1、周华强周华强 教授教授2010.12.21 徐州徐州1提提 纲纲20 引言引言1 煤煤矿矿膏体充填开采是什么膏体充填开采是什么?2 煤煤矿矿膏体充填膏体充填发发展的背景展的背景3 膏体充填的技膏体充填的技术优势术优势4 膏体充填采煤的关膏体充填采煤的关键键技技术术5 膏体充填控制岩膏体充填控制岩层层移移动动效果效果6 膏体充填采煤效益分析膏体充填采煤效益分析7 煤煤矿矿膏体充填的膏体充填的发发展方向展方向0 0 引言引言3 最最近近听听了了艾艾莫莫老老师师的的做做最最有有用用的的好好员员工工，很很有有收收获获，有几点想与大家分享。，有几点想与大家分享。人人才才的的五五个个标标准准排排序序？专专
2、业业、敬敬业业、性性格格、人人品、心品、心态态 正确的排序是：心正确的排序是：心态态、人品、性格、敬、人品、性格、敬业业、专业专业！良良好好的的心心态态应应该该包包含含：归归零零心心态态、学学习习心心态态、积积极极心心态态、感恩心、感恩心态态、包容心、包容心态态。两个两个错误错误心心态态：法官：法官态态度、旁度、旁观观者心者心态态。0 0 引言引言4 人才成人才成长长的心路的心路历历程：程：（1）有一个梦想）有一个梦想 老板需要老板需要5匹匹马马：领导马领导马、执执行行马马、管理、管理马马、技、技术马术马、顾问马顾问马。（2）有一个明确的目）有一个明确的目标标 （3）有一个有效的）有一个有效的
3、计计划划 （4）持）持续续地行地行动动 （5）坚坚定的信念定的信念 人生是挂幌、人生是挂幌、经营经营幌的幌的过过程。程。成功的秘密：滴水穿石。成功的秘密：滴水穿石。经营经营幌的三原幌的三原则则：相信、：相信、坚坚持、系持、系统统学学习习。0 0 引言引言5（1 1）选择课题：研究的目的和对象）选择课题：研究的目的和对象）选择课题：研究的目的和对象）选择课题：研究的目的和对象（2 2）调查分析：历史现状调查、实地考察、文献调查、）调查分析：历史现状调查、实地考察、文献调查、）调查分析：历史现状调查、实地考察、文献调查、）调查分析：历史现状调查、实地考察、文献调查、资料整理资料整理资料整理资料整理
4、3 3）制订方案）制订方案）制订方案）制订方案（4 4）提出假说）提出假说）提出假说）提出假说（5 5）实验观测）实验观测）实验观测）实验观测（6 6）解释结果：解释实验结果和分析推理，形成理论）解释结果：解释实验结果和分析推理，形成理论）解释结果：解释实验结果和分析推理，形成理论）解释结果：解释实验结果和分析推理，形成理论/假说或结论假说或结论假说或结论假说或结论（7 7）撰写报告：研究报告和科学论文）撰写报告：研究报告和科学论文）撰写报告：研究报告和科学论文）撰写报告：研究报告和科学论文（发现问题，分析问题，解决问题，表述问题）（发现问题，分析问题，解决问题，表述问题）（发现问题，分析问
5、题，解决问题，表述问题）（发现问题，分析问题，解决问题，表述问题）4P4P 科学研究的基本程序科学研究的基本程序1 1 煤矿膏体充填开采是什么？煤矿膏体充填开采是什么？6 膏膏体体充充填填指指的的是是把把物物料料制制作作成成“无无临临界界流流速速、不不需需脱脱水水”的的膏膏状状浆浆体体，通通过过泵泵压压和和重重力力作作用用，经经过管道输送到矿井下，适时充填采空区的方法。过管道输送到矿井下，适时充填采空区的方法。膏体充填定义膏体充填定义煤矿膏体充填料浆是一种利用矸石、粉煤灰等固体废物制作的，煤矿膏体充填料浆是一种利用矸石、粉煤灰等固体废物制作的，适合管道输送的、低成本的、特殊适合管道输送的、低成
6、本的、特殊“混凝土混凝土”或特殊或特殊“砂浆砂浆”。1 1 煤矿膏体充填开采是什么？煤矿膏体充填开采是什么？7 膏体充填开采改变了什么？膏体充填开采改变了什么？传统长壁垮落采煤传统长壁垮落采煤破破装装运运支支管管 长壁长壁胶结胶结膏体充填采煤膏体充填采煤1 1 煤矿膏体充填开采是什么？煤矿膏体充填开采是什么？8 为什么要搞膏体充填采煤？为什么要搞膏体充填采煤？解放解放解放解放“三下一上三下一上”压煤，提高煤炭采出率，延长压煤，提高煤炭采出率，延长矿井服务年限；矿井服务年限；保水采煤；保水采煤；坚硬顶板管理；坚硬顶板管理；沿空留巷，煤与瓦斯共采；沿空留巷，煤与瓦斯共采；固体废弃物资源化利用。固体
7、废弃物资源化利用。2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景9 我国煤炭工业规模与地位我国煤炭工业规模与地位中国能源结构中国能源结构中国煤炭产量中国煤炭产量 中国煤炭中国煤炭产产量占全世界量占全世界40%左右。左右。专专家家预测预测，未来，未来50年内年内中国煤炭中国煤炭产产量将达到量将达到4550亿亿t/a，煤炭占全国能源比例不会低，煤炭占全国能源比例不会低于于50%，煤炭将一直是中国第一能源。，煤炭将一直是中国第一能源。2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景10 我国煤炭工业主要问题之一我国煤炭工业主要问题之一安全问题安全问题 中国煤矿历年百万吨死亡率统计中国煤矿历
