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1、膏體充填開采技術(shù)國家能源充填采煤技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任膏體充填采煤技術(shù)研究示范基地副主任峰峰集團(tuán)副總工程師張步勤膏體充填技術(shù)要解決這幾個問題：1、要什么樣的充填膏體2、怎樣制備成你需要的膏體3、怎樣按需要的量輸送到需要的地點(diǎn)4、怎樣快速形成充填所需的封閉空間5、怎樣提高生產(chǎn)能力和效率6、怎樣降低充填成本1、膏體充填開采技術(shù)簡介膏體充填開采技術(shù)是指：將煤礦附近的煤矸石、粉煤灰、爐渣、劣質(zhì)土、城市固體垃圾等加工成一定級配的骨料，并按一定比例與膠結(jié)材料、水混合成為無臨界流速、不需脫水的膏狀漿液（膏體），在外加力（充填泵泵壓）及膏體自
2、身重力作用下通過管道輸送到井下，實(shí)時充填采空區(qū)的采礦方法。2、膏體適于充填的優(yōu)良特性濃度高一般膏體充填材料質(zhì)量濃度大于75%，目前最高濃度達(dá)到88%，而普通水砂材料濃度低于65%。流動狀態(tài)為柱塞結(jié)構(gòu)流普通水砂充填料漿管道輸送過程中呈典型的兩相紊流特征，管道橫截面上漿體的流速為拋物線分布，從管道中心到管壁，流速逐漸由大減小為零，而膏體充填料漿在管道中基本是整體平推運(yùn)動，管道橫截面上的漿體基本上以相同的流速流動，稱之為柱塞結(jié)構(gòu)流（見下幀圖）。1、柱塞流；2、水泥漿潤滑層；3、水膜層；4、管壁；5、速度分布線；6、潤滑層；D、管道
3、直徑；L、單位管道長度；A1、A2管道兩斷面；τ0、起始切應(yīng)力；P1、P2為A1、A2斷面的應(yīng)力料漿基本不沉淀、不泌水、不離析不需要復(fù)雜的過濾排水設(shè)施，減少了膠結(jié)材料的流失，也降低凝結(jié)前對隔離裝置要求，使充填工作面其他工作不受影響，充填密實(shí)度高。無臨界流速最大顆粒粒徑達(dá)到25~35mm，流速小于1m/s仍然能夠正常輸送，所以膏體充填所用的矸石等物料只要破碎加工即可，可降低材料加工費(fèi)，低速輸送能夠減小管道磨損。相同膠結(jié)材料用量下強(qiáng)度較高可降低價格較高的膠結(jié)材料用量，降低材料成本。膏體充填體壓縮率低膏體充填材料中固體顆粒之間的空
4、隙由細(xì)料和水充滿，一般壓縮率只有1%左右，控制地表開采沉陷效果好，“三下一上”壓煤有條件得到最大限度的開采。早強(qiáng)性好，初凝可控膏體早強(qiáng)性好，充填數(shù)小時以后膏體充填體就具有一定強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)，滿足脫模條件，并對頂板有適當(dāng)?shù)闹巫饔茫桓囿w初凝時間可通過調(diào)整材料配比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)各種充填方法的要求。3、膏體充填材料充填材料應(yīng)因地制宜，就地取材。峰峰集團(tuán)具有百年開采歷史，歷史形成18座矸石山，堆積矸石5000余萬噸，每年產(chǎn)矸石量為380萬噸，另有五座自備電廠年產(chǎn)生120萬噸粉煤灰，因此，峰峰集團(tuán)主要以煤礦矸石為膏體充填材料，將
5、電廠粉煤灰等按一定比例與其混合，并加入特定膠結(jié)材料、添加劑而加工成的一種膏狀漿體材料。3·1、膏體充填材料基本性能膏體充填材料具有穩(wěn)定性、可塑性和流動性三大基本特性：穩(wěn)定性指它具有抵抗分層和離析的能力，是材料泵送的關(guān)鍵。體現(xiàn)在實(shí)踐中，就是膏體在密閉的管道中停留數(shù)小時不沉淀、不分層、不離析，能順利地進(jìn)行輸送?？伤苄允侵父囿w充填材料在輸送或充填過程中發(fā)生變形后，其基本結(jié)構(gòu)仍保持不變的能力。流動性是指它能流動，產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)是膏體的物料構(gòu)成中有15%以上的20μm細(xì)粒級含量。細(xì)粒級有很強(qiáng)的飽水能力，使水量能夠填滿膏體微細(xì)顆粒之間的空隙
6、，起到顆粒之間的潤滑作用。在實(shí)踐中流動性體現(xiàn)為在其重力作用下能在充填空間中流動。為高效輸送矸石膏體充填材料和對覆巖有效控制，對矸石膏體充填材料有如下要求：流動性能要求：膏體料漿的坍落度﹥180mm?？杀盟蜁r間：不小于4h，即從加水混合以后，靜置4h，仍能正常泵送，料漿無明顯分層，坍落度保持在150mm以上。靜置泌水率：3%～5%。單軸抗壓強(qiáng)度：8～10h達(dá)到0.1～0.2MPa，28d達(dá)到10～15MPa。矸石最大粒徑小于25mm，其中小于等于5mm部分占35%～45%。3·2、矸石級配優(yōu)化破碎矸石顆粒級配將直接影響膏體的流
7、動性能，對充填體的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。因此煤矸石的級配優(yōu)化主要考慮以下兩個方面：一是矸石膏體的流動性能要好，能夠滿足管道輸送要求；二是在其它物料相同條件下，矸石膏體的早期強(qiáng)度（早強(qiáng)性）和最終齡期強(qiáng)度高。矸石作為膏體充填的粗骨料，一般為防止堵管和充填密實(shí)，最大粒徑≯25mm。煤矸石自然粒徑級配變化大，對膏體的配比和流動性影響較大，因此需對煤矸石進(jìn)行破碎。在滿足膏體配比的前提下，破碎煤矸石的粒徑級配考慮了兩種規(guī)格：一是﹤5mm煤矸石；二是5～25mm煤矸石。通過對兩種規(guī)格的煤矸石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化配比，初步確定出兩種煤矸石的配比關(guān)系。﹤5
8、mm破碎煤矸石的含量在30%～50%之間時，其膏體坍落度均在20～25cm，能夠滿足膏體管道泵送的需要，說明兩種規(guī)格的矸石級配具有較大的選擇空間。從強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)﹤5mm矸石的含量在30%～50%時強(qiáng)度變化不大，相對而言﹤5mm破碎煤矸石的含量33%～40%左右，膏體充填材料早
