膏體充填開采技術課件

1、膏體充填開采技術國家能源充填采煤技術重點實驗室副主任膏體充填采煤技術研究示范基地副主任峰峰集團副總工程師張步勤1、膏體充填開采技術簡介 膏體充填開采技術是指：將煤礦附近的煤矸石、粉煤灰、爐渣、劣質土、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）及膏體自身重力作用下通過管道輸送到井下，實時充填采空區(qū)的采礦方法。膏體充填技術要解決這幾個問題：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4、怎樣快速形成充填所需的封閉空間5、怎樣提高生產能力和效率6、怎樣降低充填成本2、膏體適

2、于充填的優(yōu)良特性濃度高 一般膏體充填材料質量濃度大于75%，目前最高濃度達到88%，而普通水砂材料濃度低于65%。流動狀態(tài)為柱塞結構流 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，稱之為柱塞結構流（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、管道直徑；L、單位管道長度；A1、A2管道兩斷面；0、起始切應力；P1、P2為A1、A2斷面的應力料漿基本不沉淀、不泌水、不離析 不需要復

3、雜的過濾排水設施，減少了膠結材料的流失，也降低凝結前對隔離裝置要求，使充填工作面其他工作不受影響，充填密實度高。無臨界流速 最大顆粒粒徑達到25 35 mm，流速小于1 m/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，低速輸送能夠減小管道磨損。相同膠結材料用量下強度較高 可降低價格較高的膠結材料用量，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隙由細料和水充滿，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。早強性好，初凝可控 膏體早強性好，充填數(shù)小時以后膏體充填體就具有一定強度，實現(xiàn)自穩(wěn)

4、，滿足脫模條件，并對頂板有適當?shù)闹巫饔?；膏體初凝時間可通過調整材料配比進行適當調整，以適應各種充填方法的要求。3、膏體充填材料 充填材料應因地制宜，就地取材。峰峰集團具有百年開采歷史，歷史形成18座矸石山，堆積矸石5000余萬噸，每年產矸石量為380萬噸，另有五座自備電廠年產生120萬噸粉煤灰，因此，峰峰集團主要以煤礦矸石為膏體充填材料，將電廠粉煤灰等按一定比例與其混合，并加入特定膠結材料、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，是材料泵送的關鍵。體現(xiàn)在實踐中，就是膏體在密閉的管

5、道中停留數(shù)小時不沉淀、不分層、不離析，能順利地進行輸送。 可塑性是指膏體充填材料在輸送或充填過程中發(fā)生變形后，其基本結構仍保持不變的能力。 流動性是指它能流動，產生的實質是膏體的物料構成中有15%以上的20m細粒級含量。細粒級有很強的飽水能力，使水量能夠填滿膏體微細顆粒之間的空隙，起到顆粒之間的潤滑作用。在實踐中流動性體現(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

6、：3%5%。單軸抗壓強度：810h達到0.10.2 MPa， 28d達到1015MPa。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動性能，對充填體的強度產生影響。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，矸石膏體的早期強度（早強性）和最終齡期強度高。矸石作為膏體充填的粗骨料，一般為防止堵管和充填密實，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

7、了兩種規(guī)格：一是5mm煤矸石；二是525mm煤矸石。通過對兩種規(guī)格的煤矸石進行實驗室優(yōu)化配比，初步確定出兩種煤矸石的配比關系。5mm破碎煤矸石的含量在30%50%之間時，其膏體坍落度均在2025cm，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。 從強度實驗結果看，實驗范圍內5mm矸石的含量在30%50%時強度變化不大，相對而言5mm破碎煤矸石的含量33%40%左右，膏體充填材料早期強度和后期強度都相對較高。3 3、膠結材料選擇膠結料和普通硅酸鹽水泥的性能對比實驗結果如下圖： 通過對比實驗發(fā)現(xiàn)：膠結料早期強度高的特性明顯，在60kg/m3時膏體8h齡期強度0.22MPa

8、；膠結料用量150kg/m3時，8h齡期膏體強度1.27MPa；同樣條件下使用普通硅酸鹽水泥，8h齡期膏體沒有強度。膠結料用量在60150kg/m3范圍內，1d齡期膏體強度為同量水泥膏體的58倍，3d齡期強度為同量水泥膏體的23倍，7d齡期強度為同量水泥膏體的1倍以上，用量越少，早強性能越明顯。膠結料膏體的早強性對維護頂板完整，減小充填區(qū)頂板下沉量十分有利。3 4膏體配比優(yōu)化膠結料主要原料采用鋼廠水淬渣，矸石作粗骨料，細集料采用不同矸石電廠粉煤灰，在統(tǒng)一坍落度為25010mm條件下，初步配比實驗得到的典型結果如表351（膏體充填材料配比初步實驗結果）。粉煤灰種類 配比（kg/m3）質量濃度（%

9、）單軸抗壓強度（MPa）膠結料粉煤灰煤矸石水8h1d7d28d粉煤灰1100400770494720.000.110.280.54120400751494720.120.120.430.73150400723494720.140.170.621.16粉煤灰21004001086372810.290.310.841.17粉煤灰31004001086372810.200.210.470.66表351 膏體充填材料配比初步試驗結果用矸石發(fā)電廠粉煤灰作細集料，對照膏體充填材料技術要求，配比如下。（1）質量濃度控制在72%左右，配比要求：膠結料 150kg/m3；粉煤灰 400kg/m3；煤矸石 723

