（批复）华泰矿业有限公司煤矸石似膏体胶结充填项目可研建议报告（发改委）

煤矸石似膏体胶结充填系统可行性评价环境评价煤矸石似膏体充填系统满足环境保护要求充填骨料煤矸石来自井下掘进工作面，回填井下不会恶化井下工作环境煤矸石似膏体呈碱性，不会恶化地下水质，也不会对井下设备产生腐蚀破坏煤矸石似膏体体积浓度高，泌水率小，不会脱出大量充填用水，增加井下排水压力，而且似膏体各物料混合均匀，不会产生细颗粒随泌水流出采场而污染井下环境现象煤矸石回填井下，有利于消灭矸石山和环境保护，回收土地资源充填采矿既提高了煤炭资源回收率，又保护地表建构筑物，有利于防止地下采矿引起地表移动和塌陷等地质灾害充填用水可使用经过处理井下废水，实现水资源循环使用。

制备系统可靠性评价由中南大学和山东新汶矿业集团孙村煤矿合作开发煤矸石似膏体胶结充填技术已经完成，并投入工业应用，年多工业运行实践表明，煤矸石似膏体制备系统安全可靠。

新泰公司煤矸石似膏体胶结充填制备系统物料贮存输送系统可靠，充填料浆在搅拌桶内搅拌时间，可以保证充填料浆搅拌均匀。

设计采用高位水池，可以保证足量压力水供应，为处理突发事故如堵管提供保障。

各物料添加量通过专门计量设施精确计量，所有参数由计算机实施监测与控制，可以根据需要适时调整，保证充填技术参数符合设计要求。

设计条钻孔，并预留另外条钻孔位置，可以满足充填要求。

管道输送系统可靠性评价流动性评价浆体临界流速是浆体流动阻力最小时流速，充填浆体欲实现顺利输送，其实际工作流速必须大于临界流速，否则，固体颗粒会沉淀于管道底部，造成管路堵塞。

临界流速按下式估算式中与粒径浓度等有关速度系数，根据充填料中值粒径粒级组成曲线上累积含量时对应颗粒粒径，查图得管道内径重力加速度输送载体水和以下细颗粒密度，粒径小于混合料质量。

煤矸石粒径小于颗粒含量约为，粉煤灰与水泥粒径小于颗粒含量约为，因此。

水质量粒径小于混合料体积，。

水体积推荐配比煤矸石似膏体充填浆体载体密度。

将有关参数代入式得设计系统工作流速，是临界流速倍，输送可靠性满足要求。

浆体实际工作流速受诸如管道直径充填倍线浆体阻力等众多因素影响，对粗骨料充填，工作流速可按以下经验公式估算式中充填浆体容积液固比，推荐配比煤矸石似膏体充填浆体容积液固比几何充填倍线，华泰公司三采区首期充填范围内充填倍线为。

将有关参数代入式得设计系统实际工作流速可达，高于设计工作流速相近，输送性能满足要求。

充填能力校核合理输送能力是建立在充分利用有效压头，从而使其充填能力最大，按下式计算计算结果表明，华泰公司煤矸石似膏体管道自流输送充填系统满足充填能力要求。

充填范围校核充填倍线是管路自流输送中个重要参数。

它有两个指标，即几何充填管路倍线和可输送倍线或称最大允许充填倍线。

几何充填管路倍线按式计算，首采地段最大充填倍线。

对于个既定充填系统，几何充填管路倍线反映输送系统客观上所具有输送能力。

但是，实际上，几何充填管路倍线受许多经常变化因素所支配，如满水点位置砂浆浓度负压区段范围水头损失及垂直管段满管度等另外，还受开拓系统作业方式充填地点变化等因素影响。

因此，在实际生产中，几何充填管路倍线是个经常变化数值。

设计中应根据开采要求，按最大允许充填倍线及合理水砂比考虑输送能力。

为保证顺利实现管道自流输送充填料浆，几何充填管路倍线应小于最大允许充填倍线。

充填系统最远输送距离取决于系统最大允许充填倍线。

最大允许充填倍线是根据实际压力和浆体比重计算，实际应用中可按下式估算式中垂直管段满管系数，取管道局部阻力系数，取浆体密度，推荐配比煤矸石似膏体充填浆体密度为浆体水力坡度，砂浆水力坡度按以下两种方法计算∶金川公式式中清水水力坡度，按下式计算∶清水摩擦阻力系数，按下式计算∶管道敷设站址选择合理将有利于整个充填系统正常运行，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整理和分析，确定将煤矸石胶结充填系统制备站设在块平坦农田内图。

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，质量浓度为充填料浆体重为，则浆体质量为，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，因定性尚好。

十五层煤十五层煤以上已开采完成，根据实际揭露平均煤厚左右，以下煤厚，平均，开采上限为，下限为，平均走向长度，倾斜长度，面积，煤层倾角。

顶板岩性及稳定性与二层煤基本致。

充填范围充填采煤方式与充填系统能力确定充填范围和充填采煤方式充填范围华泰公司三采区主采煤层为二层和十五层煤，其各自充填范围如图图所示。

充填采煤方式根据山东科技大学三采区采充方案设计结论及建议和目前三采实际情况，在综合考虑安全和经济因素基础上，确定二层和十五层煤采用间隔充填回采方案即在左右开采深度，采用充填面宽，非充填面宽开采方案左右以下，采用充填面宽，非充填面宽开采方案。

图华泰公司二层煤充填开采范围图华泰公司十五层煤充填开采范围由于三采煤层倾角比较大，采用条带式充填，即回采工作面沿走向推进段距离后，停采撤面，进行充填。

然后，另开切眼，重新推采下个条带回采工作面。

首采充填工作面选定在水平。

充填系统生产能力与充填材料消耗量计算充填系统生产能力充填作业采用年工作，每天班，每班工作制度。

根据合同要求，充填系统生产能力应达到或。

日充填量根据充填系统生产能力，日充填量为式中压缩沉降系数，取流失系数，取。

充填方式确定根据华泰公司三采区具体开采技术条件，可以采用充填方式包括膏体泵送充填和似膏体自流充填，基于以下原因，确定采用似膏体管道自流充填膏体泵送充填虽然技术含量高井下脱水量少，但系统投资大，技术可靠性差而似膏体自流充填投资小，操作简单，运行可靠。

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换算长度在内管路总长度。

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可行性煤矸石是采煤和洗煤副产品，是无机质和少量有机质混合物。

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。

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硅酸盐，这是煤矸石矿物成分个特点。

煤矸石化学成分不稳定，不同地区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关系曲线图充填料孔隙比与压力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，具有定散体强度，是较好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粉状物质。

通常所指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物质。

在高温下，煤粉颗粒将发生系列物理化学变化。

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，煤粉颗粒菱角会收缩使颗粒成为球状，这些熔化球状颗粒会在煤粉燃烧过程中产生和水蒸气中漂浮。

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区域，然后淬灭成中空厚壁球状颗粒。

由于和水蒸气存在，这些颗粒可能与这些气体发生二次聚合和解聚体阻力等众多因素影响，对粗骨料充填，工作流速可按以