强度大，满足不了回采技术发展需要。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产量仅占，处于被淘汰地位。第二阶段世纪年代，澳大利亚和加拿大等国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。因而通过脱除尾矿细泥部分以控制渗透速度，并确定了以渗透速度作为工业标准。应用水砂充填矿山已较多，如澳大利亚布罗肯希尔矿和加拿大些矿山广泛应用了这工艺。国内矿山从年代才开始采用水砂充填工艺。年在锡矿山南矿为了控制大面积地压活动，首次采用了尾矿水力充填采空区工艺，有效地缓减了地表下沉。湘潭锰矿也从年开始采用碎石水力充填工艺，以防止矿坑内因火灾，并取得了较好效果。年代在铜绿山铜铁矿招远金矿和凡口铅锌矿等矿山应用了尾第页矿水力充填工艺，年代则已在国内余座有色黑色等金属矿山开采中广泛应用了水砂充填。第三阶段年代，开始应用和研发尾矿胶结充填技术。由于非胶结充填物料无自立能力，难以满足采矿工艺高回采率和低贫化率需要，因而在水砂充填工艺得以发展并推广应用后，就开始发展采用胶结充填技术。其代表矿山有澳大利亚芒特艾萨矿，于年代采用尾矿胶结充填工艺回采底柱，其水泥添加量为。随着胶结充填技术发展，在这阶段已开始深入研究充填料特性充填料与围岩相互作用充填物料稳定性和充填胶凝材料。国内初期胶结充填均为传统混凝土充填，即完全按建筑混凝土要求和工艺制备输送胶结充填料。其中凡口铅锌矿从年开始采用压气缸风力输送混凝土胶结充填，充填物料水泥单耗为，金川龙首镍矿也于年开始应用戈壁集料作为集料胶结充填工艺，并采用电耙接力输送。其充填物料水泥单耗量为。这种传统粗骨料胶结充填输送工艺复杂，且对物料级配要求较高，因而直未获得大规模推广使用。在年代至年代，上述充填几乎被细砂胶结充填完全取代。细砂胶结充填于年代开始在凡口铅锌矿招远金矿和焦家金矿等矿山获得应用。细砂胶结充填以尾矿天然砂和棒磨砂等材料作为充填集料，胶结剂主要为水泥。集料与胶结剂通过搅拌制备成料浆后，以两相流管输方式输入采场进行充填。因细砂胶结充填兼有胶结强度和适于管道水力输送特点，因而于年代得到广泛推广应用。目前，以分级尾矿天然砂和棒磨砂等材料作为集料细砂胶结充填工艺与技术已日臻成熟，并已在二十多座矿山应用细砂胶结充填技术。第四阶段世纪年代，随着采矿工业发展，原充填工艺已不能满足回采工艺要求和进步降低采矿成本或环境保护需要，因而发展了高浓度充填技术膏体充填块石砂浆胶结充填和全尾矿胶结充填等新技术。高浓度充填是指充填料到达采场后，虽有多余水分渗出，但其多余水分渗透速度很低浓度变化较慢种充填方式。制作高浓度物料包括天然集料破碎岩石料和选矿尾砂。对于天然砂和尾矿料高浓度概念，般是指重量浓度达到了第页充填料浆。所谓膏体充填则指充填料呈膏状，在采场不脱水，其胶结充填物料具有良好强度特性。块石砂浆胶结充填则指以块石作为充填集料，以水泥浆或砂浆作为胶结介质种在采场不脱水高质量充填技术。全尾矿胶结充填则是指尾矿不分级，全部用作矿山充填料，这对于尾矿产率低和需要实现零排放目标矿山是十分有价值。国外有澳大利亚坎宁顿矿加拿大基德克里克矿洛维考特矿金巨人矿和奇莫太矿，德国格隆德矿和奥地利布莱堡矿，以及南非美国和俄罗斯些地下矿山都在近年来应用了这些新充填工艺与技术。国内则分别在凡口铅锌矿济南张马屯矿湘西金矿等矿山投入应用。目前矿山应用充填采煤方法与技术主要如下胶结充填采矿法胶结充填始于世纪年代加拿大，经过几十年发展，高浓度胶结充填技术现在已经被应用于实践。