深井开采充填体抗压强度试验研究
第九章 深井充填理论与技术
9 深井充填管道输送技术9.1 深井环境下充填的特殊性目前，世界上开采深度超过千米的矿山已近百座，澳大利亚的芒特艾萨铜多金属矿开采深度达2600m，南非威斯沃特斯兰德矿，回采深度已接近地表以下4000m[1]。
因此可以预计，在不远的将来，开采深度将会超过5000m，甚至6000m。
随着浅部资源的逐渐枯竭和深部资源勘探力度的加强，我国愈来愈多的矿山将进入深井开采阶段。
如山东新矿集团孙村煤矿、安徽铜陵冬瓜山铜硫矿、广西高峰矿业有限责任公司等开采深度已经超过或接近1000m。
根据矿床开采工作所面临的地压问题，按开采深度可分为以下几类：1）开采深度小于300m，称浅井开采。
在此深度内采矿时，一般地压显现不严重，即使发生地压活动，也属静压问题，易于处理；2）开采深度300～800m，称为中深井开采。
根据矿体赋存条件、矿岩的物理力学性质，在掘进或开采过程中，可能发生轻度岩爆，如岩石弹射等现象；3）开采深度800～2000m，为深井开采。
在此深度内具有二类变形特征的岩石会发生频繁的岩爆，影响作业安全；4）回采深度大于2000m，为超深井开采。
众所周知，与浅井或中深井开采相比，深井或超深井开采（以下统称为“深井开采”）这一特殊环境将带来一系列安全问题，主要包括岩爆（rockburst）、高温、采场闭合和地震活动等，其中尤以岩爆为主要危害，国内外深井矿山开采实践表明，充填采矿法，特别是管道自流输送的胶结充填采矿法，由于充填效率高，可有效预防和控制岩爆，降低工作面温度，成为深井矿山首选采矿方法，但是充填采矿法用于深井开采环境不同于浅井，其特殊性在于：1）浅井开采地压显现以岩石片帮、顶板岩石表面剥落和破坏为主要特征，即使发生岩爆其规模和破坏性都非常有限。
而深井开采，原岩应力高，岩石的应变能高度聚集，并在瞬间成爆炸性释放，其破坏性极为剧烈，并可能导致地震活动，因此充填体的主要功能将是阻止或减缓这种能量瞬间的释放，这就对充填体性质和质量有更高的要求，因此通过充填体质量的有效控制，可以达成低成本、高质量构筑深井充填体的目标；2）在浅井开采中，充填料管道自流充填系统应用最为广泛，但由于浅部开采充填倍线一般变化为4～8，因此充填料浆的输送质量浓度受到很大限制，一般变化在65～72%，这使得充填料浆进入采场后，脱水量大、水泥离析严重、充填体固结慢、强度偏低、充填质量不高。
千米深井综采工作面原矸充填可行性研究
千米深井综采工作面原矸充填可行性研究张金魁;夏均民;张军;许瑞强【摘要】Rock-burst and coal spontaneous combustion was serious in Tangkou Colliery with 1000m depth mine. Quantity of coal re-source under village is large and the cost of strip mining or village relocation was vast. The feasibility of full-mechanized stowing mining in 1000m depth mine was analyzed. Result showed that gangue stowing mining technology could effectively keep roof stability, reduce rock-burst possibility, largely decrease surface subsidence, effectively protect surface buildings, and prevent effectively possibility of spontaneous combustion of coal-pillar and float coal in gob. Stowing technique and equipment parameter was designed and applied in 730 mining zone. Accumulated economic profit reached 327, 070, 000 RMB, technical and economic benefit was obvious.