超高水充填.pdf

  超高水材料充填超高水材料充填采煤技术发展过程采煤技术发展过程   超高水材料及其性能超高水材料及其性能   超高水材料超高水材料充填采煤工艺充填采煤工艺   超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例 提纲提纲 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL  ““七五七五””、、““八五八五””期间期间，，中国矿大承担了国家科技攻关项中国矿大承担了国家科技攻关项 目目，，根据沿空留巷巷旁充填的需要根据沿空留巷巷旁充填的需要，，研究成功具有世界先进水研究成功具有世界先进水 平的平的ZKDZKD高水速凝充填材料和可输送高水速凝充填材料和可输送5 5 mmmm粒径颗粒料浆的粒径颗粒料浆的BHZBHZ- - 120120/ /1010型双液双作用充填机及其配套搅拌机型双液双作用充填机及其配套搅拌机，，有关设备已由合有关设备已由合 作伙伴镇江煤矿专用设备厂生产作伙伴镇江煤矿专用设备厂生产。。ZKDZKD高水材料在徐州高水材料在徐州、、淮北淮北、、 枣庄枣庄、、新汶新汶、、鹤壁鹤壁、、兖州等多个矿区沿空留巷兖州等多个矿区沿空留巷、、注浆加固与堵注浆加固与堵 水等多项工程中得到成功应用水等多项工程中得到成功应用。。 1 超高水材料充填采煤技术发展过程超高水材料充填采煤技术发展过程 1.1 高水速凝材料高水速凝材料超高水材料的基础超高水材料的基础 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL   ZKDZKD高水速凝材料是一种复合的特种水泥材料高水速凝材料是一种复合的特种水泥材料，，由甲由甲（（A A））、、乙乙（（B B）） 两种材料组成两种材料组成，，两种料配合比例两种料配合比例1 1 1 1，，水料比在水料比在3 31 1条件下条件下，，分别加水分别加水 以后以后，，长时间不凝结长时间不凝结，，一旦同比例混合以后速凝早强一旦同比例混合以后速凝早强，，能够在能够在2020 minmin 左右全部凝结成固体左右全部凝结成固体。。 1.1 高水速凝材料高水速凝材料超高水材料的基础超高水材料的基础 水灰比水灰比 W/CW/C 高水材高水材 料用量料用量 kg/mkg/m3 3 水用量水用量 kg/mkg/m3 3 凝结凝结 时间时间 minmin 抗压强度抗压强度/ /MPaMPa 4h4h1d1d7d7d 2.2512.25138738787187112/4112/413.023.024.614.615.955.95 2.512.5135335388288217/5817/582.422.424.144.145.155.15 313130030090090020/7520/751.531.532.742.743.393.39   ZKDZKD高水速凝材料性能表高水速凝材料性能表 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 1 超高水材料充填采煤技术发展过程超高水材料充填采煤技术发展过程   2008年年9月月4日日，，中国矿大冯光明教授与邯郸陶一煤矿合作开中国矿大冯光明教授与邯郸陶一煤矿合作开 展超高水材料充填采煤技术成功进入工业性试验展超高水材料充填采煤技术成功进入工业性试验。。到到2010年年7月月 底底，，陶一煤矿累计采出陶一煤矿累计采出3个工作面个工作面，，充填采出煤量充填采出煤量21.3万万t，，充填充填 量量10.8m3。。   2009年年7月月，，超高水材料充填采煤技术推广应用到临矿集团田超高水材料充填采煤技术推广应用到临矿集团田 庄煤矿庄煤矿1611工作面工作面。。该面充填工作至该面充填工作至2010年年8月结束月结束，，充填采煤充填采煤 52865 t，，掘进出煤掘进出煤2743 t，，使用超高水材料使用超高水材料4335 t，，充填量充填量 31983 m3，，充填率充填率94 。。   2011年年10月月，，超高水材料充填采煤技术在永煤集团城郊煤矿超高水材料充填采煤技术在永煤集团城郊煤矿 C2401工作面成功进入工业性试验工作面成功进入工业性试验。。  1.2 超高水材料应用于充填采煤超高水材料应用于充填采煤 超高水材料水体积比进一步提高到超高水材料水体积比进一步提高到97 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 1 超高水材料充填采煤技术发展过程超高水材料充填采煤技术发展过程 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能 2.1 超高水材料组成超高水材料组成 A A料料B B料料 硫铝酸盐熟料硫铝酸盐熟料石膏＋石灰石膏＋石灰 复合超缓凝分散剂复合超缓凝分散剂复合速凝早强剂复合速凝早强剂 悬浮剂悬浮剂悬浮分散剂悬浮分散剂 2.2 超高水材料水化反应超高水材料水化反应 3CaO3CaO 3Al3Al2 2O O3 3 CaSOCaSO4 48CaSO8CaSO4 46CaO96H6CaO96H2 2O O3 3（（ 3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 3CaSO3CaSO4 4 32H32H2 2O O）） 超高水材料两组份加水搅拌，然后相互混合以后，产生快超高水材料两组份加水搅拌，然后相互混合以后，产生快 速水化反应，主要生成高结晶水水化物速水化反应，主要生成高结晶水水化物钙矾石（水体积比钙矾石（水体积比 占占81.6 ）。