10、kg/m3；水 494kg/m3。（2）當質量濃度控制在81%左右時，配比要求：膠結料 100kg/m3； 粉煤灰 400kg/m3；煤矸石 1084kg/m3； 水 372kg/m3。需要說明是不同電廠粉煤灰及煤礦矸石其礦物成分含量不同，對膏體材料固結強度影響較大，因此必須進行配比試驗確定。 矸石膏體注入時、初凝和7天齡期的凝固狀態(tài)4、膏體充填系統(tǒng) 膏體充填系統(tǒng)由六部分組成：1、矸石破碎系統(tǒng)、2、配比攪拌系統(tǒng)、3、膏體泵送及管路輸送系統(tǒng)、4、風水清洗系統(tǒng)、5、充填系統(tǒng)過程控制與方案、6、工作面充填工藝 充填站分為快裝式充填站和固定式充填站，快裝式充填站適用于生產能力50萬t/a以下充填系統(tǒng)，

11、其設備能力較小，組成相對簡單，其最大優(yōu)勢在于它的易搬移性、快裝性，充填站由一系列模塊組成，這些組成模塊各成一體，便于拆裝、便于搬移，能夠快速建站，除少量基礎外，其余部分皆可重復利用； 固定式充填站適用于生產能力大于50萬t/a的充填系統(tǒng)，其設備能力較大，基礎設施較復雜，拆裝較困難。1-充填矸石稱料斗及收塵器；2-液壓動力包及電機 ；3-膠帶輸送機 ；4- 攪拌裝置；5-膠結料添加裝置 ；6- 添加計量控制裝置；7-充填管路；8-充填泵圖四21 膏體充填站主要設備布置總圖（三層）圖422 充填站外觀圖4 1、矸石破碎系統(tǒng)4.1.1系統(tǒng)構成 為了方便系統(tǒng)管理，破碎系統(tǒng)也單獨運行，在不需要充填的時候

12、也可以安排破碎加工矸石，這時所加工出來的矸石存放在成品堆料場備用。設備種類如下：裝載機；振動給料機；從振動給料機到振動篩固定通用膠帶輸送機；強力振動篩；篩下物固定通用膠帶輸送機；移動膠帶輸送機；向矸石配料倉輸送矸石的覆帶式膠帶輸送機；從成品矸石喂料斗向矸石配料倉輸送矸石的覆帶式膠帶輸送機。4.1.2 設備選擇破碎機。矸石從最大粒徑300mm破碎加工到最大粒徑25mm以下，一般需要破碎機的破碎比達到12以上，如果考慮破碎機調節(jié)粒徑5mm顆粒與525mm顆粒比例需要，破碎比將達到20左右。 反擊式破碎機的破碎比大，一般能夠達到1030，甚至達到50，可采用一級破碎，沒有篦條，對濕度較大或含粘土的物

13、料有較好的適應性，因此首選反擊式破碎機。 矸石破碎系統(tǒng)反擊式破碎機與強力振動篩實物圖振動篩。振動篩需要對充填所需要的矸石全量處理，根據(jù)充填材料用量的計算，篩分能力不低于設計要求。根據(jù)矸石的特點，選擇QLS1560型強力振動篩。QLS型強力振動篩振幅大、振動強度大、較低頻率和彈性篩面的特點，是一種適合潮濕難篩物料的篩分設備，這對于含有細粒料的原狀矸石十分必要。運輸：矸石山原狀矸石可選擇移動裝載機加固定膠帶輸送機聯(lián)合運輸至喂料斗4.1.3 破碎加工工藝 矸石破碎要求。作為膏體充填骨料的矸石，需要有合理的粒級組成，才能夠使膏體充填材料有良好的流動性能和較高的強度性能，破碎加工以后要能夠滿足上述要求：

14、. 最大粒徑25mm；.粒徑5mm顆粒所占比例38%左右，最少30%，最高50%。 精確制備是按照粒徑5mm和粒徑在525mm之間兩種規(guī)格分級、分儲，然后再按設計比例配合使用。 考慮到充填材料允許矸石粒徑變化范圍較大，為簡化矸石破碎系統(tǒng)，節(jié)省投資，矸石可按25mm一種規(guī)格加工，通過調節(jié)破碎機出料口大小來實現(xiàn)控制粒徑5mm比例。 根據(jù)原狀矸石堆積情況，要求裝運矸石期間發(fā)現(xiàn)大塊顆粒比較集中時，要與附近的顆粒較小的矸石搭配使用，為控制矸石粒級創(chuàng)造更好條件；如果矸石中粒徑25mm比重大，在進入破碎機前先用振動篩進行篩分，避免已經滿足要求的矸石進行不必要的破碎，也有利于降低破碎加工成本。4 2、配比攪拌

15、系統(tǒng) 制作膏體料漿采用周期式雙臥軸混凝土強制攪拌機，國內最大一次可以攪拌6m3的混凝土，技術成熟，設備長時間連工作可靠性高。 配比攪拌系統(tǒng)由相同的兩套設備組成，主要包括2臺間隙式強制雙臥軸混凝土攪拌機、矸石配料倉及其氣動卸料閘門、皮帶秤、膠結料倉、粉煤灰倉、膠結料螺旋給料機、粉煤灰螺旋給料機、供水泵、矸石緩沖倉、膠結料稱量斗、粉煤灰稱量斗、稱水斗、收塵袋和料漿緩沖斗等。強制雙臥軸混凝土攪拌機4 2 1 配比攪拌子系統(tǒng)能力配比攪拌系統(tǒng)設計制備膏體能力160m3/h，每臺攪拌機攪拌能力為80m3/h，生產混凝土時一般攪拌機每小時可以完成5060罐，因為膏體充填材料中膠結料用量少，需要長距離管道輸送

