超高水材料充填技术简介PPT课件
高水充填
以中国煤炭科学总院研究的高水充填材料为例，其组分如下：
甲组分包括下述成分：(wt%表示重量百分比)
Chinauniversity ofminingand 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。
2、（超）高水充填材料基本性能及水化反应机理
2.1高水材料基本性能
以上述煤炭科学总院研究的高水材料为例，这种材料形成的钙矾石多为针状，密实性提高，含水率可达86％～90％，固化体稳定性增强，后期强度也显著提高，弥补了普通高水速凝充填材料存在的缺陷。与普通高水速凝充填材料相比，强度各时段平均提高50％以上。
1、（超）高水充填材料组分
超高水材料是相对于高水材料而言的，超高球材料的水灰比（拌制水泥浆、砂浆、混凝土时所用的水和水泥的重量之比）可达11：1，而普通高水材料水灰比为2.5：1左右，两者用水量相差很大。目前按照标准，将水体积大于95％的材料界定为超高水材料，而低于95%的材料界定为普通高水材料。
高水充填采煤讲座
案例二
总结词
挑战与应对
详细描述
在复杂地质条件下，高水充填采煤技术面临着诸多挑战。为应对这些挑战，需深入研究地质构造、水文条件等因 素对采煤的影响，优化采煤工艺和技术参数。同时，加强现场管理和安全监管，确保采煤作业的安全和稳定。
案例三：高水充填采煤技术的经济效益分析
总结词
经济效益显著
详细描述
高水充填采煤技术作为一种新型采煤技术，具有显著的经济效益。与传统采煤技术相比，该技术可大 幅提高煤炭回收率，降低生产成本，增加企业经济效益。同时，该技术还可减少环境污染，降低治理 费用，为企业创造更大的社会效益。
充填材料性能
考虑充填材料的流动性、稳定性 、抗压强度等性能，以满足采煤 作业对充填体的要求。
充填系统设计
充填系统组成
设计包括充填材料制备、输送和充填 井下采空区的系统，确保充填作业的 连续性和可靠性。
充填设备选型
根据充填需求和现场条件，选择合适 的充填设备，如搅拌机、输送泵、充 填钻孔等。
充填工艺流程
目前，高水充填采煤技术已经在国内 外得到广泛应用，成为煤炭开采领域 的重要技术之一。
发展
经过多年的研究和实践，高水充填技 术逐渐成熟，应用范围不断扩大，成 为一种高效、低成本的采煤技术。
02
高水充填采煤技术实施
充填材料选择
充填材料种类
选择高水材料、膏体材料、混凝 土材料等作为充填主体材料，根 据采煤需求和现场条件进行选择 。
05
高水充填采煤技术未来发展展望
技术发展趋势
智能化发展
利用现代信息技术和人工智能技 术，实现高水充填采煤的智能化 控制和监测，提高采煤效率和安
全性。
绿色化发展
加强环保意识，推广绿色开采技术， 降低采煤对环境的影响，实现采煤 与生态环境的和谐共生。
超高水充填材料
超高水充填材料
超高水充填材料是一种用于地下空洞充填和固化的新型材料，具有超强的抗渗
透和抗渗漏性能，能够有效地防止地下水的渗透和泄漏，保护地下工程设施的安全和稳定。
该材料具有优异的耐水性能和高度的可塑性，能够在地下空洞中形成坚固的充填体，提高地下空洞的承载能力和稳定性，保障地下工程的安全运行。
超高水充填材料主要由水泥、砂、砾石和特殊添加剂组成，经过科学配比和精
密搅拌制成。
该材料具有优异的流动性和自流平性，能够在地下空洞中充分填充并覆盖各种不规则空间，形成均匀、致密的充填体，有效地填补地下空洞，提高地下空洞的整体稳定性和承载能力。
超高水充填材料具有优异的耐水性能和抗渗透性能，能够有效地阻止地下水的
渗透和泄漏，保护地下工程设施不受地下水的侵蚀和侵害。
该材料还具有良好的抗压性能和抗冲击性能，能够有效地承受地下水压力和地下水流的冲击，保障地下工程设施的安全运行。
超高水充填材料适用于各种地下空洞的充填和固化，如地下矿山、地下隧道、
地下仓库等。
该材料能够有效地填补各种不规则空洞和空间，提高地下空洞的整体稳定性和承载能力，保障地下工程设施的安全运行。
同时，该材料还具有良好的环保性能和可持续性能，能够有效地减少对自然环境的影响，保护地下水资源和生态环境。
总的来说，超高水充填材料是一种具有广泛应用前景和良好经济效益的新型材料，能够有效地保护地下工程设施的安全和稳定，促进地下资源的有效开发和利用，推动地下工程建设的持续发展。
随着科学技术的不断进步和社会经济的不断发展，超高水充填材料将在地下工程建设领域发挥越来越重要的作用，为地下空洞的充填和固化提供更加可靠和有效的技术支持。
充填法技术交流PPT课件
2020/4/10
3、铁矿山充填意义及特点
充填采矿的经济平衡