高水材料主要水化产物同样是钙矾石，二者区别）。高水材料主要水化产物同样是钙矾石，二者区别 在于结晶形态差别。在于结晶形态差别。 高水材料基本组分与超高水材料相同高水材料基本组分与超高水材料相同 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2.2 超高水材料水化反应超高水材料水化反应   高水材料及超高水材料高水材料及超高水材料SEMSEM分析图分析图 高水材料凝固体高水材料凝固体 超高水材料凝固体超高水材料凝固体 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能 2.3 超高水材料性能超高水材料性能   凝结性能凝结性能 A、、B两种材料制浆后在未混合前两种材料制浆后在未混合前24 h不固结。一旦两不固结。一旦两 者混合，则可在者混合，则可在20120 min内凝结。内凝结。   单轴压缩性能单轴压缩性能 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 909192939495969798 抗压强度抗压强度RC28/MPa 水体积比水体积比/ 不同水体积比条件超高水材料强度增长曲线不同水体积比条件超高水材料强度增长曲线不同水体积比超高水材料最终强度不同水体积比超高水材料最终强度 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能 2.3 超高水材料性能超高水材料性能   超高水材料用量与水灰比关系超高水材料用量与水灰比关系 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 840 860 880 900 920 940 960 980 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 超高水材料用量超高水材料用量C/kg/m3 水用量水用量W/kg/m3 水灰比水灰比W/C 水用量水用量超高水材料用量超高水材料用量 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能   风化对超高水材料强度的影响风化对超高水材料强度的影响 2.3 超高水材料性能超高水材料性能 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能   体积应变规律体积应变规律 2.3 超高水材料性能超高水材料性能 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能   热稳定性热稳定性 2.3 超高水材料性能超高水材料性能   超高水材料质量随烘烤时间的变化曲线超高水材料质量随烘烤时间的变化曲线 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能   水浸泡对超高水材料强度影响水浸泡对超高水材料强度影响 2.3 超高水材料性能超高水材料性能 将超高水材料固结体放置于水中将超高水材料固结体放置于水中，，经经 8个月的水中浸泡个月的水中浸泡，，结结 果如下果如下 （（1））通过原子吸收法对水进行分析通过原子吸收法对水进行分析，，浸泡前后水中离子成浸泡前后水中离子成 分分（（如钙如钙、、镁镁、、钠钠、、钾钾、、铁与铝等铁与铝等））基本没有发生变化基本没有发生变化，，说明结说明结 晶体未分解晶体未分解，，固结体对水质没有影响固结体对水质没有影响。。 （（2））固结体经水中浸泡后固结体经水中浸泡后，，凉干做强度试验凉干做强度试验，，结果与密封养结果与密封养 护条件下强度一样护条件下强度一样，，说明水对固结体力学性能没有影响说明水对固结体力学性能没有影响。。 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 2 超高水材料及其性能超高水材料及其性能 3 超高水材料充填采煤工艺超高水材料充填采煤工艺 3.1 超高水材料充填系统组成超高水材料充填系统组成 混合浆体输送管 混合器 A浆体输送管 充填体 11611工作面 B储浆池 B充填泵 A充填泵 A储浆池 B水池 B料 上料皮带 粉料仓 B辅料 B辅料成品 水泵 水称 螺旋输送机 卸料分配器 B辅输送泵 1234 B料秤 B辅料秤 搅拌桶搅拌桶 A辅料秤 A料秤 4321 A辅输送泵 卸料分配器 螺旋输送机 水称 水泵 A辅料成品 A辅料 粉料仓 上料皮带 A料 A水池 二采区水仓 B浆体输送管 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 