时采用 水砂充填的采煤量占全国建构筑物下采煤量的左右。

国外使用的充填料 通常是河砂煤矸石和电厂粉煤灰等。

英国法国比利时等国都不同程度地采 用了风力充填方法。

我国在抚顺用废油母页岩充填采空区，下沉系数为蛟 河煤矿将矸石破碎作为充填物料，其下沉系数为。

矿山充填技术是为了满足采矿工业的需要发展起来的。

矿山充填虽然已达数 第页 百年的历史，但早期的是从矿山排弃地下废料开始的，最早有计划地进行充填的 是年澳大利亚的塔斯马尼亚芒特莱尔矿和北莱尔矿应用废石充填采煤。

在矿山充填方面取得较大的进展，在国外有将近年的历史，而在我国则是 近年的历史。

国内外矿山充填技术的发展均经历了四个发展阶段，但国内的发 展要比国外滞后年，由于借鉴了国外的经验，不断进行科技创新，因而其 差距已逐步缩小。

第阶段国外在二十世纪年代以前，以处理废弃物为目的，在不完全了 解充填物料性质和使用效果的情况下，将矿山废料送入井下采空区。

如澳大利亚 北莱尔矿在上世纪初的废石充填，以及加拿大诺兰达公司霍恩矿在年代将粒状 炉渣加磁黄铁矿充入采空区。

国内在上世纪年代以前，均是以处理废弃物为目的的废石干式充填工艺。

废石干式充填采矿法曾在年代初期成为我国主要的采矿法之，年在有色 金属矿床地下开采中占，在黑色金属矿床地下开采中竟达到了。

但于 年以后，随着回采技术的发展，废石干式充填因其效率低，生产能力小和劳 动强度大，满足不了回采技术发展的需要。

因而，自年开始，国内干式充填 法所占比重下降，到年在有色矿山担负的产量仅占，处于被淘汰的地位。

第二阶段世纪年代，澳大利亚和加拿大等国的些矿山开发并应 用了水砂充填技术。

从此真正将矿山充填纳入了采矿计划，成为采矿系统的个 组成部分，并且对充填料及充填工艺展开研究。

这阶段主要是将尾矿借助水力 充入井下采空区，其充填料的输送浓度较低，般在左右，需要在采场大 量脱水。

因而通过脱除尾矿的细泥部分以控制渗透速度，并确定了以的渗 透速度作为工业标准。

应用水砂充填的矿山已 正 巷 副巷 正巷 设计停采线设计停采线 设计停采线 ⅥⅦ 中间巷 图充填采煤区域井上下对照 图充填采区地表建筑物照片 目录 绪论 立项背景及意义 国内外研究现状 研究内容与技术路线 固体充填采煤技术总体构思及技术关键 采矿地质条件 现有技术及条件 充填采煤技术的总体构思 技术关键与创新点 充填物料井上下运输及垂直投料输送系统设计 充填物料井上运输系统设计 充填物料垂直投料输送系统设计 井下矸石不升井系统设计 固体充填采煤关键设备的选型与设计 充填采煤关键设备的性能要求 充填采煤液压支架设计 全断面夯实系统设计 多孔底卸式输送机设计 自移式充填物料转载输送机设计 其它配套设备选型 固体充填采煤系统布置及工艺设计 充填采煤区域方案设计 充填与采煤工艺设计 固体充填采煤地表沉陷预计 充填采煤地表控制原理分析 充填采煤地表沉陷预计方法选择 第页 地表建构筑物概况及高速公路的设防标准 充填采煤沉陷预计参数选择 充填采煤沉陷预计结果 项目投资与效益分析 项目的各项投资分析 充填采煤吨煤成本分析 经济与社会效益分析 第页 绪论 立项背景及意义 煤炭作为我国主要的支撑能源，随着国民经济的快速发展，位于煤炭下游的 电力钢铁铁路等行业对煤炭的需求逐年加大，导致近年来煤炭开采速度加快， 随着矿井开采年限的延长和采深的延伸，大批资源矿井逐步进入残采阶段，部 分矿井已进入衰退期，有的甚至关井转产。

煤矿的衰老现象已成为资源型企 业的共性问题，社会各界对有衰退倾向的矿井给予了足够的重视。

目前许多矿区 不得不面对传统技术无法开采的三下建筑物下铁路下水体下压煤难题。

据不完全统计，我国国有骨干大中型矿井三下压煤量达到亿以上， 然而到目前为止，从三下采出的煤炭仅有亿左右，占整个三个压煤 量的左右。

目前多数矿井都存在三下压煤的问题，般都占矿井可采储量 的，部分高达。

由此可见，随着矿区煤炭资源的枯竭及相关行业对 煤炭需求量的重金属 物质又进入地下水，污染水资源同时矸石山内部容易发热自燃，释放有害气体 据估计仅阳泉矿区周边矸石山每年释放的就达万，潜藏爆炸危险，严 重威胁矿区群众的安全。

