胶凝材料及外加剂的集合 体，充填体的强度是多种综合因素决定的。
2.养护是提高充填体质量的重要因素，养护不好会使充填体的物理性能和耐久 性能劣化。
3.水的存在是水泥水化反应发生的必要条件，适当的湿度有利于水化反应的进 行及充填体强度充分发展。
4.在高养护湿度条件下充填体强度大于低湿度养护条件，且随着龄期的增长差 距增大，其28d强度相差18-40%。
5.养护温度、湿度及养护时间是养护的三要素；高温条件下胶凝材料水化速度 加快，晶体形成速度加快，同时，水化反应的时间是一个长期的过程；充填体的 强度增长也是一个长期的过程。
2.梯级粉磨是提高胶凝材料强度的重要方法，铁尾矿不再只是作为 骨料，也可做高强的胶凝材料；
梯级粉磨流程图
3.铁尾矿活性粉未生产的高硅铁尾矿—矿渣基胶凝材料（TSBC）替 代常规胶凝材料制备全尾矿（RPC）是具有很大的潜力；
4.合理的级配是克服充填料浆的离析重要方法
七.膏体充填体的养护与质量的关系
1.养护措施和养护制度对胶凝材料水化及火山灰效应有重大影响，如反应速度、 孔隙率、放热速度、收缩与裂缝、胶凝材料流变演变过程等。
共同决定的，絮凝沉降是提高膏体制备速度的有效方法； ➢ 保证溢流澄清及沉降速度的三要素是：进料浓度、沉降路径、胶
体粒子的电荷； ➢ 尾矿的物理化学性质是决定尾矿沉降速度
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。
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充填站膏体充填流程
充填前膏体充填控制系统操作员（以下简称操作员）和充填车间作业人员对系统所使用的设备进行送电、检查、试运行，确认设备正常后开始进入正常的充填流程。
具体操作流程及注意事项如下：
步骤一、打水
充填站值班人员与工作面充填负责人联系后，确认开始充填，开始进行打水，操作员运用计算机系统（膏体充填控制系统）控制水泵G通过管路1注水到料浆斗K中，利用充填泵L通过管路打水到工作面。
注：此处打水的作用是将整条管路注满，排出管路内的空气。
步骤二、打灰浆
当井下通知水到工作面后，操作员在系统任务设定选项中设置灰浆配比，设备根据系统设定进行自动配料，自动配料步骤如下：
1、水泵G通过管路3将水加注到水称料斗H内，粉煤灰和水泥分别通过给料机进入称料斗E和F内。
待达到设定值时，水泵和给料机自动停止供应，E和F内的粉煤灰和水泥投入搅拌机J内，H内的水通过管路加压泵I注入搅拌机J内，由于搅拌机容量限制需要分多批次（1m³/批次）进行搅拌。
2、粉煤灰和水泥通过搅拌机搅拌50s形成灰浆，投入
料浆斗K中，由充填泵L输送到井下工作面。
注:灰浆作用是隔离前面的水和后面的矸石浆，防止矸石浆直接与水结合造成矸石浆离析，在输送过程中堵管。
料浆斗内的水位在剩余600mm左右开始投放第一批灰浆。
作用是保证管路内一直保持满管，防止出现真空段，造成间隔性堵管。
后面批次投放灰浆由系统自动控制进行。
步骤三、打矸石浆
当灰浆投放完毕后，操作员在系统任务设定选项中设置矸石浆配比，设备根据系统设定进行自动配料，自动配料步骤如下：
1、水泵G通过管路3将水加注到水称料斗H内，粉煤灰和水泥分别通过给料机进入称料斗E和F内，矸石通过矸石给料皮带A将1#和2#矸石仓的矸石输送到矸石称重皮带B 进行称量，达到设定值后经过振动筛（图中无显示，位于B 和C之间）和履式皮带C投放到矸石称量斗D内。
待D、E、F、H称料达到设定值时，水泵和给料自动停止供应，D、E、F、H内的矸石、粉煤灰、水泥和水投入搅拌机J内，由于搅拌机容量限制需要分多批次（1.6m³/批次）进行搅拌。
2、矸石、粉煤灰、水泥通过搅拌机搅拌50s形成矸石浆，投入料浆斗K中，由充填泵L输送到井下工作面。
注:料浆斗内的灰浆剩余600mm左右投放开始投放第一批矸石浆。
作用是保证管路内一直保持满管，防止出现真空段，造成间隔性
堵管的发生。
具体充填量由工作面充填负责人定。
充填车间作业人员会每2小时或在矸石浆浓度变化幅度较大的情况下对料浆进行塌落度的测定，并向操作员进行反馈。
操作员根据监控画面和充填车间作业人员的反馈情况对配比进行调整，确保料浆质量达到要求。
步骤四、打灰浆
操作员接到工作面充填负责人矸石浆量满足需要的通知后，中断矸石浆的配料循环，进入灰浆配料循环，本步骤操作方法同步骤二。
注：本步骤作用是隔离前面的矸石浆和后面的水，防止矸石浆因直接与水结合造成矸石浆离析，也避免发生直接由水推矸石浆造成输送过程中堵管。
步骤五、打水
当步骤四的灰浆投放完毕后，由水泵G通过管路1注水到料浆斗K内，由充填泵L通过管路进行打水。
注：料浆斗内的灰浆剩余600mm左右时开始注水。
作用是保证管路内一直保持满管，防止出现真空段，造成间隔性堵管的发生。
打水直至工作面充填负责人通知管路清洗彻底后进行下一步骤——打风。
本步骤作用是用水将管路内可能残留的小矸石颗粒冲出管路，避免在下次充填时造成管内颗粒堆积堵管。
步骤六、打风
当工作面充填负责人通知管路冲洗彻底后，停止打水，
关闭充填泵L，将地面管路卸开，连接高压风管进行打风。
打风结束后，全部膏体充填流程结束。
注：打风要持续30分钟，作用是利用高压风推动管路内的水再次对管路内可能存在的矸石小颗粒进行冲洗，保证管路通畅无堆积的颗粒。
注：以上步骤中的设备代号见膏体充填控制系统界面图
附件：膏体充填控制系统界面图。