行可靠。

由于华泰公司三采区充填范围 内储量不大，从经济角度而言，适合采用简单可靠的似膏体自流充填技术 膏体泵送充填，料浆排出后，流动性能差，接顶困难，而似膏体自流充填兼 顾充填料浆浓度和浆体流动性，能够尽可能提高空区充满率 根据国内外充填矿山经验，只有当浆体压头不足，不能采用管道自流输送时， 才考虑采取加压输送方式。

管道自流输送的标准是管路系统几何充填倍线小于。

几 何充填管路倍线按下式计算  式中管道起点和终点的高差，华泰公司三采区充填钻孔预定位置标高， 至首采充填水平垂直高差约为 包括弯头接头等管件的换算长度在内的管路总长度。

首期充填范围水 平管道长度，三二轨道下山斜长，转折段长度，加上 垂直段长度，。

计算得出华泰公司三采区首期充填范围内充填倍线仅为，完全可以实现自流输 送充填。

充填材料构成与技术参数 煤矸石作为充填骨料的可行性 煤矸石是采煤和洗煤的副产品，是无机质和少量有机质的混合物。

煤矸石般呈 深灰色，在空气中长期放置，会发生氧化反应或称陶化反应，颜色变为浅紫红色。

矿 物成分以粘土矿物和石英为主，常见矿物为高岭土蒙脱石伊利石石英长石 云母和绿泥石类。

除了石英和长石外，以上矿物均属于层状结构的硅酸盐，这是煤矸 石矿物成分的个特点。

煤矸石的化学成分不稳定，不同地区的煤矸石成分变化较大， 其主要化学成分是和。

其次为 和等。

此外，也常含有少量和等金属元素。

分析煤矸石物 理力学性质及化学成份组成表表和图图，可以得出如下结论 表充填料物理力学性能表 充填料密度松散干密度渗透系数中值粒径，水上休止角水下休止角 煤矸石 粉煤灰 注分子为干样松散干密度，分母为水中沉积时松散密度 中值粒径粒级组成曲线上累积含量时对应的颗粒粒径 表充填物料不同粒径组成表 充填料 煤矸石 粉煤灰 表充填料压缩参数测定结果览表 充填料 压缩系数压缩模量 煤矸石 粉煤灰 表充填材料化学成份测定结果 充填料名称 煤矸石 粉煤灰 图充填料粒级组成曲线 图充填料单位沉降量与压力的关系曲线 图充填料孔隙比与压力的关系曲线 煤矸石粒级较粗，即使经过破碎，其控制粒度也在以下，因此，充填 管道输送特性较差 煤矸石含量较高，具有定的散体强度，是较好的充填骨料 煤矸石渗透系数较高，达，有利于充填体脱水和快速硬化 虽然煤矸石在压力作用下孔隙比与单位沉降量较大，但由于粉煤灰沉降量小， 可以填充煤矸石孔隙，从而有效抑制煤矸石胶结体压缩沉降率，提高采场接顶充填效 果。

综上所述，虽然受破碎成本限制，煤矸石粒度较大，管道自流输送过程中容易沉 淀且管道磨损严重，但通过添加粉煤灰等细粒物料进行改良并提高浓度后，上述问题 可以得到解决，孙村煤矿的充填实践也证明了这点。

充填材料构成 华泰公司煤矸石似膏体胶结充填材料由水泥粉煤灰煤矸石减水剂组成。

煤矸石为充填骨料，为便于管道输送，需进行破碎，控制粒度。

普通硅酸盐水泥为胶凝材料。

粉煤灰又称飞灰，是种颗粒非常细以致能在空气中流动并能被特殊设备收集 的粉状物质。

通常所指的粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排 出经收尘器收集的物质。

在高温下，煤粉颗粒将发生系列的物理化学变化。

首 先煤粉达到熔融状态后由于表面张力使表面积达到最小，煤粉颗粒的菱角会收缩使 颗粒成为球状，这些熔化的球状颗粒会在煤粉燃烧过程中产生的 和水蒸气中漂浮。

这些颗粒充分燃烧离开火焰区域后，会迅速移动到温度较低的区 域，然后淬灭成中空厚壁的球状颗粒。

由于和水蒸气的存在，这 些颗粒可能与这些气体发生二次聚合和解聚反应。

由于粉煤灰具有定的悬浮性能， 可增大充填料浆体积浓度，有效抑制骨料沉淀，改善充填料浆管输性能。

减水剂在充填料浆用水量不变的情况下，可显著提高其流动性或在保持其流动性 不变的情况下，大量减少其用水量。

充填料浆技术参数 水泥粉煤灰煤矸石减水剂等混合物料加水形成质量浓度为左右的似膏 体由于水泥粉煤灰煤矸石都属轻物料，左右质量浓度的充填料浆其体积浓 度远大于同质量浓度的尾砂或其他粗骨料胶结料浆，通过钻孔和井下管道输送至待充 采场。

由于华泰公司煤矸石充填料浆配比试验正在进行中，其关键技术参数尚不能确 定，因此暂按孙村煤矿煤矸石似膏体充填料浆技术参数进行相关计算与初步设计，待 华泰公司配比试验完成，关键技术参数确定后，再进行详细的理论计算与方案设计。