相关研究表明：充填法单方充填工序成本为80～ 100元/m3，当矿石吨矿价值为250元/t、采矿回收 率提高8％时，矿山充填可实现效益平衡。
保守估计，程潮铁矿采用充填法开采可以提高矿石 回收率5～6％，同时降低贫化率15～20%，基本上 可以抵消充填带来的成本增加。
20
2020/4/10
分段凿岩、阶段出矿、阶段充填采 矿方法标准图
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2020/4/10
南京铅锌矿示范工程
矿区地表不建 造尾矿库和废 石场，实现固 体废料“零排 放”，达到矿 产资源开发与 生态环境和谐 协调的目标
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2020/4/10
三零排放开采系统
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2020/4/10
5、项目研究内容及计划
(1)充填采矿法的回收率控制在90%以上，贫化率控制在10%以下； (2)通过综合比较分析，确定深部最优充填采矿方法； (3)组织国内充填法相关矿山考察学习； (4)提交阶段报告，完成全部研究工作。
25
22001200//044/1/208
5、项目研究内容及计划
阶段一 深部充填法开采前期关键技术研究
34
-690～ -1007
矿体主要为含铜磁铁矿、 矿 石 f=9 ， 坚
含 铜 蛇 纹 石 和 含 铜 矽 卡 岩 。硬 稳 固 ； 大 理
矿体直接顶板主要为大理 岩 f=9 ； 粉 砂
岩，矿体底板主要为粉砂 岩f=12 ；石 英
岩和石英闪长岩。
闪长岩f=12。
矿块垂直走向布置，长为矿体水 平厚度。一个矿块划分为矿房和 矿 柱 ， 其 中 矿 房 宽 18m ， 矿 柱 宽 15m，阶段高度60m。
高水膨胀材料充填采煤技术简介
高水膨胀材料充填采煤技术简介一、研发背景“三下”压煤是我国煤矿普遍存在的问题。
据统计，国有重点煤矿的压煤总量约138亿吨。
其中，建筑物下压煤近90亿吨。
由于村镇规模的不断扩大，实际压煤量远高于这一数字。
仅以山东为例，现有的80亿吨煤炭储量中有50%是“三下”压煤。
我国现行的“三下”压煤的开采技术，存在的突出问题是：或资源的回收率低，或地面发生明显沉降。
据文献报道，条带开采方式虽然能保证地面不发生明显沉降，但其资源回收率不到50%。
水沙、矸石、膏体和似膏体等充填开采方式的回收率虽能提高到65%左右，但不能保证地面不发生明显沉降和不能保护地上建筑物不受破坏。
长期以来，我矿一直受到“三下”压煤和地表“沉降”两大难题的困扰：一是不断增加的地面建筑物使近千万吨的储量变为“三下”压煤而无法采出；二是垮落法采煤导致的地表沉降使周边村庄的房屋建筑和良田受到较大破坏。
也正是由于这两大难题的存在，具有丰富主焦煤资源的临淄煤田的开发曾被永远放弃。
二、技术要点1、充填材料（1）原料成份A、基料：粉煤灰、赤泥、尾矿、风积沙等硅质材料；B、辅料：石膏、石灰、水泥、铝养熟料和膨胀剂。
（2）料浆特性将基料和辅料混合后，制成固水质量比为1：1.3～1.5的充填料浆，即高水膨胀材料。
其特点为：A、良好的流动性。
料浆在2小时以内呈液体状态，可实现自流输送。
B、适度的膨胀性。
料浆2小时以后开始固化并伴随30%以下的体积膨胀。
体积膨胀可使固化后的充填体实现与顶板的主动接触。
C、足够的稳定性。
固化后的充填体是基料中的二氧化硅、三氧化二铝与辅料中的碱土氢氧化物发生化学反应而生成的具有水硬胶凝性能的含水硅酸钙和含水铝酸钙。
这两种化合物的化学性质非常稳定。
D、较强的抗压性。
固化后，充填体的单向抗压强度表现：12小时达到0.5Mpa；24小时达到1.2Mpa；2个月达到15Mpa；19个月达到30Mpa。
2、充填工艺（1）料浆制备系统A、初浆罐。
近水平浅埋煤层超高水材料充填工艺与方法
２ １ 充填 工作 面 简介 ．
１ １ 充 填试 验 面 位 于 田庄煤 矿 广 场 以北 １ １— ６１ ６
达到 ０ ６ ，６～１５ Ｍ ａ ． Ｐ 。超 高水 材 料水 体 积可 达 ９ ％ ， ７
关键 词 超 高水材料 ； 水 平 ； 近 浅埋煤 层 ； 充填 开 采 ； 充填体
中图分 类 号 ： Ｄ ２ ． 文献 标 识码 ： 文章编 号 ：６ ２— ６ ２ ２ １ ） ２— ０ １ ４ Ｔ ８ ３７ Ｂ １７ ０ ５ （０ １ ０ ０ ２ —０
据统 计 ， 国生产 矿井 三 下压煤 达 １ ０亿 ｔ特别 我 ４ ，
第 ２期 ห้องสมุดไป่ตู้２ １ 年 ２月 ０１