16、，對攪拌質量的要求更高，設計攪拌時間從普通混凝土的30s提高到50s，設計小時攪拌能力40罐，故要求攪拌周期為90s，每次攪拌2m3。4 2 2 配料精度要求 按照一般混凝土的概念，是一種“極貧”混凝土，必須按照設計的濃度，以及煤矸石、粉煤灰、膠結料的比例準確制備充填漿體，并充分混合均勻，才能夠保證充填材料流動性能、凝結固化性能。根據(jù)材料配比實驗，要使材料流動性能穩(wěn)定，充填料漿的質量濃度變化幅度要求控制在0.5%范圍內。 針對煤矸石、干粉煤灰、專用膠結料等配制充填材料方案中，導致充填料漿質量濃度波動主要有兩方面原因，一是各種物料的計量誤差，二是煤矸石水分檢測誤差。對此，進行了系統(tǒng)的分析，圖42

17、3是質量濃度波動范圍為0.5%時的物料計量允許誤差與設計質量濃度之間的關系； 圖424則是不同質量濃度波動下煤矸石水分檢測允許誤差與設計濃度之間的關系。圖423允許計量誤差與質量濃度波動的關系圖424允許水分檢測誤差與質量濃度波動的關系 經過對國內外水分檢測儀器儀表和各種稱重傳感器的初步調查，綜合比較確定，保證充填料漿質量濃度變化幅度在0.5%范圍內，必須要求：（1）物料（煤矸石、粉煤灰、專用膠結料、水）計量允許誤差1.0%；（2）水分檢測允許誤差0.5%。4 2 3 配比攪拌系統(tǒng)設備選擇（1）攪拌機 按照前面介紹的膏體充填材料配比和所用物料的松散密度指標，計算出2m3膏體漿液在攪拌前的干容積

18、為3.4m3，所選攪拌機需要同時滿足這兩個指標，DKX2.25型混凝土攪拌機與之最吻合。DKX系列混凝土攪拌機系德國技術，由天津BHS公司生產，在國內混凝土攪拌機產品中屬于一流，具有性能穩(wěn)定、壽命長等優(yōu)點。DKX2.25型混凝土攪拌機主要技術參數(shù)：每罐干料容積： 3.38 m3； 每罐壓實混凝土體積：2.25 m3；適應物料粒徑 ：040 mm；驅動系統(tǒng) ：2臺蝸輪蝸桿減速機；電機功率 ： 165 kW； 設備重量 ： 8 t。（2）稱量皮帶 矸石稱料由稱料皮帶與稱量斗配合東給靜稱，處于停止狀態(tài)進行放料稱量，計好量以后將矸石轉運到皮帶輸送機送到充填樓三層的矸石緩沖倉，設計周期90s根據(jù)設計能力

19、計算出皮帶輸送機的能力應該大于190t/h，（3）膠結料螺旋給料機 膠結料螺旋給料機供料考慮兩種情況的需要，一是正常充填期間的矸石粉煤灰膏體漿液配制的需要，二是充填開始和結束階段粉煤灰膏體配制的需要，按照每次膠結料用量300kg，設計給料時間40s，膠結料螺旋輸送機的輸送能力大于26t/h，選擇193 mm螺旋給料機，電機功率11 kW。（4）粉煤灰螺旋給料機 粉煤灰螺旋給料機供料主要按照充填開始和結束階段粉煤灰膏體配制的需要考慮，每次需要量為1280kg，設計給料時間60s，粉煤灰螺旋輸送機的輸送能力大于 77t/h，選擇323mm型螺旋給料機，電機功率15kW。（5）水泵 配比攪拌所需要水

20、量以粉煤灰膏體拌制時最多，按此設計每次需要水量為1280kg，水的供給由水泵從蓄水池泵送，輸送距離150m左右，每次加水時間設計為60s水泵的排量應不低于77m3/h，考慮取水管內徑為D=100mm，充填樓三層稱水斗位置與蓄水池高差12m，管道中水的平均流速2.7m/s，輸送壓力損失約為12mH2O，考慮蓄水池吸水揚程，需要水泵總揚程為約30m，以此選擇IS100-80-160型單級單吸離心清水泵，性能參數(shù)為：流量100m3/h，揚程32m，功率18.5kW。（6）粉煤灰倉與膠結料倉 膏體充填開采所需的粉煤灰選用干粉煤灰，與膠結料均是細粉狀材料，均采用粉體散裝運輸車運輸，圓筒鋼板倉存儲。 所用

21、粉煤灰主要是來自自發(fā)電廠，距離較近，來源可靠，粉煤灰倉總容量儲備2d時間充填的需要量，計算量為390516t，合488645m3，取600m3，即設置2個300m3粉煤灰倉。 膠結料由峰峰集團公司自己組織生產，從生產廠到礦充填站距離近、且用量較少，按3d時間充填的需要量考慮膠結料倉總容量，計算量為194232t，合149178m3，取200m3，即設置2個100m3膠結倉。4 3、膏體泵送及管路輸送系統(tǒng) 膏體料漿滿足可泵的基本條件：（1）必須是穩(wěn)定性好的飽和性膏體。高質量的膏體在管道運動中呈“柱塞”流，阻力較小，膏體中的固體顆粒不會發(fā)生相對運動，并在泵送過程中保持結構流狀態(tài)，不失水、不失漿、不