%唐口煤矿千米深井冲击地压、自然发火等危害严重；同时村庄压煤量大，应用条带开采及村庄搬迁成本巨大。
水玻璃对充填体抗压强度及弹性模量影响的研究
水玻璃对充填体抗压强度及弹性模量影响的研究郑敏;罗宝金;孙鹏【摘要】充填体的性能对矿山的正常开采至关重要,在充填料浆中加入一定的早强剂能有效提高充填体早期的强度,对保证矿山采充循环具有重要意义.以水玻璃掺量和养护龄期为控制变量,研究充填体抗压强度和弹性模量的变化规律.室内试验结果表明:随着水玻璃早强剂在一定添加范围内增加,充填体的抗压强度和弹性模量随龄期的增长而增大;当水玻璃掺量为10％,养护龄期为3,7d时,充填体的抗压强度为3.02,3.67 MPa,是未掺量组的154％,118％,且未影响充填体的最终强度;10％水玻璃早强剂掺量是提高充填体早期强度和最终强度的最佳值.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】4页(P149-151,156)【关键词】水玻璃;早强剂;抗压强度;弹性模量;养护龄期【作者】郑敏;罗宝金;孙鹏【作者单位】广东省冶金建筑设计研究院;广东省冶金建筑设计研究院;广东省冶金建筑设计研究院【正文语种】中文随着矿山不断向地下深部开采，采场地压控制、采空区地表塌陷、资源综合利用和尾砂放置等问题逐步显现，充填采矿法因其众多优点而运用得愈加广泛[1-2]。
诸如废石尾砂胶结充填、超高水充填、超细尾砂自流胶结充填、矸石充填和膏体充填等充填技术、充填物料、料浆配比及外加剂等在诸多理论与实践中得到极大丰富与发展[3-7]。
影响充填体性能的因素很多，主要有粒度组成、浓度、水泥含量、养护时间、温度、湿度等[8]。
以往学者在充填体的材料、配比及力学性能等方面做了众多深入研究：刘志祥、李夕兵等[9]研究了在深部开采高阶段尾砂胶结充填中充填体和岩体的匹配，并对分层充填体的配比进行了优化；徐文彬、宋卫东等[10]研究了充填体在三轴压缩试验下的变形破坏和能量耗散，从能量角度分析了充填体屈服应力随围压增大而有所提高；孙琦、张向东等[11]通过分析膏体充填胶结体的蠕变特性，构建出相应的损伤演变方程和蠕变损伤本构模型；郭利杰、杨小聪等[12]通过对废石尾砂胶结充填体进行了系统试验探究，得出影响充填体力学特性的主要因素及其关系。
某矿膏体充填物料综合性能实验研究
膏 体 充填 技 术 是 目前 技 术 水 平最 高 ， 应 用 效 果 最好 的充填 工艺 ， 在 国 内将 会 得 到 了更 加 广 泛 地 使 用 。膏 体充 填工 艺 由材料 制备 、 输送、 采 场 固结 三大
流程 组 成 ， 因 此 膏 体 充 填 材 料 的流 动 性 能 、 泌 水 性 能、 强度 性能 影 响着整 个 工艺 的应 用效果 ， 因此需 要 开展 相 关 的前期 实 验 ， 以期 达 到最 优 的膏 体 配 比和
表 １ 膏 体 充 填 材 料 物 理 性 质
地 表尾 矿＿ 】 ］ 。另外 ， 随着浅 部矿 产 资源 日趋枯 竭 ， 我
国矿 山进入 深井 开采 阶段 。充 填开 采技 术在 解决 深
部 地压 、 维 护采 场 稳定 、 控 制 地表 沉 陷 、 保 护 生 态 环
境 等方 面具 有十 分重 要 的作用 ］ 。
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ８ ０ ３ 文献标识码 ： Ａ