例如似膏体充填膏体充填等。胶结充填物料包括包括胶结剂充填骨料和水。般地讲，胶结剂应满足以下两个条件第，形成胶结充填物料达到控制岩层移动和地表变形所需强度第二，胶结剂和对应充填物料成本低廉。新型材料主要有全砂材料与高水速凝材料。前者所固结砂土中含泥量可达甚至更高，而水泥般在左右后者能将倍于自身体积水凝结成固体，具有速凝早强特性。覆岩离层注浆充填法覆岩离层注浆充填法是利用矿层开采后覆岩开裂过程中形成离层空间，借助高压注浆泵，从地面通过钻孔向离层空间注入充填物料，占据空间减少采出空间向上传递，支撑离层上位岩层减缓岩层进步弯曲下沉，从而达到减缓地表下沉目。该充填法是近年来才开发研究。研究认为采场离层带产生是有定条件，即在煤层上覆岩层中存在硬度明显不同且具有定厚度岩层。且通过试验表明，在工作面前后方处离层发展最为充分。我国自世纪年代后期先后在大屯徐庄煤矿新汶华丰煤矿兖州东滩煤矿等进行了离层注浆试验，不同程度地减缓了地表沉陷，取得了定实践经验，取得了定效果。但对离第页层注浆减沉效果尚存在争论。冒落矸石空隙注浆胶结充填减沉法该技术利用冒落带岩石碎胀性注入胶结材料对采空区矸石进行固结，现在尚处于实验阶段。此充填法有以下特点第，浆液充填至采空区冒落矸石空隙第二，浆液凝固后有胶结性能及定强度第三，充填浆液凝固后无水析出，克服了水砂充填排滤水难题第四，充填与采煤平行作业。粉煤灰部分代替水泥充填法在应用水砂胶结充填矿井中，为了节约生产成本和保护生态环境，有人提出用热电厂粉煤灰部分地代替水泥形成充填料浆，取得了良好经济与社会效益。粉煤灰是热电厂排弃废料，占用土地污染环境，年排放量在亿左右，但利用率仅为。研究表明，粉煤灰是种人工火山灰材料，具有定胶结性能，可以部分地代替水泥，在矿山充填领域具有广阔应用前景。煤矸石充填采煤法在煤矿煤炭生产中伴随产生固体废物矸石在，我国历年累计堆放煤矸石约亿，而且堆积量每年还以亿速度增加。美国年产矸石量也在亿以上，经洗选产生入选煤量做为矸石直接排放于矸石山。相关专家学者普遍认为，煤矿排矸带来问题，可以通过煤矸石作为充填物料充填在井下得以解决。合理矸石充填技术能够置换出更多煤炭资源，从而提高煤炭资源采出率。矸石充填技术在世纪年代欧洲煤炭行业中应用较为普遍。美国在长壁工作面以及近距离煤层开采中，也采用了矸石充填技术。同时认为矸石充填技术方面能控制地表下沉而达到加强矿井通风管理防止井下煤炭自燃目。风流经过井下通风系统中风墙风桥等时会出现漏风状况，这些都是由于地表运动产生裂隙引起，充填可以解决上述问题。矸石充填方法般根据充填料充填采空区方式来确定，包括人工充填机械充填风力充填水力充填。常用两种充填方法是风力充填和水力充填。不同充填系统充填料般由新掘进矸石矸石山矸石砂子采石场碎石及第页粉煤灰等，并且般加入胶结料或其它添加剂组成。考虑到煤矿矸石成分中含有大量摩擦系数小矿物成分粘土，矸石充填物料没有足够支撑力适用所有需保护地表井下充填。因此，在矸石中添加适当胶结材料，可提高充填矸石强度和刚度。但胶结材料与矸石混合后含有大量影响充填物料强度物质粘土煤黄铁矿。相关研究表明粉煤与易膨胀粘土暴露在充填物料表面，有可能吸水膨胀导致充填物料内层暴露并被氧化黄铁矿暴露在充填物料表面，很容易在水和空气作用下被氧化，形成硫酸亚铁及酸性水，硫酸亚铁被进步氧化成硫酸铁。随着与碱土金属物粘土矿物混合，黄铁矿被氧化后，大多数硫酸盐离子逐渐成为自由状态，形成硫酸钙硫酸镁硫酸钠以及硫酸钾等。硫酸盐与硅酸盐水泥中成分发生反应，形成新不溶解混合物。