22、離析、不沉積。（2）有良好的流動性，管道輸送摩擦阻力要小。國內外試驗數(shù)據(jù)表明，以150mm通用管徑計算，每米摩擦阻力以50100Pa較為合理。4 3 1、膏體料漿滿足可泵的基本條件（3）泵壓過程中不允許產生離析現(xiàn)象。膏體充填料的離析必然導致沉積，而沉積的結果就是管道堵塞事故。因此，對充填料及其配比要合理選擇，并應進行常壓及高壓下的泌水試驗。對添加粗骨料的膏體更應特別注意啟動時的潤滑導流，結束時的清洗方法，沿程輸送時的管件變化。（4）膏體中必須有一定的細顆粒含量。保持膏體固體含量中的-20m不得少于15。這一條是各國專家學者公認的可泵送膏體的準則。我們的經驗是保持2035較好，因為-20m含量過

23、高，不僅過濾脫水困難，管輸阻力也大。（5）膏體制備質量要穩(wěn)定。濃度、塌落度、粒度配比、泌水性等主要參數(shù)不能波動幅度過大，并且穩(wěn)定性(不離析、不失漿、不泌水)要穩(wěn)定。否則，難以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 1、膏體泵送及管路輸送系統(tǒng)由充填泵機組、充填管、沉淀池、控制閥等組成。 2、充填泵選型 充填泵由兩大部分組成： 雙缸活塞泵和液壓站。雙缸活塞泵由料斗、液壓缸及活塞、輸送缸(膏體缸)、換向閥(分配閥)、冷卻槽以及攪拌槽等組成。液壓站主要有電動機、多組液壓泵及液壓管路系統(tǒng)(與缸體各動作部件用高壓油管相連)、液壓油箱及冷卻系統(tǒng)、動力及電控操作系統(tǒng)等。4 3 2、膏體泵送及管路輸送系統(tǒng)設備設施組成及充填泵選型

24、充填泵的運轉由液壓驅動。液壓裝置的電機帶動液壓油泵，使液壓油油壓升高，通過液壓油管連接到泵的各有關部位，帶動泵的運轉。膏體充填料在管道中的流速取決于液壓活塞往復運動的頻率。當活塞推動膏體流動一個行程期間的膏體流速是一定的。 目前，專門生產充填用工業(yè)泵的廠家國外主要有德國的普茨邁斯特公司和施維英公司，國內主要有中聯(lián)重工、三一重工、飛翼股份等廠家，目前充填泵最大充填能力已達到400m3/h。 普茨邁斯特公司和施維英公司生產的充填泵參數(shù)如表四 3 1，飛翼股份研制生產的幾種活塞式工業(yè)泵產品參數(shù)如表四 3 2 。廠 家普茨邁斯特施維英型 號KOS 25100 HPKSP220V電機功率 /kW2250

25、2250最大輸送量 /m3/h150150最高泵送壓力 /MPa1010最大輸送量時泵送壓力 /MPa8.58.5活塞沖程 /mm25003100泵送缸直徑 /mm360300沖程容積 /L254.3219.0泵出口管徑/mm250150最大沖程數(shù) /次/min10.912.7最短沖程時間 /s5.54.7長寬高 /mm750017001500950013001300重量（不包括動力系統(tǒng)）/kg80006000表四31普茨邁斯特公司和施維英公司生產的充填泵參數(shù)型 號HGBS400.12.1260HGBS200.14.800HGBS150.15.500HGBS120.15.320HGBS100.

26、15.320HGBS100.12.250HGBS80.16.220HGBS80.18.320最大出口壓力（MPa）12.514.214.211.516.617.6最大排量（m3/h）3951931431209710878.275.2泵送物料尾礦砂、粉煤灰膏體、煤矸石膏體、混凝土等功率（kW）630630400400250250160160160160125125110110160160外形尺寸(長寬高，mm)工作部分114002353184590552103158078552103158078552103158070582103158068601685153265501685153270582

27、1031580動力部分500027502195500027502195460027502195425027502195410020622174325016002106320016502128425020621770電控柜48005002200360050022002400500220024005002200200050012002400500200024005002200總質量(kg)工作部分1650010500975097509350578552009250動力部分8500+85008550705070005150380021004850電控柜800600400表四 3 2 飛翼股份研制生產

28、的幾種活塞式工業(yè)泵產品參數(shù)膏體充填料漿采用專用充填泵加壓管道輸送。在充填系統(tǒng)中，攪拌機攪拌好的料漿先放入漿體緩沖斗，漿體靠自重給充填泵供料，經過充填泵加壓后的充填料漿通過管路，由充填站附近的充填鉆孔下井，再沿巷道管道輸送到充填工作面，在充填工作面采用膠管閥布料管、控制采空區(qū)充填順序。充填管路布置：（1）充填站到充填鉆孔之間管道布置。從充填站到充填鉆孔之間的管道一般直管長度取6m，彎頭半徑取1.5m。為了方便事故處理，每隔5根左右的直管，布置一個帶盲板的三通，以便應急處理堵管。4 3 3、管道泵送操作要點（2）充填鉆孔管。鉆孔套管一般選用無縫鋼管，采用焊接方式連接。（3）井下干線管。井下干線管指

29、從充填鉆孔孔底到工作面入口前的充填管，其規(guī)格與地面充填管相同。（4）工作面支管。為了實現(xiàn)工作面隨支架整體前移，工作面管選擇鋼編管，沿工作面每隔15m左右布置一個三通，向待充填空間布置一個布料管，布料管的充填采用膠管閥控制。為避免因充填泵發(fā)生故障等原因造成嚴重管道堵塞事故，在地面充填站附近設立沉淀池，在充填鉆孔孔底巷道處開挖事故處理水溝，充填管每隔一段距離設置三通，保證發(fā)生意外停機等事故時，能夠快速處理，避免充填管，特別是充填鉆孔堵塞。泵送過程與控制： 充填泵泵送分充填料漿和清水兩種介質，在輸送管道中有四種情況，即完全充填料漿、完全清水、灰漿推水、水推灰漿，充填泵的泵送過程控制的目的是保持泵送速