8、年百万吨死亡率统计内蒙古内蒙古0.052山西山西0.328陕西陕西0.117山东山东0.05安徽安徽0.28河南河南0.90四川四川4.334重庆重庆5.42贵州贵州3.24 2009年部分年部分省市煤矿死亡率省市煤矿死亡率美国美国0.045澳大利亚澳大利亚0德国德国0.04波兰波兰0.26南非南非0.3印度印度0.27单位：人单位：人/Mt2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景11 我国煤炭工业主要问题之二我国煤炭工业主要问题之二采出率低采出率低区域区域美国美国俄罗斯俄罗斯中国中国印度印度澳大利亚澳大利亚世界世界占世界份占世界份额额/%27.117.312.610.28.610
9、0储采比储采比/年年24550059229215164 2004年世界煤炭探明年世界煤炭探明储储量量统计统计 据据据据2007中中国国能能源源发发展展报报告告报报报报道道道道，我我我我国国国国煤煤煤煤炭炭炭炭平平平平均均均均采采采采出出出出率率率率只只只只有有有有3030左左左左右右右右，不不不不到到到到国国国国际际际际先先先先进进进进水水水水平平平平的的的的一一一一半半半半。中中中中国国国国1980198020002000年的年的年的年的2020年年年年间间间间，煤炭，煤炭，煤炭，煤炭资资资资源就浪源就浪源就浪源就浪费费费费了了了了280280亿亿亿亿t t。中国煤炭开采中国煤炭开采强强度是
10、其探明度是其探明储储量比例的量比例的3倍，采出率比世界倍，采出率比世界先先进进国家少国家少2030个百分点，每年煤炭个百分点，每年煤炭资资源浪源浪费费20亿亿t，如此，如此下去，是不可持下去，是不可持续续的！的！2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景12 我国煤炭工业主要问题之二我国煤炭工业主要问题之二采出率低采出率低 我国的煤炭我国的煤炭95%是地下井工是地下井工垮垮落法开采的，我国的井工采煤落法开采的，我国的井工采煤量占全世界井工采煤量占全世界井工采煤总总量的量的65%左右。左右。我国我国东东中部地区人口密集，以村庄建筑物中部地区人口密集，以村庄建筑物为为主的主的“三下一上三
11、下一上”压压煤十分煤十分严严重。以山重。以山东东省省为为例，例，2000年年统计统计建筑建筑压压煤煤44亿亿t，占全，占全省煤炭可采省煤炭可采储储量的量的53%。初步。初步统计统计中国山中国山东东、河北、河南、安徽、河北、河南、安徽、江江苏苏五省五省“三下一上三下一上”压压煤等呆滞煤炭煤等呆滞煤炭储储量超量超过过200亿亿t。传统传统“三下一上三下一上”压压煤主要采用条煤主要采用条带带法开采，采一条法开采，采一条带带煤，永煤，永久保留一条久保留一条带带煤，采区采出率一般低于煤，采区采出率一般低于50%，煤厚、采深大，煤厚、采深大时时更更低。低。钱鸣高院士指出：几十年来我国钱鸣高院士指出：几十年
12、来我国“三下三下”采煤采煤 技术没有根技术没有根本改变，急需发展新的不迁村高采率采煤技术。本改变，急需发展新的不迁村高采率采煤技术。2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景13 我国煤炭工业主要问题之三我国煤炭工业主要问题之三破坏环境破坏环境 我国煤矿普遍采用垮落法开采，引起岩层破坏与我国煤矿普遍采用垮落法开采，引起岩层破坏与我国煤矿普遍采用垮落法开采，引起岩层破坏与我国煤矿普遍采用垮落法开采，引起岩层破坏与移动，导致地表开采沉陷，破坏土移动，导致地表开采沉陷，破坏土移动，导致地表开采沉陷，破坏土移动，导致地表开采沉陷，破坏土地地资资源和地下水源和地下水资资源，同源，同时时排放大量
13、瓦斯、煤矸石、排放大量瓦斯、煤矸石、矿矿井水，井水，污污染染环环境。境。据据统计统计，全国平均每，全国平均每产产1t煤排放瓦斯煤排放瓦斯68m3、矸、矸石石0.10.15t、矿矿井水井水1.752.15t。单单矸石，我国每年新矸石，我国每年新增增34亿亿t。陕陕西西榆榆林地区按照开采林地区按照开采对对土地水土地水质质大气和人力大气和人力资资本的影响本的影响20032003年达到年达到52.8852.88亿亿元，合元，合74.1874.18元元/t/t，环环境境损损失占当年失占当年GDPGDP的的18.83%18.83%。2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景14 我国煤炭工业主要
