【SZ87页】综合机械化固体充填采煤技术备案立项报告.doc文档独家

矿山充填技术是为了满足采矿工业的需要发展起来的。

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。

英国法国比利时等国都不同程度地采 用了风力充填方国外在重要建构筑物 下开采时，也曾采用混凝土充填。

国外如波兰德国法国等煤矿都曾采用过充填法采煤。

充填采煤在波 兰德国发展应用效果好且广泛。

波兰在城镇及工业建构筑物下采煤时采用 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。

国外使用的充填料 通常是河砂煤矸石和电厂粉煤灰等。

波兰在城镇及工业煤矿都曾采用过充填法采煤。

充填采煤在波 兰德国发展应用效果好且广泛。

国外在重要建构筑物 下开采时，也曾采用混凝土充填。

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采空区的胶结充填采矿法。

部分内容简介部分内容简介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采空区的胶结充填采矿法。

国外在重要建构筑物 下开采时，也曾采用混凝土充填。

国外如波兰德国法国等煤矿都曾采用过充填法采煤。

充填采煤在波 兰德国发展应用效果好且广泛。

波兰在城镇及工业建构筑物下采煤时采用 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较多，如澳大利亚的布罗肯希尔矿 和加拿大的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 了较好的效果。

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的开采中广泛 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的需要，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 大利亚的芒特艾萨矿，于年代采用尾矿胶结充填工艺回采底柱，其水泥添加量 为。

随着胶结充填技术的发展，在这阶段已开始深入研究充填料的特性 充填料与围岩的相互作用充填物料的稳定性和充填胶凝材料。

国内初期的胶结充填均为传统的混凝土充填，即完全按建筑混凝土的要求和 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的胶结充填工艺，并采用电耙接力输送。

其充填物料水泥单 耗量为。

这种传统的粗骨料胶结充填的输送工艺复杂，且对物料级配的 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 送的特点，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 砂等材料作为集料的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，随着采矿工业的发展，原充填工艺已不能满 足回采工艺的要求和进步降低采矿成本或环境保护的需要，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，但其多余水分的渗透速度很低 浓度变化较慢的种充填方式。

制作高浓度的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的高浓度概念，般是指重量浓度达到了的 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 有良好的强度特性。

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 浆作为胶结介质的种在采场不脱水的高质量充填技术。

全尾矿胶结充填则是指 尾矿不分级，           固体充填采煤支护强度修正系数分析 第页 将矿工作面相关参数代入式，可得固体充填采煤与传统 综采采煤时工作面支护强度如图所示。

代入式得出随采高变化时修正 系数η如图所示。

工作面采高 工作面支护强度 充填开采未充填开采 图工作面支护强度随采高变化曲线 工作面采高 修正系数 η 图修正系数η随采高变化曲线 由图可以得出 综合机械化固体充填采煤工作面所需支护强度明显小于传统综采，主要由于 支架煤壁与充填物料或破碎的直接顶共同承载基本顶及其承载体，因而对 支架的作用力减弱，所需的支护强度减小。

随采高在变化，修正系数η的变化范围为。

也即随采高在 变化时，固体充填采煤所需的支护强度降低当采高超过时，固体 充填采煤所需的支护强度增加，但远小于传统综采工作面支架所需支护强度。

固体充填采煤液压支架支护强度总体分析 固体充填采煤技术目前已经在我国十几个矿区进行了较成功应用，从现场监 第页 测数据来讲，其矿压显现规律如下 充填采煤工作面没有明显的初次来压与周期来压 工作面所需支架工作阻力般为类似条件工作面的。

从以上的理论分析也证实了这点。

然而，固体充填采煤要求工作面揭露顶 板至充填，工作面顶板下沉量最小，以预留最大的空间对采空区进行充填。

此外， 支架后部悬挂有多孔底卸式输送机，其在运行移动等过程中对支架的控制顶板 效果也造成了定的影响。

因此，充填采煤要求在充填前控制直接顶基本顶最小下沉量为原则，即要 求支架有较强的主动支撑能力，减少顶板下沉量，以提高充填率，而主动控制顶 板效果要求支架的工作阻力或支护强度达到最好效果。

其他矿井充填采煤工 作面的实践证明了这点。

本次支架设计综合考虑以上分析结果，并结合了其它矿区的工业性试验过程 中总结出的经验由于支架的长度及支护面积远大于普通综采支架，必须尽可能 的增加支架的工作阻力和支护强度才能最大程度的限制顶板的提前下沉量，因此 最终设计四柱支撑式充填采煤液压支架工作阻力为，支护强度为 六柱支撑式充填采煤液压支架工作阻力为，支护强度为。

初撑力计算 初撑力大小对支架的支护性能和成本都有很大影响，较大的初撑力能使支架 较快达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性，但对乳化液 泵站和液压元件的耐压要求也将提高。

般初撑力由式确定。

 式中 支架初撑力 支架工作阻力，四柱式为，六柱式为。

将上述相关数据代入式，得四柱式液压支架的初撑力不小于 ，六柱式液压支架的初撑力不小于，最终确定四柱支撑 式充填采煤液压支架初撑力为，六柱支撑式初撑力为。

第页 支架基本技术参数 四柱支撑式充填采煤液压支架基本参数 支架型式四柱支撑式充填液压支架 中心距 高度 宽度 推移步距 初撑力 工作阻力 支护强度 对底板比压