30、度與攪拌機拌料的速度協(xié)調一致，維持泵送系統(tǒng)的連續(xù)作業(yè)，控制每班充填量。泵送流量的控制以泵送流量計、料漿緩沖倉的料位計等檢測儀器觀測數(shù)據(jù)為標準，采用電動調節(jié)充填泵泵送油路單向調節(jié)閥來實現(xiàn)。泵送充填工藝中應重點注意的問題：（1）滿管輸送是膏體泵送充填工藝希望達到的要求，但是在深礦井條件下有時會出現(xiàn)不滿管，如當垂直管段較長，而井下水平段又較短時，垂直段不能滿管，則膏體充填料將在泵壓下斷續(xù)下落。盡量提高膏體的泵送濃度；加大泵送流量，即提高流速；（2）啟動充填泵是向下泵送膏體充填料的技術難點。先用水將井下水平管和鉆孔充滿，電動門閥在開泵前關閉，讓水和膏體充滿鉆孔后再慢慢打開。（3）膏體泵送管路在充填作業(yè)

31、完成前后應注意清洗。一旦清洗效果不好，將造成下一次充填時發(fā)生堵管事故。泵送充填操作時應重點注意的問題（1）開始泵送時要注意觀察泵的壓力和各部分運轉情況，速度宜慢，操作工應處于可隨時采取加速、反抽、停泵等措施的準備狀態(tài)。（2）泵送要連續(xù)，盡量不要中途停泵，遇有不正常情況，可放慢泵速，盡量保持連續(xù)泵送。（3）泵送過程中要定時檢查活塞沖程，不使其超過最大沖程。為防止油缸不均勻磨損，應采用較長沖程的泵；（4）在泵送過程中應注意料斗內至少要保持料面不低于上口500mm，否則不但吸入效率低，而且易吸入空氣形成堵塞。由于充填泵送能力的限制，充填能力遠低于采煤生產能力。作為膏體充填采煤主要工序充填時間占總循環(huán)

32、用時的13以上，是發(fā)展瓶頸。本項目以雙泵并聯(lián)方法研究多泵并聯(lián)高效自動化膏體充填采煤技術，就是要大幅度提高膏體充填系統(tǒng)的泵送能力，從而徹底解決了制約膏體充填開采產能偏低的瓶頸問題。傳統(tǒng)膏體泵送是兩臺泵交叉工作，一臺運行，另一臺備用。而雙泵并聯(lián)膏體泵送是兩臺泵同時工作，各泵的充填管路在經過一定的安全距離后，相互合流成一條總充填管路，將膏體料漿輸送到井下采空區(qū)，達到泵送能力倍增的目的，下幀雙泵并聯(lián)實景圖片。雙泵并聯(lián)的條件是泵的運行相互不受干擾，那就必須要找到這樣一個符合要求的最佳合流點。4 3 4、管道泵送中的雙泵并聯(lián)關鍵技術雙泵并聯(lián)實景圖片 管路布置與管道內壓力分布：地面充填泵鉆孔口，向上或水平輸

33、送壓力逐步降低；當向下輸送時，阻力大于下滑力壓力逐步降低。下滑力大于阻力壓力逐步升高，如沒有局部高阻力會一直升壓到鉆孔底。鉆孔管由于垂直自上而下壓力升高。鉆孔底出口情形類似泵鉆孔口段。（1）雙泵并聯(lián)膏體充填管路合流點的研究 最佳合流點條件為：距泵有一定距離，在系統(tǒng)中壓頭較低，合流后壓力應繼續(xù)降低?，F(xiàn)場實踐研究表明：兩臺泵的相互干擾隨著到合流點距離的增大而逐漸減小。合流點水平距離大于100m時，兩泵相互干擾忽略不計。因膏體力的傳遞特性介于固體和流體之間，有明顯的方向性，其塌落度越小，方向性越強。所以合流管路結構為小角度銳角并聯(lián)結構及向低壓匯流，最大程度的減小向另一側的壓力傳遞，膏體輸送管路合流點

34、位置和結構如圖4 .3 4 1 。圖4 3 4 1 膏體輸送管路合流點位置和結構（2）雙泵并聯(lián)運行最佳工況的確定一臺充填泵的灰色 性能曲線，兩臺相同充 填泵并聯(lián)的紅色性能曲 線。與充填管路性能曲線1-4相交區(qū)就是雙泵并 聯(lián)的虛擬泵的最大工況點。泵性能曲線左下方沿線區(qū)域為高效區(qū)。通過監(jiān)測泵的壓力和功率，自動調整流量，使兩臺并聯(lián)工作的泵始終在高效區(qū)工作，雙泵并聯(lián)運行的工況分析圖如左。 研究結果表明：膏體在輸送過程中固化反應一直在發(fā)生，只是泵送加壓的擾動固化速度較慢，膏體一旦在管道中靜止沉降固化速度會明顯加快，靜止一段時間再啟動阻力明顯增大，甚至無法啟動形成堵管。實現(xiàn)泵送持續(xù)工作才能保證充填管路輸送