14、问题之三我国煤炭工业主要问题之三破坏环境破坏环境 煤煤炭炭的的环环境境成成本本指指在在煤煤炭炭生生产产、加加工工、储储存存、运运输输、消消费费过过程程中中对对环环境境造造成成各各种种损损害害的的成成本本，其其中中包包括括气气候候变变化化、空空气气破破坏坏、水水污污染染、土土地地破破坏坏等等各各类类环环境境问问题题的的成成本本。2005年年煤煤炭炭开开采采环环境境成成本本69.47元元/t，煤煤炭炭燃烧环境成本燃烧环境成本91.70元元/t。2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景15 我国煤炭工业可持续发展技术途径我国煤炭工业可持续发展技术途径（1 1）提高资源采出率）提高资源采出
15、率）提高资源采出率）提高资源采出率 （2 2）提升资源开采范围）提升资源开采范围）提升资源开采范围）提升资源开采范围（3 3）减少矸石排放）减少矸石排放）减少矸石排放）减少矸石排放 （4 4）减轻地表沉陷）减轻地表沉陷）减轻地表沉陷）减轻地表沉陷（5 5）减少水资源破坏）减少水资源破坏）减少水资源破坏）减少水资源破坏 （6 6）矸石综合利用）矸石综合利用）矸石综合利用）矸石综合利用（7 7）减少材料消耗）减少材料消耗）减少材料消耗）减少材料消耗 （8 8）减少瓦斯排放）减少瓦斯排放）减少瓦斯排放）减少瓦斯排放（9 9）瓦斯利用）瓦斯利用）瓦斯利用）瓦斯利用 （1010）土地复垦）土地复垦）土地
16、复垦）土地复垦（1111）矿井水净化）矿井水净化）矿井水净化）矿井水净化 （1212）伴生矿物综合开发）伴生矿物综合开发）伴生矿物综合开发）伴生矿物综合开发。固固体体废废物物膏膏体体充充填填开开采采把把矸矸石石等等固固体体废废物物的的利利用用，与与控控制制采采煤煤工工作作面面顶顶底底板板岩岩层层破破坏坏，减减少少开开采采沉沉陷陷，保保护护地地面面建建/构构筑筑物物结结合合起起来来，具具有有提提高高资资源源采采出出率率、增增强强矿矿井井安安全全保保障障度度、保保护护矿矿区区生生态态环环境境的的鲜鲜明明特特性性的的绿绿色色开开采采核核心心技技术术，是我国煤炭工，是我国煤炭工业业科技科技发发展的主要
17、方向。展的主要方向。2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景16 我国煤炭工业可持续发展技术途径我国煤炭工业可持续发展技术途径 “高效安全、高采出率、环境协调高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系绿色开采技术体系2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景17 世界主要充填采矿方法发展历史世界主要充填采矿方法发展历史2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景18 中中国国矿矿业业大大学学是是国国内内最最早早研研究究煤煤矿矿膏膏体体充充填填开开采采技技术术的的单单位之一：位之一：19961996年年提提出出利利用用固固体体废废物物膏膏体体充充填填开开采采控控
18、制制地地表表开开采沉陷，解放采沉陷，解放“三下一上三下一上”压压煤思想。煤思想。20052005年年通通过过“211211工工程程”，投投资资建建成成充充填填采采矿矿实实验验室室，现现已已经经成成为为“煤煤炭炭资资源源与与安安全全开开采采国国家家重重点点实实验验室室”的的重重要要组组成部分。成部分。20062006年年以以来来承承担担完完成成了了我我国国煤煤矿矿第第一一批批膏膏体体充充填填工工业业化化试验项试验项目。目。我国煤矿膏体充填的发展过程我国煤矿膏体充填的发展过程19 充填注浆材料制备实验系统充填注浆材料制备实验系统充填注浆材料制备实验系统充填注浆材料制备实验系统 粗粒料浆充填实验系统
19、粗粒料浆充填实验系统粗粒料浆充填实验系统粗粒料浆充填实验系统 细粒料浆充填实验系统细粒料浆充填实验系统细粒料浆充填实验系统细粒料浆充填实验系统 在中国矿业大学在中国矿业大学在中国矿业大学在中国矿业大学“211211工程工程工程工程”支持下设计建支持下设计建支持下设计建支持下设计建立了充填采矿实验室，已为煤炭资源与安全开立了充填采矿实验室，已为煤炭资源与安全开立了充填采矿实验室，已为煤炭资源与安全开立了充填采矿实验室，已为煤炭资源与安全开采国家重点实验室的一部分，为膏体充填技术采国家重点实验室的一部分，为膏体充填技术采国家重点实验室的一部分，为膏体充填技术采国家重点实验室的一部分，为膏体充填技术
