膏体充填开采项目简介样本
矿山膏体充填技术
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。
胶结充填技术
1、矿山充填种类
干式充填（固体,惰性物料）
湿式充填
水力充填（固体＋水） 胶结充填（固体＋胶凝剂＋水）
2、胶结充填方式
搅拌
管道输送
①细骨料＋胶凝剂＋水
两相流体
采场
②细骨料＋胶凝剂＋水强力搅拌结构流体 加压管道输送 采场
搅拌
机械输送
③粗骨料＋胶凝剂＋水
低强度砼
采场
④大块物料 机械输送 采场
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；
膏体的流变力学数学模型： 0 dduy
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
煤矿膏体充填简论
（） １充填 执行清水 任务时 ， 下水量要 比管路 中所有 容纳
的容积稍大为宜。系统正常时 ， 井下见水需 ３ ｍ —５ 为宜 ； 否 则， 井下 有可能 出现 异常。泵压在 ０—２ｂｒ ０ａ 为宜 ； 泵排量 调
（） ３灰浆结束后 ， 继续执行砂浆任务 （８— ０ 。泵送砂 ７ ８ ％） 浆时， 泵压 ４ ２ ｂｒ当浓度过高 、 ０—１０ａ； 料位较高 、 井下转换管路 阀门时 ， 都有 可能导 致泵 压过高 ， 时泵压为 １０—１０ａ。 此 ２ ６ ｂｒ
泵排量调节在 ７ ５—１５ ／。当砂浆浓 度在 ８ —８％时 ， ０ ｈ ０ ２ 泵 压控制在 ６ １ ｂｒ ０ ６ ａ 为正 常， ０ 泵排量调节在 ７ ５一ｌ５ ｈ ０ｎ ／。泵
顶梁 液压支柱 ， 工艺流程图如图 ｌ 。 ２ 充填工艺流程简要步骤
节可控制在 ６ ７ Ｉ ， 为 宜； ０ ５ ３ｈ ｎ 当料位过低 时， 泵排 量调节 在
６ｍ ／ 以下或停止 泵送 。 ０ ３ｈ
（） ２执行灰浆任务时 ， 灰浆任务量 ］ｌ ￣ｌ Ｏｌ ｌ ３左右。井下见灰
浆 ５ ５ ｉ、 １ｒｎ 泵压在 ２ —４ ｂｒ ａ ０ ０ ａ为宜 ； 泵排量 ６ ０—１５ ￣ｈ ０ｍ ／。
受的压力能防止顶板 跨落 、 表沉陷等 ， 地 应经 常 由化验 室做
面
图 ｌ 充填工艺流程图 （ 清洗管路 ） （） ；８结束充填工作。
３ 充填 操 作 工 艺
压力实验 （ 单轴抗压强度 ）测试试块在一定天 数所 能承受的 ， 压力 ， 根据试块的 承压参数 ， 调整砂浆 的配 比使 浆体凝 固后 能达 到预期 目的。配 比后 的充填料浆应具 有 以下特点 ： 料浆
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）。
膏体充填知识
背景：近20年来,膏体充填技术取得了很大的进步,在全世界范围内备受关注,尤其是加拿大、南非、澳大利亚、德国、美国等矿业发达国家得到应用。
优势：膏体充填技术可以使用全尾砂,具有料浆不脱水离析、充填体强度高、水泥耗量小等优点,是充填技术的发展方向。
限制条件：不得不承认,相对于浆体充填乃至高浓度充填而言,膏体充填所涉及的工艺环节多、控制精度高、初期投资大。
同时,膏体充填还有一些关键技术及理论亟待解决,比如尾砂浓密制备工序的完善、管道磨损、膏体输送理论、关键设备的消化与吸收等。
实质：膏体充填的实质在于膏体材料的胶质性及保水性分类：全尾砂膏体充填和粗骨料膏体充填（是在全尾砂中添加粗颗粒物料,如风砂、棒磨砂、水淬碴、碎石等,其目的是为了提高充填体强度,改善膏体流动性）。
现状：通过长期试验研究,在理论方面,膏体可泵性测定、膏体物料流变特性、膏体充填系统可靠性取得了可喜的成果,并提出了金川似均质料浆水力坡度经验公式;在工艺方面,膏体制备工艺、膏体输送工艺等方面成绩斐然,其中膏体二段连续搅拌设备已经定型,得到推广应用。
但是,试验过程中暴露出工艺复杂、设备较多、故障率较高等问题,尤其是全尾砂过滤脱水工艺设备存在一定的问题,井下添加水泥浆致使膏体浓度下降,影响了在金川的工业化应用。
技术原理：要制备合格的膏体并输送至井下充填采场(或尾矿库)一般要经过3个大环节，即尾矿脱水浓缩物料搅拌制浆高浓度管道输送尾砂膏体泵送充填工艺要求尾砂浆浓度为65%~80%,而选矿厂输送出的尾砂浆浓度通常很低,一般在25%~30%之间,因此,将选矿厂输送来的尾砂浆进行高效浓缩脱水非常重要。
