超高水充填材料采空区充填方法

超高水充填材料是由中国矿业大学开发研制的一种新型采空区充填材料，水体积可达97%，浆体流动性十分好。当将其用于大体积、大空间的充填时，要有与其相适应的充填方法与充填工艺。根据其流动性好的特点，超高水充填材料充入采空区的途径有两种：① 通过地面打孔至采空区进行灌注；② 通过管路直接输送至采空区。

将超高水充填材料直接输送至采空区的方法又有两种方式：一是将超高水充填材料输送至采空区后，让其自然流淌与漫溢；防灭火封堵材料厂家介绍二是通过管路将其导引至预先安设于采空区的封闭空间或袋包内，使其按要求成形固结。这两种基本方法相互组合又可形成新的充填方法，其适应性更强。

通过对现场充填工程实践，形成如下适用于超高水材料采空区充填的工艺与方法。

（1）开放式充填方法

该方法是指在仰斜开采条件下，对采空区不进行任何调控，即允许采空区上覆岩层部分垮落，采空区完全处于开放与自由状态的充填方式，（2）采空区全袋(包)式充填法

采空区全袋式充填方式是在采空区范围内全部布置充填袋，袋内充入超高水充填材料，凝固后对上覆岩层直接进行支撑，

（3）采空区混合式充填方法

混合式充填是指采空区充填时，根据需要采用充填袋（包）与开放式充填相结合的方式。

（4）采空区分段阻隔充填

该充填方式主要工序：① 当工作面推进一定距离X1后，在支架后方架设充填袋（包）构筑隔离墙；② 将超高水充填材料充入封闭空间，如此循环作业。

窥视孔超高水材料填充层间裂隙及固结情况实照

钻孔岩芯与超高水材料凝固体及固结形态实照

采空区探巷揭露超高水材料胶结矸石与裂隙填充效果实照

观测巷在不同充填方式时围岩变化实照

袋式及混合式充填效果图

（a）袋间顶板局部冒落　（b）工作面侧袋装充填体

超高水充填材料在陶一矿充填试验面的应成功，不仅为陶一矿建下煤炭开采提供了有效的技术方法，延长了矿井服务年限，为矿井的可持续发展奠定了基础。

在国内外还没有类似技术与方法，属国内外宝搏体育官方网站。在陶一矿所取得的技术成果具有世界领先水平。因此，该技术的实施成功为今后在我国煤矿采空区充填提供了新途径与新方法，具有深远的社会效益。

（1）研究开发的超高水充填材料水体积可高达97%，强度可达0.66MPa，材料凝结时间可据需要在90分钟内调整，并首次将研制的超高水充填材料应用于井下采空区充填。

（2）材料具有早强、快硬的特点，7天抗压强度能够达到强度的60~90%，材料体积应变较小，显现出在三向受力状态下良好的不可压缩性，利于现场充填应用；同时也得出，材料抗风化性能较低，不适于干燥、开放空间条件下使用，仅适合于密闭空间。

（3）超高水充填材料固结体主要由钙矾石构成，结构为纤细的丝网状结构，材料具有高持水特性，且理论分析认为，在封闭状态下，超高水材料形成的固结体是不可逆的。

（4）超高水材料的A、B单料浆可视为牛顿流体，混合浆液则为振凝时变性非牛顿流体；混浆体在达到其初凝时间约2/3时，粘度快速上升。同时，研究发现材料的不淤临界流速与浆体表观粘度、所含固体物料的颗粒组成、浓度、输送管的管径等有关联。

（5）建立了可置于井下的大流量制浆充填工艺系统。实际应用表明，该系统具有稳定性好，占用空间少，自动化程度高，初期投入低，浆体配比准确性高，易于控制等优点，是超高水充填材料井下充填理想的充填工艺系统。

（6）超高水材料采空区充填密实，对大空间与与细小裂隙都进行了密实充填，且充填体固结凝固状态好，在三向受力状态下，对围岩起到了极好的支撑与稳定作用。

（7）开放式充填开采工艺，具有充填与回采互不影响的特点，是高产高效工作面采空区实施充填开采的有效方法，是其它采空区充填方法所无法比拟的采空区充填工艺方法。

（8）袋式充填与混合式充填法，更适合实施沿空留巷技术，适应性广，但在工作面回采时，需要组织好回采与充填两工艺协调问题，以此发挥其更好的效能。

（10）在项目研究过程中，提出了采空区充填时存在合理充填率的概念。即当采空区充填率达到一定程度后，上覆岩层的移动就不会波及到地表，或对地表的影响程度符合国家相关法规要求。且指出，该充填率与围岩地质、生产技术以及上覆岩层赋存条件相关，以此可达到技术与经济上******的采空区充填效果。

（11）超高水充填材料采空区充填技术、社会与环境效益显著。充填工作面对应的地表未受到大的影响，且该技术可消耗大量井下污水，减少排水对地面的污染，大大降低排水费用；同时，充填开采减小了上覆岩层的下沉与破坏，特别是对上覆岩层含水层的破坏，使其得到了有效保护或减少了渗漏，即有效保护了开采区域的水资源，经济与环境效益显著。

（12）超高水充填开采不仅有效控制了上覆岩层的下沉，而且减小了对底板的破坏程度，特别是开放式充填，超高水材料固结体可渗入到破坏底板的裂隙中，对底板起到了加固和再胶结作用。因此，超高水充填材料及充填开采工艺技术为“三下宝搏体育官方网站”煤炭充填开采提供了新材料与新方法。

技术展望

无疑超高水材料充填开采是绿色开采技术的重要组成部分，是解决煤矿建下开采及环境问题的理想途径。同时，随着该技术与现场的不断应用与完善，会在许多领域与方面发挥其应有的作用。

（1）理想的采空区充填技术不但要能取得显著的经济效益，而且还要有显著的环境效益，工业废弃对环境带来许多问题，将其与超高水材料结合用于采空区充填，做到变废为宝。

（2）超高水充填材料在堵水、壁后充填、离层注浆、防灭火等方面，应具有好的发展前景。可以预见，将超高水充填材料用于承压水上充填开采时，将发挥其重要作用。因为，材料所具有的可灌注性、胶结性，会对底板存在原生裂隙与采动产生的再生裂隙会及时得到充填与胶结，对防止底板水的突出有预防与控制作。