20、研发提供了先进试验平台。研发提供了先进试验平台。研发提供了先进试验平台。研发提供了先进试验平台。2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景 中国矿大充填实验室中国矿大充填实验室20 中国矿大承担煤矿膏体充填投产项目中国矿大承担煤矿膏体充填投产项目中国矿大承担煤矿膏体充填投产项目中国矿大承担煤矿膏体充填投产项目No项项目名称目名称充填目的充填目的合作合作单单位位投投产时间产时间1厚煤厚煤层层分分层层膏体膏体充填开采充填开采提高开采上限提高开采上限太平煤太平煤矿矿2006.52粉煤灰膏体充填粉煤灰膏体充填井下井下处处理粉煤灰理粉煤灰金牛股份邢台煤金牛股份邢台煤矿矿2007.73村庄下矸石
21、膏体村庄下矸石膏体充填综采充填综采解放建筑物解放建筑物压压煤，保煤，保护护村庄建筑村庄建筑峰峰集峰峰集团团小屯小屯矿矿2008.64村庄下与承村庄下与承压压水水上上绿绿色开采色开采解放建筑物解放建筑物压压煤，保煤，保护护建筑和开采安全建筑和开采安全焦煤集焦煤集团团鑫珠春鑫珠春公司公司2008.75膏体充填回收条膏体充填回收条带带煤柱煤柱回收条回收条带带开采开采遗遗留煤留煤柱，保柱，保护护建筑建筑/构筑构筑淄淄矿矿集集团团岱庄煤岱庄煤矿矿2009.126地面管输膏体巷地面管输膏体巷旁充填厚煤层无旁充填厚煤层无煤柱开采煤柱开采无煤柱开采无煤柱开采淄淄矿矿集集团许团许厂煤厂煤矿矿2010.621 兄
22、弟单位承担煤矿膏体充填项目部分统计兄弟单位承担煤矿膏体充填项目部分统计兄弟单位承担煤矿膏体充填项目部分统计兄弟单位承担煤矿膏体充填项目部分统计2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景No煤矿名称煤矿名称项目名称项目名称进展情况进展情况1枣枣庄蒋庄煤庄蒋庄煤矿矿村庄下膏体充填村庄下膏体充填2006.5投投产产2新汶新汶孙孙村村矿矿煤矸石似膏体自流充填煤矸石似膏体自流充填2006.9投投产产3淄博王庄煤矿淄博王庄煤矿粉煤灰高水膨胀充填粉煤灰高水膨胀充填2008.10投投产产4峰峰通峰峰通顺顺公司公司煤矸石似膏体自流充填煤矸石似膏体自流充填2009.9投投产产5内蒙古泰源煤矿内蒙古泰源煤
23、矿煤矸石膏体充填煤矸石膏体充填2008.10通通过过方案方案论证论证6新汶新汶赵赵官公司官公司矸石矸石/河砂膏体充填河砂膏体充填2009.9通通过过方案方案论证论证7铁铁法大明法大明矿矿风风井煤柱膏体充填开采井煤柱膏体充填开采2010.1通通过过方案方案论证论证8金牛股份金牛股份东庞矿东庞矿煤矸石膏体充填煤矸石膏体充填2010.4 项项目启目启动动9华华泰泰矿业矿业公司公司铁铁路路压压煤似膏体充填煤似膏体充填2010.5通通过过方案方案论证论证2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景22 膏膏体体充充填填最最早早是是19791979年年在在德德国国格格伦伦德德金金属属矿矿发发展展起
24、起来来的的；国国内内金金川川有有色色金金属属公公司司19891989年年开开始始试试验验膏膏体体充充填填；膏膏体体充充填填已已经经在在世世界界金金属属矿矿山山开开采采和和尾尾矿矿处处理理等等方方面面得得以以比比较较广广泛泛的的应应用用，一一年年一一度度的的世世界界膏膏体体充充填填研研讨讨会会已已经召开经召开1313次。次。国国内内外外金金属属矿矿山山膏膏体体充充填填技技术术研研究究成成果果，对对我我国国煤煤矿矿发发展展膏膏体体充充填填有有重重要要参参考考借借鉴鉴价价值值，但但是是，以以解解放放“三三下下一一上上”压压煤煤为为主主要要目目的的的的煤煤矿矿膏膏体体充充填填与与金金属属矿矿山山膏膏体
25、体充填有重要的区充填有重要的区别别。煤矿膏体充填的特点煤矿膏体充填的特点2 2 煤矿膏体充填发展的背景煤矿膏体充填发展的背景23 与与金金属属矿矿山山膏膏体体充充填填比比较较，解解放放“三三下下一一上上”压压煤煤的的煤煤矿矿膏体充填开采主要特点是：膏体充填开采主要特点是：充填的目的是减沉。充填的目的是减沉。充充填填与与采采煤煤同同在在一一个个工工作作面面，充充填填体体构构筑筑方方法法不不同于金属同于金属矿矿山，煤山，煤矿矿需要需要发发展展专门专门膏体充填隔离支架。膏体充填隔离支架。充充填填材材料料强强度度性性能能要要求求不不同同，煤煤矿矿充充填填以以后后数数小小时时后就要求充填体承后就要求充填