煤矸石似膏体胶结充填料浆配比参数 骨料煤矸石，粒径小术参数尚不能确 定，因此暂按孙村煤矿煤矸石似膏体充填料浆技术参数进行相关计算与初步设计，待 华泰公司配比试验完成，关键技术参数确定后，再进行详细的理论计算与方案设计。

煤矸石似膏体胶结充填料浆配比参数 骨料煤矸石，粒径小于 水泥粉煤灰煤矸石质量比 质量浓度 复合减水剂添加量水泥与粉煤灰质量和的百分比。

推荐配比充填浆体的物理力学参数指标 充填体强度不低于 泌水率低于 混合固料密度   式中水泥密度， 粉煤灰密度， 煤矸石密度， 。

混合固料中值粒径 根据水泥粉煤灰煤矸石中值粒径和配比情况，可以估算出混合固料中值粒径 为。

浆体体重 体积浓度  体积水砂比  水泥 水泥罐车压气卸料 水泥仓 计量与输送 煤矸石 破碎 煤矸石堆场 计量与输送 搅拌 管道自流输送 充填采场 粉煤灰 罐车压气卸料 粉煤灰仓 计量与输送 水 计量与输送 建材厂中碎 充填工艺流程 华泰公司煤矸石似膏体充填工艺流程如图所示。

图华泰公司煤矸石似膏体充填工艺流程图 在煤矸石山附近建立粗碎站，破碎后以上煤矸石进入建材厂中碎工序， 以下煤矸石通过汽车运输至充填站煤矸石堆场。

充填时由装载机将堆场中的煤矸石铲 装至稳料仓，安装在稳料仓底部的圆盘式给料机向皮带运输机供料，计量后输送至 搅拌桶。

水泥和粉煤灰贮藏输送系统基本相同。

水泥粉煤灰用散装罐车运送，通过压 气卸入立式水泥仓和粉煤灰仓内，经仓底插板阀星形给料机冲板流量计计量后通 过单螺旋输送机输送至同个搅拌桶内。

减水剂贮存在减水剂桶中，由泵计量后加入搅拌桶中。

高位水池中的充填用水通过计量后，加入搅拌桶中。

上述各种充填物料在同个搅拌桶内强力搅拌形成质量浓度为左右的似膏体 料浆，沿充填钻孔和井下充填管道自流输送至待充采场。

充填料浆制备及管道输送方案设计 方案设计原则 煤矸石充填系统方案设计过程中应遵循如下设计原则 严格执行合同要求以及国家有关标准规定规范，保证设计质量 充分利用矿山现有设施，尽量减少工程量，从而节约基建投资 确保充填制备站的服务范围和充填能力 保证充填系统在服务年限之内的安全和使用的稳定性 高度重视环境保护和水土保持 充填站布置应尽量紧凑，节约宝贵的工业场地 工艺要尽可能简单可靠 使用过程中易于管理 管道输送系统运行可靠。

充填料浆制备站选择 站址选择合理将有利于整个充填系统的正常运行，同时还会提高经济效益。

经对 华泰公司三采区开采范围内地表地形现场调查，以及对首期充填范围内地表地形图及 井下井巷分布图的整理和分析，确定将煤矸石胶结充填系统的制备站设在块平坦的 农田内图。

图华泰公司煤矸石似膏体充填站现场 充填制备系统方案设计 充填材料消耗量计算 日充填体积为，水泥粉煤灰煤矸石，质量浓度为 的充填料浆体重为，则浆体的质量为，其中混合固 料日消耗量为，水为。

混合固料中， 水泥水泥松散体重 粉煤灰粉煤灰松散体重 煤矸石煤矸石松散体重。

主要设施 充填管道与充填钻孔 充填管道直径 根据充填系统充填能力要求和充填料浆工作流速在兼顾能力输送可靠性料 浆出口压力的基础上，确定充填料浆工作流速，充填管道内经应不小于  式中充填系统小时充填能力， 充填系统设计工作流速，。

充填管道壁厚 充填管道壁厚按下式计算∶  式中管道所受最大压强，取 钢材抗拉许用应力，焊接钢管取 磨损腐蚀量，取。

代入式，得，取壁厚。

充填管道型号 据此选取高锰钢管，材质，外径，钢管壁厚，实际管道有效内 径。

水平管道之间用快速接头连接。

充填钻孔 由于系统从地表至首期充填水平高差超过，钻孔破损后处理或者重新施工新 钻孔难度较大，因此，应尽量延长钻孔使用寿命。

鉴于管径的增大会使浆体在垂直下 落时，相对减轻料浆对管壁的直接冲击摩擦，有助于延长管道的使用寿命，因此确定 钻孔内充填管道套管采用选用高锰钢管，内径， 钢管壁厚。

垂直管道之间用管箍联结，并加全焊。

带有母螺纹的管箍规格型号应 与带有公螺纹的垂直管道相匹配，且壁厚不小于。

根据套管固定需要，钻孔荒孔直径确定为，钻孔孔壁与套管之间用油井水 泥固结。

同时施工两条钻孔，条使用，条备用。

在充填制备站预留另外两个钻孔 的位置，需要时可施