・
山 西 焦 煤 科 技
Ｓ ｎ ｉＣｏ ｉ ｇ Ｃｏ ｌＳ ｉ ｎ ｅ ＆ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈａ ｘ ｋ ｎ ａ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ
Ｎｏ ２ ．
Ｆｅ ２ １ ｂ． ０１
试验研 究 ・
近水平浅埋煤层超高水材料充填工艺与方法
周 振 冯光 明 ， ， 王成 真 夏 文 营 ，
（． １ 中国矿业 大学 矿 ３ 工程学院 ， ， ｋ 江苏 徐州 ２ １０ ；． ２０ ８２ 临沂矿 ３ 集团 田庄煤矿 ， 东 兖州 ． ｋ 山 ２２０ ） ７ １０
摘
要
超 高水材 料是 一种 新 发 明的采 空 区充填 材 料 ， 水体 积 可 达 ９ ％ ， ７ 水灰 比 可接 近 １ ： １ １ 。
生产 超 高水 材料 的原 料 丰 富 ， 生产 工艺 简单 。该
材料具 有 速凝 早 强 、 浆 流动 性好 、 单 初凝 时 间可 调 ， 固
柏建彪高水充填材料沿空留巷技术PPT课件
第一工作面
采空区
充填带
巷道
移近速度
第二工作面
ⅠⅡ
Ⅲ
柏建彪教授13951359087
Ⅳ
Ⅴ
4
高水充填材料沿空留巷技术
1 沿空留巷的意义
3）减少下井人数，掘进1条巷道每天用工40~50 个，沿空留巷每天用工6~10个；
4）实现Y型通风，解决隅角瓦斯积聚的问题；增 加1条回风通道和抽放采空区及下区段和邻近煤 层瓦斯的场所，实现煤与瓦斯共采。
柏建彪教授13951359087
高水充填材料沿空留巷技术
沿空留巷成功案例之五：天安煤业二矿
留巷施工期间巷道维护效果
第二个工作面回采前方巷道维护效果
柏建彪教授13951359087
高水充填材料沿空留巷技术
高水充填材料充填冒顶空巷实例：潞安集团 王庄煤矿，综放工作面面长270m、前方有1条 空巷、巷道沿底板掘进。
高水充填材料沿空留巷技术
4 高水充填材料巷旁充填 沿空留巷技术
柏建彪教授13951359087
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高水充填材料沿空留巷技术
高水充填材料（BX）性能水平
No 水灰比
凝结时间/min 初凝 终凝
抗压强度/MPa 4 h 24 h 7 d
1 1.50:1
7
22 4.48 9.14 12.16
2 1.90 : 1 8
对拉钢筋
5根/m 60元/根
8
二次复用时卧底及其它费用
总计：
多回收焦煤产生的效益
140 500 175 300 300 4415
采高 2m
煤柱宽度 20m
容重 1.35
煤的重量 吨煤利润
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。
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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。
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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
8
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
5 Ａ
2 3
Ａ
1
5
α
A--A
1-采煤机；2-刮板输送机 3-液压支架；4-转载机；5-充填体
4
开放式充填开采示意图
9
3 超高水材料采空区充填方法
（2）采空区全袋(包)式充填法
采取有效的解决“三下”煤炭开采的 技术方法与途径，对全省乃至全国十分重 要。
5
2 超高水材料简介
1）超高水材料的基本构成 主要有AB料组成：其中A料主要以铝土矿、石膏等 独立烧制并复合超缓凝分散剂；B料由石膏、石灰 与复合速凝早强剂构成。同时配以悬浮分散剂。二 者混合比例：1：1；材料水体积可达97%。 特点：材料固结体体积应变较小；凝结时间易调； 输送距离不受限制等。
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5 开采工程实践
充填试验面基本情况
（2）工作面煤层及围岩地质状况
① 煤层与顶底板
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5 开采工程实践
充填试验面基本情况
（2）工作面煤层及围岩地质状况