26、体承载载，否，否则则，影响采煤面，影响采煤面产产量。量。煤煤矿矿膏膏充充填填原原料料主主要要是是煤煤矸矸石石、坑坑口口电电厂厂低低质质粉粉煤灰等，材料品煤灰等，材料品质质差，差，质质量波量波动动大。大。煤矿膏体充填的特点煤矿膏体充填的特点3 3 膏体充填的技术优势膏体充填的技术优势24 煤矿充填开采地表沉陷煤矿充填开采地表沉陷W W0 0的组成的组成NoNo地表沉陷组成部分地表沉陷组成部分主要影响与控制因素主要影响与控制因素1充填前顶底移近量充填前顶底移近量W W1 1（顶板下沉量（顶板下沉量W W1111、底臌量、底臌量W W1212）主要受采深、煤层条件主要受采深、煤层条件/采高、顶采高、
27、顶底板条件、采场支护、充填开采底板条件、采场支护、充填开采方法影响，由采场支护主要控制方法影响，由采场支护主要控制2欠接顶量欠接顶量W W2 2主要受充填方法、隔离方法影响，主要受充填方法、隔离方法影响，由隔离效果主要控制由隔离效果主要控制3充填体压缩量充填体压缩量W W3 3主要决定充填材料压缩性能，膏主要决定充填材料压缩性能，膏体密实度最高、压缩率最低。体密实度最高、压缩率最低。4顶底板压缩量顶底板压缩量W W4 4（顶板压缩量（顶板压缩量W W4141、底板压缩量、底板压缩量W W4242）主要受采深、顶底板条件、开采主要受采深、顶底板条件、开采环境影响和控制环境影响和控制5表土固结下沉
28、量表土固结下沉量W W5 5主要受表土层条件、采动引起的主要受表土层条件、采动引起的水位变化影响和控制水位变化影响和控制3 3 膏体充填的技术优势膏体充填的技术优势25 不同开采条件对充填材料强度要求不同不同开采条件对充填材料强度要求不同举例：举例：（1）朱朱村村矿矿薄薄煤煤层层长长壁壁充充填填无无煤煤柱柱开开采采，要要求求充充填填材材料强度不小于料强度不小于1.0 MPa。（2）太太平平煤煤矿矿厚厚煤煤层层分分层层长长壁壁无无煤煤柱柱开开采采，如如果果采采用用上上行行式式开开采采顺顺序序要要求求充充填填材材料料强强度度要要求求不不小小于于1.5 MPa；如如果果采采用用下下行行式式开开采采顺
29、顺序序要要求求充充填填材材料料强强度度要要求不小于求不小于5 MPa。（3）岱岱庄庄煤煤矿矿充充填填回回收收中中厚厚煤煤层层条条带带开开采采遗遗留留煤煤柱柱，当当条条带带煤煤柱柱宽宽度度50 m时时要要求求充充填填材材料料强强度度要要求求不不小小于于5 MPa；当当条条带带煤煤柱柱宽宽度度不不小小于于100 m时时要要求求充充填填材材料强度要求不小于料强度要求不小于2.6MPa。26 矸石散体与膏体压缩性能对比矸石散体与膏体压缩性能对比矸石散体与膏体压缩性能对比矸石散体与膏体压缩性能对比 膏体单向压缩全应力应变曲线膏体单向压缩全应力应变曲线3 3 膏体充填的技术优势膏体充填的技术优势 膏体充填
30、材料压缩性能优势膏体充填材料压缩性能优势273 3 膏体充填的技术优势膏体充填的技术优势 膏体充填材料强度调节的优势膏体充填材料强度调节的优势 膏体充填材料强度与胶结料用量关系膏体充填材料强度与胶结料用量关系注：充填原料为泥砂。注：充填原料为泥砂。283 3 膏体充填的技术优势膏体充填的技术优势 膏体充填材料强度调节的优势膏体充填材料强度调节的优势 超高水材料用量与充填体强度的关系超高水材料用量与充填体强度的关系293 3 膏体充填的技术优势膏体充填的技术优势No比较项目比较项目膏体胶结充填膏体胶结充填超高水充填超高水充填干式充填干式充填1充填材料组成与用充填材料组成与用量量固体废物、粉煤固体
31、废物、粉煤灰、胶结料、水。灰、胶结料、水。用量大用量大超高水材料、水。超高水材料、水。用量少用量少固体废物、粉煤固体废物、粉煤灰。灰。用量大用量大2充填体压缩量充填体压缩量/%131320403充充填填体体强强度度15 MPa范范围围胶胶结结料料费费用用/元元/m3胶结料胶结料3486普水泥普水泥30751073190(机械压实强度机械压实强度小于小于12MPa）4充填材料运输方式充填材料运输方式单一管道输送单一管道输送双管道输送双管道输送皮带输送皮带输送5充填系统投资充填系统投资大大少少较大较大6充填体构筑方法充填体构筑方法隔离要求高隔离要求高隔离要求高隔离要求高隔离要求低隔离要求低7减沉效