１ 前 言
采 矿 是将 地 下 资 源 转 移到 地 表 的过 程 ， 必然 出 现 大量 的井 下采 空 区和 地 表 尾 矿库 ， 并 成 为金 属 矿 山的两 大危 险 源 。而膏体 充 填在 环保 、 安全 、 经 济方
第 ３ Ｏ卷 第 １ 期
２ ０ １ ４年 ２月
有 色 矿 冶
Ｎ０Ｎ — Ｆ ＥＲＲｏＵＳ Ｍ Ｉ ＮＩ ＮＧ ＡＮＤ Ｍ ＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖｏ １ ．３ Ｏ ．№ １ Ｆｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０１ ４
文章 编 号 ： １ ０ ０ ７ ～９ ６ ７ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ —０ ０ １ ９ —０ ４
在 充填 骨料 中 ， 全尾 砂 所 占 的 比例最 大 。全尾
大采高高水材料巷旁充填体宽度与强度试验研究与应用
大采高高水材料巷旁充填体宽度与强度试验研究与应用崔景昆;丰云雷;孙春东;李盟【摘要】The key of driving roadway along gob is obtaining width and strength of stowing body. Success of driving roadway along gob was judged by roof subsidence,roadway deformation and that whether roadway section meet mining requirement after the roadway was influ-enced by mining. According to actual geological and mining condition of Hengjian Colliery,applying CM250/ 18 plane stress test platform to making analogue simulation, rational width and strength of stowing body was obtained for 2505 mining face of Hengjian Colliery.%沿空留巷关键是确定巷旁充填体的宽度和强度，然后再通过观察留巷顶板下沉、巷道变形以及当受采动影响稳定后，巷道断面大小是否满足生产需要，以最终确定留巷的成功与否。
根据亨建煤矿实际地质生产条件，通过采用河北工程大学 CM250/18平面应力试验台做为模型，做一系列的相似模拟试验。
最后，通过观测数据分析来确定亨建煤矿2505工作面的特定条件下沿空留巷最终充填体的宽度和强度。
【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】3页(P58-60)【关键词】高水材料;充填体;宽度与强度;相似模拟;沿空留巷【作者】崔景昆;丰云雷;孙春东;李盟【作者单位】河北工程大学资源学院，河北邯郸 056038; 河北省煤炭矿井建设工程技术研究中心，河北邯郸 056038;河北工程大学资源学院，河北邯郸 056038;河北工程大学资源学院，河北邯郸 056038; 冀中能源邯郸矿业集团有限公司，河北邯郸 056002;四川宜宾学院矿业与安全工程学院，四川宜宾 644100【正文语种】中文【中图分类】TD353冀中能源邯矿集团亨建煤矿是一个开采已久的老矿井。
充填采矿技术应用发展及存在问题研究
充填采矿技术应用发展及存在问题研究摘要:矿产资源属于自然资源,具有巨大的利用价值,随着能源危机不断加剧,人们对于矿产资源的关注度也越来越高,因此,对采矿技术的应用发展及存在问题进行研究非常有必要。