35、的可靠，提高工作效率。 兩臺充填泵并聯(lián)運行工作比兩臺泵一運一備工況更穩(wěn)定；一臺泵的可靠度為1，另一臺泵的可靠度為2，則并聯(lián)運行的可靠度：=1-（1-1）*（1-2），兩臺一樣的泵工作時相互獨立，1=2=0.95，可得出雙泵并聯(lián)運行可靠度=0.9975，該系統(tǒng)可靠度顯著增加。 膏體充填料漿經攪拌機攪拌好放入漿體緩沖斗，漿體緩沖斗靠漿體自重給充填泵供料，經過充填泵加壓后的充填料漿通過管道，由充填站附近的充填鉆孔下井，再沿巷道管道輸送到充填工作面，在充填工作面布料管、控制順序注入采空充填區(qū)。 管路輸送系統(tǒng)由無縫鋼管、高壓布料軟管、快卡連接頭和液控閘板閥等組成，下幀為管路輸送系統(tǒng)組件。 為了快速處理管

36、道堵塞，設立放漿沉淀池，每隔一段距離設置放漿三通。4 3 5、管路輸送系統(tǒng)管路輸送系統(tǒng)組件自主研制的液控閘板閥高壓布料軟管快卡連接頭與快卡連接4 4、風水清洗系統(tǒng) 依次用清水、壓風把充填管路內的遺留物吹出充填管路, 完成管路清洗工作的系統(tǒng)。 當井下充填完成時，就要對膏體泵送系統(tǒng)進行有效清洗，以防止膏體尾槳在充填泵、輸送管路中固化，造成系統(tǒng)輸送能力下降，甚至造成堵管（堵塞輸送管路）的重大事故，影響安全、影響生產。傳統(tǒng)的清洗方法是拆開充填管路，先接上水管，對充填管路進行水清洗，然后，再換成風管，對充填管路進行最后吹掃，這樣，不但費時費力，而且在拆裝操作過程中也容易發(fā)生安全事故。峰峰集團羊東礦、新三

37、礦、大力公司應用成功自動投入的雙冗余膏體充填管路自動清洗系統(tǒng)，使清理變得簡單起來。 雙冗余膏體充填管路自動清洗系統(tǒng)組成包括水源管及控制閥、風源管及控制閥、控制回路以及相關設施；分別接到兩臺充填泵系統(tǒng)上；正常膏體充填時，水源控制閥、風源控制閥關閉；充填結束時，水源控制閥先自動打開，開始向充填管路中打水；待充填管內膏體尾漿被水全部推出充填管后，水源控制閥關閉，同時風源控制閥打開，停止打水的同時開始打風，直至將充填管內膏體遺留物吹掃干凈。集中的、能夠自動投入的設置使管道中膏體尾漿及遺留物不停頓的被水、風推出管路，從而達到對充填管路有效清洗的目的?？刂七壿媹D框及管路自動清洗系統(tǒng)實際布置如下幀。4 5、

38、充填系統(tǒng)過程控制與方案 膏體充填工藝是一個將煤矸石、粉煤灰、膠結料和適量的水等按照一定比例混合、攪勻，用充填泵輸送到井下充填采空區(qū)的過程，系統(tǒng)包括矸石破碎系統(tǒng) 、配比攪拌系統(tǒng) 、膏體泵送及管路輸送系統(tǒng) 、風水清洗系統(tǒng) 、充填系統(tǒng)過程控制與方案、工作面充填工藝等，需要各系統(tǒng)協(xié)同一致，才能夠保證整個工藝系統(tǒng)運轉正常。為此，充填站矸石破碎系統(tǒng)、配比攪拌系統(tǒng)、膏體泵送及管路輸送系統(tǒng)必須實行集中計算機控制。4 5 1、概述 充填站使用計算機控制系統(tǒng)進行控制具有特別重要的意義。 煤礦充填有以下特點：一是要求充填成本更低；二是集料沒有條件進行脫泥等凈化處理；三是早期強度要求高，煤礦充填跟隨采煤工作面進行，充

39、填數(shù)小時以后充填體必須能夠凝結固化到能夠自穩(wěn)并達到脫模條件，否則，充填將影響工作面煤炭生產。 制作充填材料需要的細集料一般用粉煤灰，如果按照國內外充填的經驗，即-20m的細集料占15%以上，用煤矸石作充填材料，需要摻加粉煤灰500600kg/m3以上，從經濟上是難以承受的。 煤礦充填的特點決定了在煤礦充填工藝上必須進行更加準確的控制，以減少充填材料中為達到強度要求的膠結料富裕量，最大程度地減少材料的損失，才能夠實現(xiàn)充填成本最低化。同時，選擇周期式攪拌機制作膏體，要保證充填的連續(xù)作業(yè)，也需要充填系統(tǒng)自動化控制。1、充填站檢測控制采用工業(yè)計算機自動控制方式，充填站測控的設計原則是：“檢測準確、控制

40、可靠、操作簡便”。第一，檢測準確原則。根據(jù)長期充填的經驗，充填過程中充填漿體的重量濃度波動范圍需要控制在 0.5%范圍以內。第二，控制可靠原則。測控方案，主機和儀表的選擇要先進、成熟；關鍵環(huán)節(jié)設置失控或超限的聲光報警與事故處理方法，要切實可靠。計算機測控系統(tǒng)要與機電二次控制電路連鎖，集中操作；主要崗位配備閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)。第三，操作簡便原則。充填站檢測控制的計算機操作必須簡便，一般工人經過培訓以后能夠正確操作使用。4 5 2、地面充填站測控的基本技術要求 2、充填站檢測的基本內容與要求 充填站系統(tǒng)檢測內容包括：料位、水分、稱重、流量、密度、壓力以及來料稱重驗收等7個方面：（1）料位：根據(jù)需要對