32、果减沉效果好好好好较差较差8采出率采出率高高高高较低较低9适应性适应性各种条件各种条件低强度条件低强度条件减沉要求低减沉要求低 膏体充填与其它充填方法比较表膏体充填与其它充填方法比较表4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术30 膏体充填采煤技膏体充填采煤技术术关关键键方面：方面：膏体充填体控制覆岩及地表沉陷理膏体充填体控制覆岩及地表沉陷理论论与方法与方法 膏体充填材料膏体充填材料 膏体充填关膏体充填关键设备键设备与工与工艺艺 充填液体支架与膏充填体构筑方法。充填液体支架与膏充填体构筑方法。膏体充填采煤技术关键膏体充填采煤技术关键4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术
33、31 膏体充填体作用模型膏体充填体作用模型膏体充填体膏体充填体+支架（采煤区、待充填区）支架（采煤区、待充填区）+煤体煤体顶板耦合作用顶板耦合作用距工作面距工作面/m顶顶板岩板岩层层下沉下沉/cm1号号测测点点2号号测测点点3号号测测点点324 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术 膏体充填岩层控制规律膏体充填岩层控制规律 充填法开采覆岩下沉充填法开采覆岩下沉距工作面/m顶板岩层下沉/cm1号测点2号测点3号测点 垮落法开采覆岩下沉垮落法开采覆岩下沉 膏体充填改变了垮落法采场矿压规律，正常膏体充填直接顶板不膏体充填改变了垮落法采场矿压规律，正常膏体充填直接顶板不垮落，老顶不出现周期
34、性破断，采场相当于移动的开切眼，顶板只有垮落，老顶不出现周期性破断，采场相当于移动的开切眼，顶板只有裂缝带和弯曲下沉带，甚至只有弯曲下沉带。裂缝带和弯曲下沉带，甚至只有弯曲下沉带。膏体充填采煤控制地表沉陷的关键是控制好工作面采煤区和待充膏体充填采煤控制地表沉陷的关键是控制好工作面采煤区和待充填区上方的直接顶板和下位基本顶板。膏体充填采煤可以利用直接顶填区上方的直接顶板和下位基本顶板。膏体充填采煤可以利用直接顶板下沉预计地面开采沉陷。板下沉预计地面开采沉陷。1离煤层离煤层120m2离煤层离煤层40m3离煤层离煤层5m4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术33 膏体充填材料性能控制指
35、标（以小屯矿为例）膏体充填材料性能控制指标（以小屯矿为例）矸石粒径：矸石粒径：最大粒径最大粒径 25 mm 小于小于5 mm部分不少于部分不少于45%流动性：流动性：坍落度坍落度S 220 mm 可泵时间：可泵时间：24 h 稳定性：稳定性：静置泌水率静置泌水率3%5%抗压强度：抗压强度：抗压强度：抗压强度：R Rc8h c8h 0.1 MPa 0.1 MPa R Rc28 dc28 d 1.5 MPa 1.5 MPa4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术34 坍落度实验方法坍落度实验方法低流动性，低流动性，S79cm，不能泵送；，不能泵送；中等流动性，中等流动性，S=1214c
36、m；大流动性，大流动性，1618cm；超大流动性，超大流动性，S=2224cm。膏体充填料浆属于膏体充填料浆属于膏体充填料浆属于膏体充填料浆属于超大流动性或大流超大流动性或大流超大流动性或大流超大流动性或大流动性物料！动性物料！动性物料！动性物料！4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术35 膏体充填材料早期强度的选择（以小屯矿为例）膏体充填材料早期强度的选择（以小屯矿为例）早期强度概念：指充填材料早期强度概念：指充填材料8h1d龄期抗压强度。龄期抗压强度。早期强度的作用：早期强度的作用：保持保持充填体自稳定。如小屯矿采高充填体自稳定。如小屯矿采高2.8m，充填体密度，充填体密度1
37、8t/m3，保持充填体自身稳定需要强度，保持充填体自身稳定需要强度0.04MPa。支撑支撑直接顶板岩石重量。小屯矿充填步距直接顶板岩石重量。小屯矿充填步距2.0m，早期，早期需要支撑直接顶厚度需要支撑直接顶厚度2.0m，需要支护能力，需要支护能力0.05MPa。适应老顶变形的附加应力。适应老顶变形的附加应力。综合考虑，小屯矿充填材料综合考虑，小屯矿充填材料综合考虑，小屯矿充填材料综合考虑，小屯矿充填材料R Rc8h c8h 0.1 MPa 0.1 MPa 4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术36 膏体充填材料后期强度的选择（以小屯矿为例）膏体充填材料后期强度的选择（以小屯矿为