基于此,本文以《充填采矿技术应用发展及存在问题研究》为题,进行了以下几方面的分析与探讨。
关键词:矿产资源充填采矿技术应用与发展问题根据矿产资源的实际分布情况,采取相应的开采技术不仅能够保证采矿安全和采矿效率,还有助于提高采矿企业的经济效益。
但是,随着采矿技术的应用,由于受到多种因素影响,难免存在一定的不足,所以,作为新时期背景下的采矿企业必须重视采矿技术的应用,针对应用中存在的不足,采取有效的解决方法,这样不仅有助于促进采矿技术的发展,还有助于促进企业的升级与转型。
1 充填采矿技术概述1.1 充填采矿技术的优势1.1.1 相较于其他采矿技术充填采矿技术更加适用于深井矿产的开采作业,通过对深井中的采空区输送填充材料,使其成为填充体,以此加强围岩支撑强度,优秀的避免了围岩出现位移或损坏的情况,进一步提高了采矿质量与效率,确保了采矿安全。
1.1.2 在同一水平线上充填开采技术所获取的采矿效率要高于其他采矿技术,不仅能够降低采矿区域的贫化率,还能进一步提高采矿企业的经济效益。
另外,若是需开采的矿床具有自然倾向,那么采用充填采矿技术,不仅降低或避免火灾的发生机率,还能为采矿人员的人身安全提供可靠的保障。
1.1.3 充填采矿技术是一种机械化要求较高的采矿技术要求在整个采矿过程中都应是机械化操作,所以,充填采矿技术所需的机械化设备与产品也较多。
例如凿岩台车、矿石铲运机、锚杆机等等。
机械化的采矿技术在采矿效率上要远高于人工作业的采矿效率,最终获取的经济效益也更加惊人。
1.2 充填采矿技术的发展历史我国充填采矿技术的发展历史主要能分为三个阶段:第一阶段,20世纪五、六十年代。
该阶段的充填采矿技术主要包括水力充填技术和废石干式充填技术两种,其中废石干式充填技术占据着主导地位,但是该技术存在人工劳动量需求大、工作效率低下的情况,随着时代的进步和矿产业的发展,废石干式充填技术不再适应采矿企业的生产要求。
煤矿充填开采技术现状和建议
煤矿充填开采技术现状和建议摘要：在我国现代社会生产力水平不断提升的背景下，工业生产、发电生产等对于煤炭资源的需求总量提高，为了满足生产需求，需要提升煤矿开采效率。
在煤矿开采过程中，需要加强对开采技术的创新与优化，其中充填开采技术具有良好的作用，但是当前该技术的具体应用还存在着一些问题，需要对充填开采技术进行调整。
因此，本文将对煤矿充填开采技术现状方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，希望可以对相关企业有所帮助。
关键词：煤矿生产；开采效率；充填开采技术；技术现状；建议措施在我国煤矿行业发展过程中，传统的开发利用方式造成严重的资源浪费，且会对环境造成负面影响。
为了有效治理矿区环境、提升开采效率以及降低开采引起的环境污染，提出了绿色煤矿开采的理念，其中充填开采技术具有良好的应用效果，能够有效降低煤矸石、粉煤灰等固体废弃物的排放，还能够降低开采对环境产生的污染与破坏，进而提升煤炭资源回采率与利用率，是一项科学的煤矿开采技术，所以需要准确掌握该技术的应用要点，结合应用现状对技术进行创新优化。
1煤矿充填开采技术现状分析1.1煤矸石充填开采技术煤矿矸石充填开采技术，是将井下采煤、掘进生产过程中产生的矸石与地面洗选期间产生的矸石，利用机械破碎方式进行处理，通过固体物连续输送系统将矸石输送到井下的一项技术，经过输送机运输到地面，最后通过刮板式运输机、充填一体化液压机设备等对采空区进行充填，结合捣实机对其进行多次夯实，能够实现对采空区的密实充填。
矸石开采选择的主要填料为煤矸石，该材料来源广泛，成本较低，能够实现对煤矸石的二次利用，将闲置的煤矸石再次使用，且该处理方法流程简单，具有良好的稳定性，在我国许多矿区中具有广泛的应用，但是该充填技术的密实度相对较低，一般只能够达到80%左右，降低地表沉降的效果相对较差[1]。