41、粉煤灰倉、膠結料倉、充填料漿緩沖倉等設置料位計，實時檢測料位上、下限報警。對于水池設置上下液位計，控制潛水泵的開與停。（2）水分：煤矸石需要及時測定其水分含量，以便及時調整配比。水分測量誤差需要控制在0.5%以內。（3）稱重：煤矸石、粉煤灰、水、膠結料各自分批以稱料斗形式稱重計量，保證配比準確，稱重誤差需要控制在1%以內。（4）流量：充填泵出口管道漿體或清水累計流量，累計流量的測量誤差需要控制在1%以內。（5）密度：充填泵出口管道漿體的密度。（6）壓力：檢測充填泵驅動油缸壓力、充填泵出口管道漿體壓力。（7）來料稱重驗收：對來料重車空車計量統(tǒng)計。 需要指出的是，充填過程中，還需要根據(jù)煤矸石、粉煤

42、灰取料地點的變化等，及時測定煤矸石粒級組成、含泥量、水分，粉煤灰水分等，為充填系統(tǒng)調整配比提供依據(jù)。1、配料的過程與控制充填配料涉及4種物料，包括煤矸石、粉煤灰、水及膠結料，這些物料的配料過程及其控制如下：（1）煤矸石定量供給：煤矸石供給子系統(tǒng)包括煤矸石緩沖倉、皮帶秤、斗式提升機、水分測定儀和緩沖斗。每個緩沖倉設置2個出料口。在配料過程中，在規(guī)定的時間范圍內，首先打開煤矸石緩沖倉出口給料器同時給料，到達到設計值90%時，保留1個給料器繼續(xù)給料，直到達到設計值；再由提升機把煤矸石運送到充填樓第三層的煤矸石緩沖斗。4 5 3、控制方案 （2）粉煤灰定量供給：粉煤灰供給子系統(tǒng)包括粉煤灰料倉、螺旋給料

43、機和稱料斗，在規(guī)定時間的配料過程中，首先料倉螺旋給料機快速給料到稱料斗，稱料斗開始監(jiān)視進斗物料質量，到達到設計值90%時，改為慢速給料，達到設計值前適當時間螺旋給料機停機，利用螺旋機慣性使所加物料正好達到設計值。（3）膠結料定量供給：膠結料供給子系統(tǒng)包括圓筒料倉、螺旋給料機、稱料斗，在規(guī)定時間的配料過程中，首先料倉螺旋給料機快速給料到稱料斗，稱料斗開始監(jiān)視進斗物料質量，到達到設計值90%時，改為慢速給料，達到設計值前適當時間螺旋給料機停機，利用螺旋機慣性使所加物料正好達到設計值。（4）水定量供給：水的供給子系統(tǒng)包括潛水泵、單級離心水泵、調節(jié)閥、稱水斗。潛水泵負責從觀測井中向蓄水池供水，單級離心

44、水泵負責由蓄水池向稱水斗供水。在規(guī)定時間的配料過程中，水泵開始運轉，通過調節(jié)閥、管道向稱水斗內加水，達到一定程度后，調節(jié)閥控制小量給水，水量加到設計值，調節(jié)閥截止，水泵停止供水。需要指出的是，充填站在制漿過程中要定期檢測煤矸石的含水率，根據(jù)煤矸石含水率的變化及時調整充填材料配比。 2、攪拌的過程與控制周期式攪拌機攪拌制作充填料漿的過程是加料、攪拌、出料按周期性循環(huán)作業(yè)的過程。從稱料斗向攪拌機的投料時間1520 s、攪拌時間5060s、出料時間15s，一個攪拌周期90s。在充填過程中攪拌機的攪拌機構開啟以后便連續(xù)運轉，攪拌機的卸料門通過電動或氣動推桿驅動勻速打開或關閉，攪拌機在推桿兩側裝有限位開

45、關，控制卸料門的開閉極限位置，所以攪拌的過程需要控制的是開啟和關閉攪拌機卸料門的時機，在執(zhí)行加料時，要確保卸料門已經全部關閉，在出料完成以后才關閉卸料門。3、矸石破碎加工過程與控制矸石破碎加工過程涉及1臺破碎機、2臺振動篩、8臺輸送機和2個振動給料機和配套的除塵設備等，整個破碎加工過程還需要與配比攪拌子系統(tǒng)協(xié)調。矸石破碎子系統(tǒng)計算機控制主要是設備順序動作控制，對關鍵設備狀況實行可視化監(jiān)視，取消人工操作。4、泵送的過程與控制充填泵泵送分充填料漿和清水兩種介質，在輸送管道中有四種情況，即完全充填料漿、完全清水、灰漿推水、水推灰漿，充填泵的泵送過程控制的目的是保持泵送速度與攪拌機拌料的速度協(xié)調一致，

46、維持泵送系統(tǒng)的連續(xù)作業(yè)，控制每班充填量，為協(xié)調井上下作業(yè)提供依據(jù)。泵送流量的控制以泵送流量計、料漿緩沖倉的料位計等檢測儀器觀測數(shù)據(jù)為標準，采用電動調節(jié)充填泵泵送油路單向調節(jié)閥來實現(xiàn)。5、來料稱重驗收與管理來料稱重是一個重要環(huán)節(jié)，但是，此環(huán)節(jié)與充填站攪拌、泵送過程是相對獨立的，來料稱重驗收與管理有兩個方案，一是不考慮計算機控制，采用一般的地稱對來料車稱重計量，二是與充填系統(tǒng)計算控制系統(tǒng)形成一體，來料稱重管理是其中一部分。膏體充填開采過程中，如何確保料漿的濃度滿足泵送要求，減少堵管事故的發(fā)生，保證充填過程的順利進行，是實現(xiàn)高產、高效充填開采面臨的關鍵技術問題。小屯礦膏體充填開采過程中采用了自動控制