38、例）后期强度的作用：指后期强度的作用：指28d强度。强度。支支撑撑上上覆覆岩岩土土层层重重量量。膏膏体体充充填填体体依依靠靠的的是是密密实实度度、三三向向抗抗压压强强度度，而而不不是是单单向向抗抗压压强强度度支支撑撑上上覆覆岩岩土土层层重重量。量。小小屯屯矿矿南南旺旺村村大大煤煤采采深深400m左左右右，上上覆覆岩岩层层产产生生的的压力压力10MPa左右。左右。厚煤层假顶或假底作用，控制支架插入量。厚煤层假顶或假底作用，控制支架插入量。小屯矿充填材料后期强度小屯矿充填材料后期强度 R Rc28 dc28 d 1.5 MPa 1.5 MPa。37 SL SL SL SL膏体胶结料与膏体胶结料与膏
39、体胶结料与膏体胶结料与42.5R42.5R42.5R42.5R普通水泥实验对比表普通水泥实验对比表普通水泥实验对比表普通水泥实验对比表 SLSLSLSL膏膏膏膏体体体体胶胶胶胶结结结结料料料料为为为为一一一一种种种种以以以以钢钢钢钢厂厂厂厂水水水水淬淬淬淬渣渣渣渣为为为为基基基基材材材材的的的的复复复复合合合合材材材材料料料料，具具具具有有有有早早早早期期期期强强强强度度度度高高高高、亲亲亲亲泥泥泥泥特特特特性性性性好好好好等等等等特特特特点点点点，可可可可以以以以和和和和各各各各种种种种含含含含泥泥泥泥高高高高的的的的低低低低质质质质充充充充填填填填原材料良好凝固，为膏体充填面快速推进创造了
40、条件。原材料良好凝固，为膏体充填面快速推进创造了条件。原材料良好凝固，为膏体充填面快速推进创造了条件。原材料良好凝固，为膏体充填面快速推进创造了条件。4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术 膏体胶结料膏体胶结料2010年初年初SL胶结胶结料实现批量生产。料实现批量生产。4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术 煤矿膏体充填工艺煤矿膏体充填工艺38膏体充填系统组成膏体充填系统组成 固体废物加工固体废物加工 充填材料储存充填材料储存 充填材料配制充填材料配制充填材料配制充填材料配制 膏体泵送膏体泵送膏体泵送膏体泵送 充填体构筑充填体构筑 检测控制检测控制检测控制检测控制
41、粉尘防治粉尘防治粉尘防治粉尘防治目目前前在在用用岱岱庄庄煤煤矿矿膏膏体体充充填填系系统统，采采深深450m450m，最大输送距离，最大输送距离5km5km。39 需要指出的是，需要指出的是，需要指出的是，需要指出的是，这这这这里介里介里介里介绍绍绍绍的煤的煤的煤的煤矿矿矿矿膏体充填主膏体充填主膏体充填主膏体充填主要成果是指中国要成果是指中国要成果是指中国要成果是指中国矿矿矿矿大与有关大与有关大与有关大与有关单单单单位合作研究成果。位合作研究成果。位合作研究成果。位合作研究成果。太平煤矿站太平煤矿站小屯煤矿站小屯煤矿站朱村煤矿站朱村煤矿站岱庄煤矿站岱庄煤矿站4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填
42、采煤的关键技术 煤矿膏体充填工艺煤矿膏体充填工艺40中国矿大初步形成了一套适合煤矸石中国矿大初步形成了一套适合煤矸石膏体充填工艺技术，主要特点是：膏体充填工艺技术，主要特点是：（1）采用批次搅拌，搅拌电流监）采用批次搅拌，搅拌电流监测等，保证每批次料浆在允许变化范测等，保证每批次料浆在允许变化范围内，不合格料及时处理，适应煤矿围内，不合格料及时处理，适应煤矿膏体充填原材料质量波动大的需要。膏体充填原材料质量波动大的需要。（2）逐渐引入膏体输送管道状态）逐渐引入膏体输送管道状态监测与控制，提高了系统保障与事故监测与控制，提高了系统保障与事故快速处理能力。快速处理能力。（3）开发出煤矿膏体充填计算
43、机）开发出煤矿膏体充填计算机控制系统和特殊管件产品。控制系统和特殊管件产品。4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术 煤矿膏体充填工艺煤矿膏体充填工艺41 典型批次搅拌电流变化过程典型批次搅拌电流变化过程 系统大型设备启停对搅拌电系统大型设备启停对搅拌电流影响流影响 搅拌电流特征值与标准稠度搅拌电流特征值与标准稠度变化关系变化关系4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术 煤矿膏体充填工艺煤矿膏体充填工艺4 4 膏体充填采煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术 充填液压支架充填液压支架42太平充填支架太平充填支架ZC2000/16/24ZC2000/16/24小屯充填支架小屯