1.2膏体充填开采技术在煤矿开采生产中，膏体开采技术的应用较为普遍，是指将产生的煤矸石、电厂产生的粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物，在地面加工成为不需要经过脱水处理、类似牙膏状的浆体充填材料，之后对其进行加压处理，通过充填管道将其输送到井下，在合适的时间将采空区进行处理。
深井矿山膏体充填系统增阻减磨试验研究
能与 管线 阻力 损失之 间 的大小 关 系 ， 可将 浆体 管输状
态分为 ３ 种情况 ： 无法输送 、 满管输送和不满流输送 。
假设 系统 高差 为 ｈ ， 管 线水 平长 为 ， 浆体 容重及 其 在 管输 过程 中的水 力坡 度 分 别 为 Ｙ 和ｉ 。 当系 统 充填 倍线 较大 时 ， 有 ｈ＜ｉ （ ｈ＋ Ｌ ） ， 此 时 充 填系 统 中浆 体 重力 势能 不足 以克服 系统 沿程 阻力 ， 导致 浆体无 法 自 流输 送至采 场 ， 堵塞 在 充 填 管道 内 ， 从 而 造 成爆 管等
ｙ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ｎ ． 店
Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｓ ｅｏ Ｇ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｍｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ ：
均匀 状态 。 由于满管 输送 代表 的是一 种 Ｉ 临界状 态 ， 在 自流 充填 工艺 的实 际生产 过程 中 ， 浆 体输送 完全 满管 很难 实现 ， 一般 都是 通 过 各 种措 施 ， 尽量 改 善 系 统 满 管状 态 以延长 管道使 用 寿命 。
在 自流输送 的充 填 系统 中 ， 料浆 流动 的动 力 由垂
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采矿技术
第ｌ ０卷
第 ２期
２１ ０ ０年 ３月
Ｍ ａ ．２０１ ｒ ０
Ｍ ｉ ｉ ｃｈ ｏｏｇ ｎｎｇ Ｔｅ ｎ ｌ ｙ，Ｖｏ ．１ ， １ ０ Ｎｏ． ２深 井 开 采 充 填 源自 抗 压 强 度 试 验 研 究
关 键词 ： 填体 ； 压 强度 ； 充 抗 分级尾 砂 ； 强度 试验
金川 矿 区处 于高地 应力 区 ， 体埋 藏深 、 矿 岩体 破 碎 、 采条 件极差 ， 开 采用 的下 向进路 胶 结充填 采矿 法 开 采 ， 填体 的稳 定性 和 回采 区 域 的地 压 控 制 一 直 充 是 金川镍 矿在 开采 过程 中所 遇到 的难题 。根 据金 川 矿 区深部 开采 技术 条件 ， 选择 典型 采场 现场取 样 ， 并 在 室 内对 不 同材 料 充 填 体 进 行 了单 轴 抗 压 强 度试 验， 在试 验 的基础上 ， 研究 了不 同材 料充 填体 的力 学
图 ２所 示 。
２ ８ｄ的高 浓 度 砂 浆 充 填 试 块 和 分 级 尾 砂 膏 体 充 填
试块 的单轴 抗压 强度 。为使 试 验试件 误差 降低 到最 低 ， 常温 下 ， 相 关 配 比要 求 ， 确 秤 量 了各 种 充 在 按 准
填材料 后 ， 拌均 匀 ， ７ ． ｍ × ０ ７ｍｍ × ０ ７ 搅 用 ０ ７ｍ ７ ． ７ ．
由图 １和 图 ２可 以分别 得到高 浓度砂 浆 充填材 料和分 级尾 砂 膏体 充 填 材 料 的 最 大 载荷 （ ， Ｐ） 以及
达到最 大 载荷 时 的最 大 位 移 （ ） 进 步 可 以计 算 得 Ｓ，
到分级 尾砂 膏体 充填材 料 的抗压 强度 （ｒ） 见 表 １ ｏ ， 。
采
矿
技
术
２ １ ，０ ２ ００ １ （ ）