金川公司全尾砂浓缩采用两级脱水浓缩工艺。
第1级为旋流器与高效浓缩机配套使用,共安装了Φ250旋流器64台,Φ100m浓缩机2台。
第2级为采用过滤机将尾砂浆制成含水率为20%左右的尾砂滤饼,其型号为DZ G30/1800水平带式真空过滤机,共2台。
但在试验过程中,过滤系统出现了过滤机的滤带调节阀损坏、过滤机不稳定、滤饼浓度太低、过滤机下料口堵塞、过滤机滤布严重跑偏、过滤机滤带被卡等事故。
浅谈膏体充填开采技术
（ １ ） 地 表沉 陷严 重 。我 国煤 矿 开采 对采 空 区 的处 理 方 法 主要 是 冒落法 ，对无 法 自行 冒落 的顶 板采 取 强 制放 顶 的措 施 ，传 统 的顶板 垮 落法 开 采 方 式 开采 后 将 引起 地 表 的沉 陷 ， 并 造 成 以下 问题 ： 土 地 资 源 的
３ ． 河 南 煤 炭 建设 集 团有 限 责任 公 司 ， 河 南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要 针 对煤 炭 资源 开采过 程 中存在 的大量 “ 三 下” 压煤 问题 以及 煤炭 采 出后给 人 类环 境造 成 的 巨 大损 害 ， 本 文提 出了采 用 膏体 充 填技 术 ， 并 对 充填 工世 流程 以及 采 空 区充 填 步骤做 出了相 关 的介 绍 。 结合 了山 西某矿 实例 ， 对其 经济 效益进 行 分析 对 比 ， 体现 了膏体 充填技 术的优 越性 。
破坏 ； 地面公用设施包括道路 、 桥梁 、 各种管道 、 通信 和输 电线 路 等 遭 破坏 ； 对地 面工 业 厂 房 、 设 施 产 生影 响； 对 居 民住 房 产生 影 响 ； 对水 体 及其 设 施 的破 坏 。 （ ２ ） “ 三下” 采煤 问题 突 出 。随着 煤炭 资 源开 采 规 模逐年增加 ， 一 部分 矿 井 煤 炭 资源 接 近 枯竭 ， 已经 开 始 面临 如何 处 理 “ 三下 ” 压 煤 问题 。 据 不 完全 统 计 ， 目前我 国仅 统 配 煤矿 的生 产 矿 井“ 三下 ” 压 煤就达 １ ３ ７ ． ９亿 ｔ ， 其 中建筑物下 ９ ４ ． ６ ８ 亿ｔ ， 占总压 煤 量 的 ６ ９ ％。几 乎 每一 个 矿 井都 有 建 筑 物 下压 煤 的问题 ，一 般 都 占矿 井储 量 的 １ ０ ％～ ３ ０ ％， 有的高达 ４ ０ ％。采用传统条带开采“ 三下” 压煤 的采 出率 只有 ３ ０ ％左 右 。因此 ， 怎样 解放 “ 三下 ” 压 煤 成为 煤 矿企 业 急需 解 决 的重 大技 术 难题 之 一 。 （ ３ ） 矿 山开采 产 生 大量 废弃 物 。煤 炭 生产 伴 随着 大 量 固体 废 弃 物矸 石 的排 放 ，传 统 处 理 方 式是 由井 下 提 至地 表 堆积 ， 形 成 煤矿 特有 的地表 特 征建 筑 物 一 矸 石 山 。排 放 矸 石侵 占土 地 、 污染环境 、 危 害人 类 安 全 。 同时 ， 煤 矿 区 自备 电 厂生 产 中排 放 大量 粉 煤 灰 ， 历 年 排放 达 到 ５亿 ｔ 以上 ， 且每 年新 增 ５～７千万 ｔ 。 针对 煤 炭 资 源开 采 过 程 中存 在 的大 量 “ 三下 ” 压 煤 问题 ， 煤矸 石排 放 、 环境 损 害及 土地 资源 问题 ， 中 国 矿业 大 学 钱 呜高 院士率 先 提 出 了煤 矿绿 色 开 采 技 术 『 ¨ 充 填 开采 技术 是绿 色 开采技 术 的重要 组 成部 分 ， 也
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。
关于煤矿膏体充填开采工艺分析
关于煤矿膏体充填开采工艺分析摘要：随着社会的不断进步以及人们环保观念的持续增强，煤矿膏体充填这种新型绿色环保煤矿开采技术也被越来越多的应用到了实际开采工作中去，并取得了非常有益的成绩，不仅极大提升了煤矿开采效率，同时还有效降低了煤矿开采对周边生态环境造成了的破坏。