44、充填支架ZC3800/15.5/28.5ZC3800/15.5/28.5岱庄充填支架岱庄充填支架ZC4000/17/32ZC4000/17/32 膏体充填工作面分采煤区和膏体充填工作面分采煤区和充填区两部分，对于充填支充填区两部分，对于充填支架的功能要求：架的功能要求：（1 1）采煤区顶板支护）采煤区顶板支护 （2 2）充填区顶板支护）充填区顶板支护 （3 3）隔离防漏）隔离防漏 （4 4）抵抗浆体侧向压力）抵抗浆体侧向压力 （5 5）其它：如控制煤壁，）其它：如控制煤壁，防治片帮；调架；防滑等。防治片帮；调架；防滑等。已有的为整体式已有的为整体式正在开发分体式正在开发分体式4 4 膏体充填采
45、煤的关键技术膏体充填采煤的关键技术 膏体充填采煤工艺膏体充填采煤工艺43采用整体式充填液压支架时，膏体采用整体式充填液压支架时，膏体充填采煤过程：充填采煤过程：采煤采煤充填充填凝固凝固 采煤采煤隔离隔离充填充填凝固凝固 为了提高产量，通常布置为了提高产量，通常布置2个个工作面轮采。工作面轮采。采用分体式充填液压支架时，膏体采用分体式充填液压支架时，膏体充填采煤过程：充填采煤过程：采煤采煤充填充填 采煤充填同时进行采煤充填同时进行5 5 膏体充填控制岩层移动效果膏体充填控制岩层移动效果 膏体充填采煤实际应用情况膏体充填采煤实际应用情况44实例实例实例实例1 1：太平煤矿厚煤层分层膏体充填开采太平
46、煤矿厚煤层分层膏体充填开采 太太平平煤煤矿矿膏膏体体充充填填2006年年5月月投投产产，是我国煤矿第一个膏体充填工程。是我国煤矿第一个膏体充填工程。该该项项目目解解决决了了薄薄基基岩岩、强强含含水水层层下下9m厚厚煤煤层层高高采采出出率率、安安全全开开采采难难题题，使使煤煤炭炭资资源源采采出出率率从从10%提提高高到到80%以以上上，达到国际领先水平达到国际领先水平。5 5 膏体充填控制岩层移动效果膏体充填控制岩层移动效果 膏体充填采煤实际应用情况膏体充填采煤实际应用情况45实例实例实例实例2 2：小屯矿建筑物下矸石膏体充填机械化开采小屯矿建筑物下矸石膏体充填机械化开采 峰峰小屯矿建筑物下矸石
47、膏体充填系统峰峰小屯矿建筑物下矸石膏体充填系统2008年年6月建成投产，是月建成投产，是我国煤矿第一个我国煤矿第一个25mm矸石膏体充填工程。矸石膏体充填工程。该项目开发了专门膏体充填自控系统和整体式液压充填支架，发展该项目开发了专门膏体充填自控系统和整体式液压充填支架，发展了了25mm大颗粒矸石膏体下向管道输送技术，村庄不搬迁条件下厚煤大颗粒矸石膏体下向管道输送技术，村庄不搬迁条件下厚煤层采出率达到层采出率达到80%以上，而用条带开采的采出率只有以上，而用条带开采的采出率只有37.5%。该项。该项目研究达到国际领先水平。目研究达到国际领先水平。5 5 膏体充填控制岩层移动效果膏体充填控制岩层
48、移动效果 膏体充填采煤实际应用情况膏体充填采煤实际应用情况46实例实例实例实例3 3：朱村矿建筑物下承压水上膏体充填开采朱村矿建筑物下承压水上膏体充填开采 焦焦作作朱朱村村矿矿矸矸石石膏膏体体充充填填系系统统2008年年7月月建建成成投投产产，是是我我国国煤煤矿矿第一个建筑物下承压水上带压膏体充填开采工程。第一个建筑物下承压水上带压膏体充填开采工程。该该项项目目发发展展了了搅搅拌拌电电流流监监控控膏膏体体料料浆浆流流动动性性能能技技术术，建建立立了了充充填填体体、支支架架、煤煤体体和和顶顶板板耦耦合合作作用用理理论论方方程程式式，掌掌握握了了膏膏体体充充填填控控制制底底板板采采动动破破坏坏和和
49、地地表表沉沉陷陷规规律律，实实现现了了不不迁迁村村承承压压水水上上往往复复式式开开采采，达达到国际领先水平。到国际领先水平。5 5 膏体充填控制岩层移动效果膏体充填控制岩层移动效果 膏体充填采煤实际应用情况膏体充填采煤实际应用情况47实例实例实例实例4 4：岱庄煤矿矸石膏体机械化充填回收条带煤柱岱庄煤矿矸石膏体机械化充填回收条带煤柱 淄淄博博岱岱庄庄煤煤矿矿矸矸石石膏膏体体充充填填系系统统2009年年底底投投产产，是是我我国国煤煤矿第一个膏体充填回收条带开采留下的保护煤柱。矿第一个膏体充填回收条带开采留下的保护煤柱。该该项项目目发发展展了了膏膏体体料料浆浆专专用用管管件件与与闸闸阀阀，膏膏体体
50、充充填填管管路路堵堵管管事事故故快快速速诊诊断断技技术术，开开发发了了专专用用膏膏体体充充填填液液压压支支架架等等。该该项项目目将将在在2011年鉴定。年鉴定。5 5 膏体充填控制岩层移动效果膏体充填控制岩层移动效果 膏体充填接顶效果膏体充填接顶效果48小屯模拟充填接顶检测结果：小屯模拟充填接顶检测结果：中国矿大中国矿大SL胶结料制作的膏体充填材胶结料制作的膏体充填材料不泌水，料不泌水，2600 mm高充填体，收高充填体，收缩缝隙最大缩缝隙最大8 mm，只有，只有0.3%。朱村充填接顶效果朱村充填接顶效果小屯模拟充填接顶效果小屯模拟充填接顶效果岱庄充填接顶效果岱庄充填接顶效果太平充填接顶效果太