这些固体废弃物的治理问题已经成为阳泉矿区建设和谐 生态建设和谐矿区的大障碍。

由此可知，研发种实现三下压煤规模性开采解决固体废弃物排放等 问题的技术，是阳泉矿区亟待解决的重大科学与工程技术难题。

通过调研，阳泉 集团与中国矿业大学合作，提出了综合机械化固体充填采煤技术项目研究， 旨在通过研发工作面固体充填采煤设备及工艺等技术，在保证地表建构筑物 安全使用的前提下，达到开采出三下压煤的目的，并实现固体废弃物井下处 理减少辅助运输压力降低排矸费用，减少固体废弃物地面堆积对环境的污染破 坏，实现矿区资源与环境的协调发展。

该技术的研究具有以下重要意义 提高矿井煤炭采出率，延长矿井服务年限 第页 研发的综合机械化固体充填采煤技术可安全高效采出三下压煤，采出率 可达，延长了矿井的服务年限。

同时，缓解了资源枯竭型矿井带来的人员就 业问题，确保了矿区社会的稳定。

实现矸石等固体废弃物井下处理，改善矿区周边生态与生存环境 该项技术的成功实施，可解决矸石等地面排放带来的生态环境破坏问题，改 善矿区周边的环境，以及生存与生活环境。

革新煤矿企业的采煤方法，为类似条件矿井开采提供重要的技术借鉴 该项技术的成功应用，将推动我国三下压煤开采技术的发展，革新充填 采煤技术，为我国存在类似问题的矿井开采提供重要的技术借鉴。

总之，该项技术的研发对充填采煤方法的发展具有重要意义，对三下压 煤开采技术的发展具有推动作用，其科学与工程技术意义重大。

国内外研究现状 充填采煤就是在用井下或地面的矸石粉煤灰等充填物料充入采空区，达到 控制岩层运动及地表沉陷的目的。

按充填方式可分为水力充填风力充填机械 充填矸石自溜充填等。

按所采用充填物料和输送方式的不同，将充填采煤方法 分为用矿车风力或其它机械输送干式充填料充填采空区的干式充填采矿法 用水力管道输送选厂尾砂山砂河砂炉渣棒磨砂碎石等充填料充填采空 区的水力充填采矿法用水泥及其代用品或其它胶凝材料与选厂尾砂等配制成具 有胶结性质的充填物料充填继续加大，矿区三下压煤问题逐渐凸现出来，而建构筑物 下压煤尤为突出。

建构筑物下压煤问题直接影响着矿井的正常生产，造成生 产接替紧张产量降低服务年限缩短，而且影响矿井的生产布局和总体规划， 严重制约着矿井的可持续发展。

几十年来，为了解决三下压煤问题，各级地方政府和煤矿企业都做了大 量的工作，科技人员也进行了多项技术研发和推广普及工作，使三下采煤技 术的整体水平有了较大的提高，开发了包括迁村开采条带开采限厚开采协 调开采离层带注浆充填采煤膏体充填采煤等多种技术，然而这些技术成本过 高，且不能达到高效机械化，无法规模性的开采三下压煤。

目前采出的三 下压煤大约是靠搬迁实现的，但导致了大量塌陷区，造成严重的生态与环 境破坏，而且相当部分建筑物具有特殊的历史或象征意义也难以搬迁。

同时，煤矿生产中排放大量的固体废弃物矸石，传统的方式是直接堆放于地 表，形成煤矿特有的地表特征建筑物矸石山。

据统计，目前全国历年累计 堆放的煤矸石达亿，规模较大的矸石山有多座，占用土地约万， 且每年还以亿的速度继续增加。

同时矿区的自备电厂生产过程中也排放 第页 了大量的粉煤灰，据统计全国粉煤灰存量已超过亿，且以每年万的 速度快速增加，给矿区带了新的难题。

就阳泉煤业集团有限责任公司而言，整个矿区压煤量巨大。

例如寺家庄 煤矿地质储量亿，其中村庄和水资源压煤量亿，占总资源储量的 五矿后备区地质储量亿，其中村庄和环境保护区压煤量达亿，占到总 资源量的二矿合计全部压煤量达亿山西新元煤炭有限责任公司三 下压煤资源约亿，约占可采储量亿的，仅太旧高速保护煤柱的 压煤就达到亿，而准备采用充填采煤技术的井田西北部太旧高速和村庄下压 煤达到万这些压煤资源的无法开采严重影响了集团公司煤矿的生产建设， 制约着公司的可持续发展。

阳泉矿区的固体废弃物由于多年积累，城市周围分布着座矸石山，其占地 超过亩矸石存量超过亿，此外还有超过万的电厂粉煤灰未得到 有效处理。

这些固体废弃物的排放不仅占用了大量土地，还增加了企业生产的附 加成本仅山西新元煤炭有限公司年的排矸费用就高达万元。

此外矸 石粉煤灰风化后的粉尘严重影响了矿区的空气质量，淋雨后其中含有数值模拟工业性试 验等综合研究方法，具体技术路线如图所示。

充填材料的物理力学特性测试分析 固体充填材料井上下运输系统设计 充填采煤关键设备结构原理与选型分析 充填采煤系统布置及采煤与充填工艺设计 充填采煤沿空留巷支护方案及工艺设计 现场调研 理论分析 实验室试验 数值模拟 研 究 内 容 研 究 方 法 工业性试验 充填采煤岩层移动及地表沉陷规律研究 综合机械化固体充填采煤技术 图项目研究技术路线 第页 固体充填采煤技术总体构思及技术关键