但是，要想将这项技术的作用充分发挥出来，煤矿开采单位必须要跟上时代发展的脚步，准确把握开采工艺特点，结合煤矿实际情况展开开采模式优化，这样才能够进一步提高开采效率与质量，并避免周边环境遭到破坏，推动我国长远可持续发展。
鉴于这种情况，本文首先简单介绍了煤矿膏体充填开采工艺特点，然后详细分析了煤矿膏体充填开采工艺，希望可以为我国煤矿开采事业的持久发展起到一定的促进作用。
关键词：煤矿；膏体充填；开采工艺煤矿膏体充填开采工艺的主要应用机理为有效应用粉煤灰与煤矸石等固体废弃物，通过膏体充填开采技术的有效应用实现“三上一下”开采目标。
在应用这项工艺的时候，工作人员需要先把固体废弃物制成膏状浆体，然后再采用泵压这种手段，将其沿着管道运输到目标充填采空区中，从而有效预防塌陷、滑坡等现象，在保证开采安全性的同时，进一步提高开采效率与质量，防止周边环境受到破坏，并且经济性更为优秀。
所以，本文展开煤矿膏体充填开采工艺分析有着重要的现实意义。
一、煤矿膏体充填开采工艺特点介绍在煤矿开采过程中，融合和应用煤矿膏体充填开采工艺能够有效提高开采效率，降低开采需要花费的成本，并且有效避免煤矿周边生态环境遭受破坏，能够为我国煤矿开采事业的长远可持续发展提供更为强有力的支持和保障。
通过实际分析发现，煤矿膏体充填开采工艺主要有如下特点存在：首先，展开煤矿膏体充填处理的主要目标为减沉，以此来降低安全意外事故发生几率；其次，充填层与开采层所处工作面相同，需要使用专用膏体进行充填，这样才可以更好的隔离支架；再次，综合考虑煤矿实际情况展开充填材料选择，保证材料强度科学合理，并且保证充填结束3~5h以后，膏体就具备足够强度，可以满足煤矿开采需要。
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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。
截至当前, 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, 矸石的堆放不但占用土地, 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 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, 截止当前, 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, 从地面经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。
( 二) 充填材料
矸石膏体充填使用的材料是破碎煤矸石、电厂粉煤灰、胶结料( 如水泥) 和矿井水等。
( 三) 充填系统
矸石膏体充填系统主要由矸石破碎仓储系统、膏体搅拌制备系统、膏体泵送系统、工作面采煤及隔离充填系统四个子系统组成。
( 四) 充填设备及设施
1.矸石破碎仓储系统: 主要由前装机、板式给料机、鄂式破碎机、矸石分级筛、手选皮带、高细破碎机、振动除杂筛、袋式除尘器、除铁器、胶带输送机、刮板输送机和矸石成品料仓等设备及设施构成。
2.膏体搅拌制备系统: 主要由间隙式强制双卧轴混凝土搅拌机、倾斜皮带输送机、煤矸石仓、胶结料仓、粉煤灰仓、胶结料螺旋给料机、粉煤灰螺旋给料机、供水泵、称量斗和收尘袋等设备及设施构成。
3.膏体泵送系统: 主要由充填泵、料浆缓冲斗、充填管及其配件、管道压气清洗组件和沉淀池等设备及设施构成。
4.工作面采煤及隔离充填系统: 主要由充填液压支架、采煤机、刮板输送机、胶带输送机和辅助隔离设施构成。
地面充填工艺系统的监测与控制实现了无人值守自动化控制, 主要设备有控制柜、动力柜、计算机( 工艺流程控制程序和设备工作控制程序) 、传感器和摄像头构成。
图1 地面自动化控制系统硬件结构图
( 五) 充填工艺流程
充填工艺流程是一个先将矸石破碎加工, 然后把矸石、电厂粉煤灰、胶结料和矿井水等物料按比例混合搅拌制成膏体浆液, 再经过充填泵把膏体浆液输送到井下充填工作面, 充填由液压充填支架和辅助隔离措施形成的封闭采空区空间的过程( 充填工艺的流程如图2所示) , 整个过程分为矸石破碎、配比搅拌、管道泵送和充填体构筑等四个基本环节。
煤矸石
图2 岱庄煤矿矸石膏体充填工艺流程网络图。