强度也 是分级 尾 砂 膏体 泵 送胶 结 充 填 材料 的 １２ ．９
３ ５ ３ ０
一
倍， 两种试 件破坏 时 的最 大位移基本 相 同。
性能。
在试 验 前 ， 定 了试 块 表 面最 为 平整 的 两个 面 选
为加载平 面 ， 验 开始后 ， 试 将试 块放 在试验 机加 载平 面中心 ， 尽量保 证 受 力均 匀 ， 因为 试 块 高度 较 小 ， 所
以在加载 过程 中用 一 圆 形垫 片辅 助试 验 ， 保证 试 验 的正常 进 行 。试 验 过 程 中 ， 定 加 载 速 率 为 ０ ５ 设 ．
度为 ９ ％ ±１ ） ｌ ％ 下养 护 ２ ， ８ｄ 然后 进 行相 关 的力 学
试验
对 比表 １ 结果 可 知 ， 浓 度砂 浆 充 填 材料 的 的 高 抗 压强 度大 于分 级尾 砂 膏 体 充 填材 料 的抗 压强 度 ，
高浓度 砂浆 充填材 料 的平均 最大载 荷是 分级尾 砂膏 体 充填 材料平 均最 大载 荷 的 １ ２ ．９倍 ， 平均 最大抗 压
摘
要： 结合金 川矿 区深 井开 采复 杂条件 ， 选取 典 型 区域 进行 充填体 现场取 样 。确 定 了充
填体抗 压试 验方 案 ， 选择 Ｉ Ｓ Ｒ Ｎ ３ ６电液压 伺服 材料 试验机 分 别对 高浓度砂 浆 充 填材 Ｎ Ｔ Ｏ １４ 料 和 分级尾 砂 膏体 充填材料 试件 进行 了抗 压 试验 。研 究表 明 ， 高浓度 砂 浆 充填 材 料 的最 大载荷 和最 大抗 压强 度均 大 于分级尾 砂 膏体 充填 材料 的相 应值 ， 两种 试 件破 坏 时的 最 大 位 移基 本相 同， 究 结果 为矿 山制 定 不 同采场 充填体 选择 方案提 供 了重要 的依据 。 研
黄 恒 刘 晓 明 ， ， 倪
（ ． 南万 源评估 咨 询有 限公 司 ， 湖 南 长沙 １湖
彬
７０ ０ ） １０ ２
４ ０ １ ；． １０ ２ 中南大 学资 源与 安全 工程学 院 ， １
湖南 长 沙 ４ ０８ ；． １０３ ３ 西安 有色 冶金设 计研 究 院 ， 陕西 西安
表 １ 不 同 材料 的 充填 体 抗压 强度 单 位 ：ＩＩ ／Ｐ！ Ｖ
ｍ 的标准水 泥砂 浆三 联 试模 浇注 制 作试 件 。 制作 ｍ
高浓度 砂浆 自流充 填试 件 （ ） 分 级尾 砂 膏 体泵 送 Ｓ和
胶结 充填试 件 （ 各 ３个 。 Ｇ）
所有试件在浇 注完成后 ， 即放 入 Ｓ Ｂ ～４ Ｂ Ｈ Ｙ ０ 型数控 水 泥砼标 准 养 护 箱 中 ， 护 ２ 养 ４ ｈ后 ， 试 件 待 凝 固有 一定 强度后 拆 模 ， 件 脱 模 后 放在 标 准 养 护 试 箱 中。在标 准养 护条 件 （ 温度 为 ２ ￣ ０Ｃ±１ 相对 湿 ｏ Ｃ，
试件 的抗 压强度 采用 轴心 受压 形式 。 根据 材料 特性 及 试验 方 案 ， 择 Ｉ Ｓ Ｒ Ｎ１４ 选 Ｎ Ｔ Ｏ ３６
２ 试验结果分析
通过 试 验 ， 获得 了高 浓度 砂 浆 自流 充 填试 块 和
分级尾 砂 膏 体 泵送 胶 结 充 填 试 块 的 载 荷 一位 移 曲
ａ ａ ， ｒ ｒ ｎ 加载 初期 试块 表 面无 明显 变 化 ， ｍ／ ｉ 当数 据 监 控装 置显 示载荷 达 到最大 ， 开始 下降 时 ， 试块 表 面出 现裂 纹 ， 块开始 破碎 ， 试 已经发生 破坏 。
１ 抗压试验
本 次试 验 技术 评 价 指标 为 单 轴抗 压 强度 ， 受检
线 ， 得 了试块破 坏 的最 大 载荷 和 破 坏 时 的最 大位 获
移 。其 中高浓度 砂浆充 填材 料载 荷 一位移 曲线如 图
电液压伺 服材料 试验 机完成 不 同材料 充填 体抗 压试
验 。按照 试验加 载 方 式 和要 求 ， 分别 测 定 了 龄期 为
１ 示 ， 级 尾 砂 膏体 充 填 材 料载 荷 一位 移 曲 线 如 所 分