② 直接顶与老顶
③ 水文地质情况
➢ 直接顶初次垮落步距为25m，老顶初次垮落步距40m。 ➢ 直接顶与老顶具有较好的稳定性。
主要含水层为2＃煤底板火成岩及顶板砂岩。工作面推进过 程中，最大涌水量10m³/h左右。水文地质情况比较简单。
超高水材料可长距离输送，充填泵站布置比较灵活。可布 置于地面，亦可布置在井下，各具优点。可依据具体矿井条 件，灵活布置。 充填工艺系统应具备以下特征： ① 充填能力充大填；泵②站布不置影于响地工面作、面井开下采比较；表③ 工艺系统简单、 自动化程度高；④ 初期投入低。
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4 超高水材料充填工艺系统
充填试验面基本情况
（1）井上、下概况
➢ 11611工作面标高A：-
143.0～-187.0m ， 对应地表标高171.2m～
179.1m。
➢ 工作面长度平均50m，
倾斜长220m。
➢ 煤层厚度3.5~4.3m，
倾角10°~13° 。
➢ 工作面埋深：
315.1~365.9m。
充填试验面地面、井下位置对照示意图
非干式充填
块石胶结充填 胶结充填
全尾砂胶结充填
膏体、似膏体胶结充填
高水速凝胶结充填
超高水材料胶结充填
4
1 项目背景
（4）山东省“三下”压煤现状
截止到2011年底，山东省菏泽、济宁、枣庄等8个市 共有压煤村庄1949个，共压覆可采储量472103万吨，占 到可采储量总数的44.5%,成为制约省我煤炭生产接续的 最大瓶颈。
10%～15%，有些小煤矿在8%以下。 ➢ 回采率不高
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➢ 中乱建采筑滥物挖下87.6亿吨，村庄下又压煤占建筑物下压煤的60％。
➢ 对水资源的破坏 ➢ 造成土地资源的破坏 ➢ 产生大量有毒有害气体
3
1 项目背景
（3）充填开采技术现状
干这式些充技填术－在矸不石同充的填开技采术条件 下都起到了较好水的砂效充果填。 尾砂胶结充填
5
Ａ
6
L
2
Ａ
5
6
31 2
α ＡＡ
1
1-采煤机；2-刮板输送机；3-液压支架
4-转载机；5-充填体；6-开切眼位置
3 4
采空区袋（包）式充填示意图
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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
Ａ B 1 3 4
31 5
α
2
Ａ--A
31
α
2
B--B
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
2 超高水材料简介
2）超高水材料基本性能
（1）超高水材料水体积可高达97%，最终强度可达 0.66MPa，材料凝结时间可据需要在90min内调整。 （2）材料具有早强、快硬的特点，7天抗压强度能够达到最 终强度的60~90%，材料体积应变较小，在三向受力状态下 具有不可压缩性，利于现场充填应用。 （3）超高水材料固结体主要由钙矾石构成，结构为纤细的 丝网状结构，具有高持水特性。在封闭状态下，超高水材 料固结体可保持长期稳定。 （4）超高水材料A、B单浆可视为牛顿流体，混合浆为振 凝时变性非牛顿流体。
超高水材料充填开采 技术简介
1 1
主要内容
1 项目背景 2 超高水材料简介 3 超高水材料采空区充填方法 4 超高水材料充填工艺系统 5 充填开采工程实践 6 经济及社会效益 7 主要结论与展望
2
1 项目背景
（1）我国煤炭资源赋存特点
资源浪费 煤炭开采对环境造成破坏
（2原）国煤有炭重开点煤采矿存60在%左的右主，要地方问不题到40%，乡镇仅为
Ⅲ Ⅱ
12701 上 04 面
12701 上 03 面
12701 上 02 面
超高水材料井下充填系统的建立
（2）浆体制备系统
制浆系统工艺流程
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4 超高水材料充填工艺系统
超高水材料井下充填系统的建立
（2）浆体制备系统
半 连 续 制 浆 子 系 统 平 、 立 面 布 置 图
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4 超高水材料充填工艺系统
超高水材料井下充填系统的建立
（3）充填泵站主要设备
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5 开采工程实践