3.2 超高水材料充填方法超高水材料充填方法 ＡＡ 1 2 4 5 1-采煤机；2-刮板输送机 3-液压支架；4-转载机；5-充填体 5 A--A α 3 ＡＡ 1 2 1-采煤机；2-刮板输送机；3-液压支架 4-转载机；5-袋装充填体；6-充填体 4 3 α Ａ－－Ａ L X1 6 5 2 3 1 ＡＡ 1-采煤机；2-刮板输送机；3-液压支架 4-转载机；5-充填体；6-开切眼位置 4 α 1 3 5 6 L 5 6 1 2 3 2 ＡＡ Ａ Ａ 4 BB L1L2 1-采煤机;2-刮板输送机;3-液压支架 4-转载机;5-袋式充填体;6--充填体 5 A--A B--B α 5 α 5 2 3 1 6 7 6 2 3 1 2 3 1 6 5 开放式充填开放式充填 阻隔式充填阻隔式充填 袋式充填袋式充填混合式充填混合式充填 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 3 超高水材料充填采煤工艺超高水材料充填采煤工艺 4 超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例 4.1 陶一矿陶一矿超高水材料充填采煤超高水材料充填采煤   陶一矿超高水材料充填采煤面布置陶一矿超高水材料充填采煤面布置   充填试验从充填试验从2008年年9月月4日在日在 12701上上-01工作面开始工作面开始，，以后以后 又在又在12701上上-02、、03、、04、、05面面 进行进行，，工作面宽度工作面宽度59 m ，，推进推进 长度长度220 300 mm，，面之间煤柱面之间煤柱 宽宽5 m。。 煤层厚度平均煤层厚度平均3.97 m，，倾角倾角 10 13 ，，埋深埋深315366 m，，直直 接顶板粉砂岩接顶板粉砂岩。。   充填系统能力充填系统能力120 m3/h，，充填充填 泵选择泵选择TBW1200/7B，，单泵充填单泵充填 能力能力1200 L/min，，压力压力7 MPa。。 超高水材料水体积比超高水材料水体积比96 。。 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 4.1 陶一矿陶一矿超高水材料充填采煤超高水材料充填采煤   陶一矿超高水材料充填采煤应用情况陶一矿超高水材料充填采煤应用情况 工作面工作面0102030405上帮上帮05下帮下帮 充填方法充填方法开放式开放式袋式袋式开放式开放式袋式袋式混合式混合式袋式袋式 开采时间开采时间 2008.9 2008.12 2010.3 2010.7 2009.10 2010.1 2010.102009.7 2009.10 2009.3 2009.6 采煤量采煤量/t78 29069 74679 17336 63718 536 充填率充填率 / 8283.792.198.776.1 充填成本充填成本 /元元/m3 99.1101.1121.9123.37 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 4 超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例 4.1 陶一矿陶一矿超高水材料充填采煤超高水材料充填采煤   超高水材料现场取样强度试验结果超高水材料现场取样强度试验结果 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 4 超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例 4.1 陶一矿陶一矿超高水材料充填采煤超高水材料充填采煤   超高水材料现场取样强度试验结果超高水材料现场取样强度试验结果 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 4 超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例 4.1 陶一矿陶一矿超高水材料充填采煤超高水材料充填采煤   超高水材料充填支架超高水材料充填支架 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 4 超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例 4.1 陶一矿陶一矿超高水材料充填采煤超高水材料充填采煤   陶一矿超高水材料充填采煤地表沉陷预测与实测陶一矿超高水材料充填采煤地表沉陷预测与实测 4 超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例 贝克福尔贝克福尔 4.1 陶一矿陶一矿超高水材料充填采煤超高水材料充填采煤 综采袋式充填综采袋式充填 体照片体照片 普采袋式充填普采袋式充填 体照片体照片 袋间顶板局部袋间顶板局部 冒落照片冒落照片 贝克福尔贝克福尔BACKFILLBACKFILL 4 超高水材料充填采煤实例超高水材料充填采煤实例