超高水充填材料采空區(qū)充填方法

超高水充填材料是由中國礦業(yè)大學開發(fā)研制的一種新型采空區(qū)充填材料，水體積可達97%，漿體流動性十分好。當將其用于大體積、大空間的充填時，要有與其相適應(yīng)的充填方法與充填工藝。根據(jù)其流動性好的特點，超高水充填材料充入采空區(qū)的途徑有兩種：① 通過地面打孔至采空區(qū)進行灌注；② 通過管路直接輸送至采空區(qū)。

將超高水充填材料直接輸送至采空區(qū)的方法又有兩種方式：一是將超高水充填材料輸送至采空區(qū)后，讓其自然流淌與漫溢；防滅火封堵材料廠家介紹二是通過管路將其導引至預(yù)先安設(shè)于采空區(qū)的封閉空間或袋包內(nèi)，使其按要求成形固結(jié)。這兩種基本方法相互組合又可形成新的充填方法，其適應(yīng)性更強。

通過對現(xiàn)場充填工程實踐，形成如下適用于超高水材料采空區(qū)充填的工藝與方法。

（1）開放式充填方法

該方法是指在仰斜開采條件下，對采空區(qū)不進行任何調(diào)控，即允許采空區(qū)上覆巖層部分垮落，采空區(qū)完全處于開放與自由狀態(tài)的充填方式，（2）采空區(qū)全袋(包)式充填法

采空區(qū)全袋式充填方式是在采空區(qū)范圍內(nèi)全部布置充填袋，袋內(nèi)充入超高水充填材料，凝固后對上覆巖層直接進行支撐，

（3）采空區(qū)混合式充填方法

混合式充填是指采空區(qū)充填時，根據(jù)需要采用充填袋（包）與開放式充填相結(jié)合的方式。

（4）采空區(qū)分段阻隔充填

該充填方式主要工序：① 當工作面推進一定距離X1后，在支架后方架設(shè)充填袋（包）構(gòu)筑隔離墻；② 將超高水充填材料充入封閉空間，如此循環(huán)作業(yè)。

窺視孔超高水材料填充層間裂隙及固結(jié)情況實照

鉆孔巖芯與超高水材料凝固體及固結(jié)形態(tài)實照

采空區(qū)探巷揭露超高水材料膠結(jié)矸石與裂隙填充效果實照

觀測巷在不同充填方式時圍巖變化實照

袋式及混合式充填效果圖

（a）袋間頂板局部冒落?。╞）工作面?zhèn)却b充填體

超高水充填材料在陶一礦充填試驗面的應(yīng)成功，不僅為陶一礦建下煤炭開采提供了有效的技術(shù)方法，延長了礦井服務(wù)年限，為礦井的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在國內(nèi)外還沒有類似技術(shù)與方法，屬國內(nèi)外首創(chuàng)。在陶一礦所取得的技術(shù)成果具有世界領(lǐng)先水平。因此，該技術(shù)的實施成功為今后在我國煤礦采空區(qū)充填提供了新途徑與新方法，具有深遠的社會效益。

（1）研究開發(fā)的超高水充填材料水體積可高達97%，強度可達0.66MPa，材料凝結(jié)時間可據(jù)需要在90分鐘內(nèi)調(diào)整，并首次將研制的超高水充填材料應(yīng)用于井下采空區(qū)充填。

（2）材料具有早強、快硬的特點，7天抗壓強度能夠達到強度的60~90%，材料體積應(yīng)變較小，顯現(xiàn)出在三向受力狀態(tài)下良好的不可壓縮性，利于現(xiàn)場充填應(yīng)用；同時也得出，材料抗風化性能較低，不適于干燥、開放空間條件下使用，僅適合于密閉空間。

（3）超高水充填材料固結(jié)體主要由鈣礬石構(gòu)成，結(jié)構(gòu)為纖細的絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料具有高持水特性，且理論分析認為，在封閉狀態(tài)下，超高水材料形成的固結(jié)體是不可逆的。

