膏体充填开采技术课件.ppt

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1、膏体充填开采技术国家能源充填采煤技术重点实验室副主任膏体充填采煤技术研究示范基地副主任峰峰集团副总工程师张步勤膏体充填技术要解决这几个问题：1、要什么样的充填膏体2、怎样制备成你需要的膏体3、怎样按需要的量输送到需要的地点4、怎样快速形成充填所需的封闭空间5、怎样提高生产能力和效率6、怎样降低充填成本1、膏体充填开采技术简介膏体充填开采技术是指：将煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等加工成一定级配的骨料，并按一定比例与胶结材料、水混合成为无临界流速、不需脱水的膏状浆液（膏体），在外加力（充填泵泵压）及膏体自

2、身重力作用下通过管道输送到井下，实时充填采空区的采矿方法。2、膏体适于充填的优良特性浓度高一般膏体充填材料质量浓度大于75%，目前最高浓度达到88%，而普通水砂材料浓度低于65%。流动状态为柱塞结构流普通水砂充填料浆管道输送过程中呈典型的两相紊流特征，管道横截面上浆体的流速为抛物线分布，从管道中心到管壁，流速逐渐由大减小为零，而膏体充填料浆在管道中基本是整体平推运动，管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动，称之为柱塞结构流（见下帧图）。1、柱塞流；2、水泥浆润滑层；3、水膜层；4、管壁；5、速度分布线；6、润滑层；D、管道

3、直径；L、单位管道长度；A1、A2管道两断面；τ0、起始切应力；P1、P2为A1、A2断面的应力料浆基本不沉淀、不泌水、不离析不需要复杂的过滤排水设施，减少了胶结材料的流失，也降低凝结前对隔离装置要求，使充填工作面其他工作不受影响，充填密实度高。无临界流速最大颗粒粒径达到25~35mm，流速小于1m/s仍然能够正常输送，所以膏体充填所用的矸石等物料只要破碎加工即可，可降低材料加工费，低速输送能够减小管道磨损。相同胶结材料用量下强度较高可降低价格较高的胶结材料用量，降低材料成本。膏体充填体压缩率低膏体充填材料中固体颗粒之间的空

4、隙由细料和水充满，一般压缩率只有1%左右，控制地表开采沉陷效果好，“三下一上”压煤有条件得到最大限度的开采。早强性好，初凝可控膏体早强性好，充填数小时以后膏体充填体就具有一定强度，实现自稳，满足脱模条件，并对顶板有适当的支撑作用；膏体初凝时间可通过调整材料配比进行适当调整，以适应各种充填方法的要求。3、膏体充填材料充填材料应因地制宜，就地取材。峰峰集团具有百年开采历史，历史形成18座矸石山，堆积矸石5000余万吨，每年产矸石量为380万吨，另有五座自备电厂年产生120万吨粉煤灰，因此，峰峰集团主要以煤矿矸石为膏体充填材料，将

5、电厂粉煤灰等按一定比例与其混合，并加入特定胶结材料、添加剂而加工成的一种膏状浆体材料。3·1、膏体充填材料基本性能膏体充填材料具有稳定性、可塑性和流动性三大基本特性：稳定性指它具有抵抗分层和离析的能力，是材料泵送的关键。体现在实践中，就是膏体在密闭的管道中停留数小时不沉淀、不分层、不离析，能顺利地进行输送。可塑性是指膏体充填材料在输送或充填过程中发生变形后，其基本结构仍保持不变的能力。流动性是指它能流动，产生的实质是膏体的物料构成中有15%以上的20μm细粒级含量。细粒级有很强的饱水能力，使水量能够填满膏体微细颗粒之间的空隙

6、，起到颗粒之间的润滑作用。在实践中流动性体现为在其重力作用下能在充填空间中流动。为高效输送矸石膏体充填材料和对覆岩有效控制，对矸石膏体充填材料有如下要求：流动性能要求：膏体料浆的坍落度﹥180mm。可泵送时间：不小于4h，即从加水混合以后，静置4h，仍能正常泵送，料浆无明显分层，坍落度保持在150mm以上。静置泌水率：3%～5%。单轴抗压强度：8～10h达到0.1～0.2MPa，28d达到10～15MPa。矸石最大粒径小于25mm，其中小于等于5mm部分占35%～45%。3·2、矸石级配优化破碎矸石颗粒级配将直接影响膏体的流

7、动性能，对充填体的强度产生影响。因此煤矸石的级配优化主要考虑以下两个方面：一是矸石膏体的流动性能要好，能够满足管道输送要求；二是在其它物料相同条件下，矸石膏体的早期强度（早强性）和最终龄期强度高。矸石作为膏体充填的粗骨料，一般为防止堵管和充填密实，最大粒径≯25mm。煤矸石自然粒径级配变化大，对膏体的配比和流动性影响较大，因此需对煤矸石进行破碎。在满足膏体配比的前提下，破碎煤矸石的粒径级配考虑了两种规格：一是﹤5mm煤矸石；二是5～25mm煤矸石。通过对两种规格的煤矸石进行实验室优化配比，初步确定出两种煤矸石的配比关系。﹤5

8、mm破碎煤矸石的含量在30%～50%之间时，其膏体坍落度均在20～25cm，能够满足膏体管道泵送的需要，说明两种规格的矸石级配具有较大的选择空间。从强度实验结果看，实验范围内﹤5mm矸石的含量在30%～50%时强度变化不大，相对而言﹤5mm破碎煤矸石的含量33%～40%左右，膏体充填材料早