这种混合物形成过程中分子体积增大，引起胶结体体积膨胀甚至崩解。硫酸镁硫酸钠以及硫酸钾比硫酸钙更易溶于水，所以对胶结充填物料影响更大。针对以上胶结矸石充填带来问题，研究认为煤矿矸石并不是好充填骨料，胶结充填物料也不定是煤矿好充填物料。未胶结煤矸石充填物料将有足够支撑强度控制上覆岩层，尤其是在残留煤柱被动支护中。且认为研究未胶结煤矸石作为充填物料，是煤矿充填技术发展方向。近几年来，根据煤矿充填采煤技术发展方向，中国矿业大学固体充填采煤课题研究组先后开发了采空区高效机械化矸石充填采煤技术建筑物下固体充填长壁综合机械化采煤技术安全高效高回收率固体充填采煤技术等，并在新汶兖州济宁皖北淮北开滦平顶山等矿区取得成功应用，解放了大量三下压煤资源。研究内容与技术路线研冀家垴风井保护煤柱阳煤地字号文西胶带运输大巷北二副巷北二中间巷间巷巷巷巷巷高速公路太旧副巷正巷北二正巷副巷中巷间太旧高速公路榆盂公路河白马榆盂公路南燕竹村南燕竹村图全部工作面固体充填采煤后东西方向地表水平变形等值线第页项目投资与效益分析项目各项投资分析充填采煤增加工程投入要形成工作面生产系统，需要进行地面工程垂直投料系统井下矸石不升井系统井下巷道等工程建设。地面工程主要为地面平整修建运输道路及建设投料井厂房垂直投料输送系统需要开掘深投料井，并在投料井下口建设深，直径储料仓及掘进进风行人联络巷储料仓上口绕道运矸联络巷等井下矸石不升井系统需要建设深，直径矸石仓及掘进矸石仓上部矸石运输车场等。其费用预算见表。表工程投入预算项目工程名称单价万元工程量米费用万元合计万元地面工程地面平整运输道路施工厂房建设井下矸石不升井系统矸石仓矸石运输车场垂直投料输送系统工程储料仓投料井钻孔储料仓上口绕道进风行人联络巷运矸联络巷工作面工程进风巷回风巷尾巷工作面切眼合计注带部分为因为采用固体充填采煤技术而增加费用充填采煤增加设备投入为了实现工作面充填采煤作业，需要增加相关设备，主要包括地面运输破碎筛分设备垂直投料系统设备井下矸石不升井系统设备井下运输设备工第页作面充填采煤设备及矿压监测设备等，其费用预算见表。表设备投入预算项目设备名称单价万元用量费用万元合计万元地面设备装载机部推土机部带式输送机台刮板输送机台破碎机台粉煤灰罐个螺旋给料机台地面控制装置套井下矸石不升井系统破碎机台筛分机台给料机台垂直投料输送系统工程投料管计量装置套储料仓清理装置套防堵仓报警装置套给料机台缓冲器套挡矸笼套相关设备安装附件套井下运输设备充填物料带式输送机台，运煤带式输送机台，工作面设备采煤机台刮板输送机台转载机台破碎机台其他设备液压泵站等套充填采煤液压支架台多孔底卸式输送机台充填物料转载输送机台矿压监测设备套合计注带部分为因为采用固体充填采煤技术而增加费用第页充填采煤增加总投入费用综上可知，要形成充填采煤工作面生产系统，工程投入费用共计万元，设备投入费用共计万元，所以，项目投入费用总和为万元。其中，因采用充填采煤方法增加工程费用为万元，增加设备费用为万元充填采煤液压支架按照每架增加万元计算，矿压监测仪器按照增加万元计算，项目因采用充填采煤方法增加总费用为万元。充填采煤吨煤成本分析工程投入吨煤成本项目工程投入包括地面工程垂直投料输送系统工程井下矸石不升井系统工程及井下巷道工程等，由于其服务期限不同，所以各工程投入吨煤成本费用需要分开计算。工程投入吨煤成本计算见表。表工程投入吨煤成本计算项目投入费用万元服务年限或范围服务煤量万吨煤成本元地面工程充填采区井下矸石不升井系统充填采区垂直投料输送系统工程充填采区工作面巷道