（4）超高水材料的A、B單料漿可視為牛頓流體，混合漿液則為振凝時變性非牛頓流體；混漿體在達到其初凝時間約2/3時，粘度快速上升。同時，研究發(fā)現(xiàn)材料的不淤臨界流速與漿體表觀粘度、所含固體物料的顆粒組成、濃度、輸送管的管徑等有關(guān)聯(lián)。

（5）建立了可置于井下的大流量制漿充填工藝系統(tǒng)。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，占用空間少，自動化程度高，初期投入低，漿體配比準確性高，易于控制等優(yōu)點，是超高水充填材料井下充填理想的充填工藝系統(tǒng)。

（6）超高水材料采空區(qū)充填密實，對大空間與與細小裂隙都進行了密實充填，且充填體固結(jié)凝固狀態(tài)好，在三向受力狀態(tài)下，對圍巖起到了極好的支撐與穩(wěn)定作用。

（7）開放式充填開采工藝，具有充填與回采互不影響的特點，是高產(chǎn)高效工作面采空區(qū)實施充填開采的有效方法，是其它采空區(qū)充填方法所無法比擬的采空區(qū)充填工藝方法。

（8）袋式充填與混合式充填法，更適合實施沿空留巷技術(shù)，適應(yīng)性廣，但在工作面回采時，需要組織好回采與充填兩工藝協(xié)調(diào)問題，以此發(fā)揮其更好的效能。

（10）在項目研究過程中，提出了采空區(qū)充填時存在合理充填率的概念。即當采空區(qū)充填率達到一定程度后，上覆巖層的移動就不會波及到地表，或?qū)Φ乇淼挠绊懗潭确蠂蚁嚓P(guān)法規(guī)要求。且指出，該充填率與圍巖地質(zhì)、生產(chǎn)技術(shù)以及上覆巖層賦存條件相關(guān)，以此可達到技術(shù)與經(jīng)濟上******的采空區(qū)充填效果。

（11）超高水充填材料采空區(qū)充填技術(shù)、社會與環(huán)境效益顯著。充填工作面對應(yīng)的地表未受到大的影響，且該技術(shù)可消耗大量井下污水，減少排水對地面的污染，大大降低排水費用；同時，充填開采減小了上覆巖層的下沉與破壞，特別是對上覆巖層含水層的破壞，使其得到了有效保護或減少了滲漏，即有效保護了開采區(qū)域的水資源，經(jīng)濟與環(huán)境效益顯著。

（12）超高水充填開采不僅有效控制了上覆巖層的下沉，而且減小了對底板的破壞程度，特別是開放式充填，超高水材料固結(jié)體可滲入到破壞底板的裂隙中，對底板起到了加固和再膠結(jié)作用。因此，超高水充填材料及充填開采工藝技術(shù)為“三下一上”煤炭充填開采提供了新材料與新方法。

技術(shù)展望

無疑超高水材料充填開采是綠色開采技術(shù)的重要組成部分，是解決煤礦建下開采及環(huán)境問題的理想途徑。同時，隨著該技術(shù)與現(xiàn)場的不斷應(yīng)用與完善，會在許多領(lǐng)域與方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

（1）理想的采空區(qū)充填技術(shù)不但要能取得顯著的經(jīng)濟效益，而且還要有顯著的環(huán)境效益，工業(yè)廢棄對環(huán)境帶來許多問題，將其與超高水材料結(jié)合用于采空區(qū)充填，做到變廢為寶。

（2）超高水充填材料在堵水、壁后充填、離層注漿、防滅火等方面，應(yīng)具有好的發(fā)展前景?？梢灶A(yù)見，將超高水充填材料用于承壓水上充填開采時，將發(fā)揮其重要作用。因為，材料所具有的可灌注性、膠結(jié)性，會對底板存在原生裂隙與采動產(chǎn)生的再生裂隙會及時得到充填與膠結(jié)，對防止底板水的突出有預(yù)防與控制作。