47、系統(tǒng)對料漿濃度實現(xiàn)了實時監(jiān)測，確保了充填過程中料漿的濃度，避免了因料漿濃度變化發(fā)生的堵管事故。4 5 4、料漿濃度的自動監(jiān)測技術攪拌機攪拌電流就是指料漿攪拌均勻以后攪拌機驅動電機三相電流穩(wěn)定的電流值。根據(jù)攪拌機特性，攪拌電流一般在攪拌30 s后即達到。在同料漿類型、相同攪拌體積條件下，攪拌電流與漿體的流動性能成正比關系，料漿越稠，流動性越差，攪拌電流越大，反之亦然。利用攪拌電流可以掌握每罐次攪拌料漿的流動性能變化，超過變化范圍可以在出漿前采取補水/補灰措施，即使所用粉煤灰吸水性變化、煤矸石水分變化，也能夠保證漿體流動性在合理要求范圍，保證充填安全。（1）監(jiān)測技術與原理在地面主操控室內，通過電流

48、傳感器把主控室攪拌機主回路電流轉化為4 20 mA模擬量信號傳送給PLC，然后PLC通過循環(huán)中斷500 ms實時采集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理得出不同濃度下電流變化曲線，根據(jù)平均電流的變化情況來反映膏體濃度的變化，傳感器工作原理如下圖：（2）膏體充填質量濃度自動監(jiān)測實現(xiàn) 為了準確掌握料漿質量濃度與傳感電流之間的關系，對不同濃度的矸石漿、灰漿所對應的電流進行了現(xiàn)場監(jiān)測，取得了大量的試驗數(shù)據(jù)，結合實際情況分別對不同濃度的矸石漿和灰漿的電流值進行了實時監(jiān)測。結果顯示，攪拌機入料、初期攪拌、其它動力裝置啟停、物料出廠時間及濕度等這些因素影響膏體充填料漿的攪拌電流值，其中對小屯礦充填攪拌電流影響較大的動力裝置是

49、充填泵。料漿濃度自動監(jiān)測的實現(xiàn)；在工程實踐過程中，膏體充填材料的質量濃度一般要求控制在一定的合理的質量濃度范圍內，這樣系統(tǒng)才能有更大的適應性而不至于質量濃度的稍微波動就給充填系統(tǒng)料將在管路輸送過程中帶來較大的影響。鑒于此，首先通過實測設定某一質量濃度充填料漿的攪拌電流值，然后再測定上下極限質量濃度料漿的攪拌電流值，并將該極限攪拌電流值設置為監(jiān)測料漿質量濃度的上下閥值（考慮到上述影響因素，取一定的富裕系數(shù)k=1.4）。當系統(tǒng)采集到的攪拌電流均值超過閥值上限時（料漿質量濃度較大超過合理范圍的最大質量濃度）系統(tǒng)自動補水，反之系統(tǒng)自動補充物料。由攪拌電流與質量濃度在設計范圍濃度內變化近乎線性關系。（1

50、）膏體配料自動化控制技術充填膏體配料是指將所需物料（煤矸石、粉煤灰、膠結料、水）按照生產要求的給定質量進行稱重的過程，它的精度直接決定了充填料漿流動性能、凝結固化性能，從而影響充填效果。 模糊理論是解決在控制過程中各種信號量不易定量表示的有效途徑，運用模糊推理實現(xiàn)對PID控制參數(shù)的最佳調整。以此提出基于模糊PID控制器的配料系統(tǒng)，膏體配料自動控制系統(tǒng)根據(jù)設定值與稱重過程實際值之間的偏差，即實時流量與設定流量比較得到配料偏差，經過PID控制器調節(jié)改變輸出信號，控制給料量調節(jié)，從而實現(xiàn)定量給料，配料系統(tǒng)控制原理如下幀圖所示。4 5 5、膏體制備自動控制系統(tǒng)配料系統(tǒng)控制原理圖 基于模糊PID控制器的

51、配料系統(tǒng)，將模糊控制技術與傳統(tǒng)的PID控制技術結合起來共同應用于系統(tǒng)的調節(jié)當中，有效的解決傳統(tǒng)PID誤差不穩(wěn)定、動態(tài)特性不理想的問題，保證了配料系統(tǒng)的精度。（2）膏體料漿供給量的自動化控制技術 膏體料漿供給系統(tǒng)是為滿足充填泵送按控制系統(tǒng)優(yōu)化的工況點運行。系統(tǒng)用超聲波物位計準確測得料漿緩沖斗里料漿的實時高度，當料位高度達到90%時，攪拌機底門進料閥保持關閉狀態(tài)，同時上級供料停止； 當料位低于50%時低限開關接通，攪拌機底門進料閥及上級供料恢復正常的開閉。膏體制備系統(tǒng)根據(jù)料位的高低自動化控制調節(jié)膏體制備量的大小，從而滿足充填泵泵送能力的要求。4 6、工作面充填工藝工作面充填開采設計采用“三八”工作

52、制，每天完成一個“采煤充填凝固/檢修”循環(huán)。設計采煤班每班進34刀，采煤機截深0.8m，日進度為2.43.2m，采煤機割煤34刀，采空區(qū)充填一次，充填步距為2.43.2m。4 6 1、工作制度與 充填步距1、充填工藝流程：手指口述安全確認充填準備檢查準備管道充水灰漿推水矸石漿推灰漿正常（輪流）充填管道清洗（灰漿推矸石漿水推灰漿打風）充填結束驗收。2、充填具體步驟（1）充填準備吊掛塑料編織袋及工作面、上巷隔離墻支設；工作面充填管布置；（2）檢查準備上下兩巷隔離墻及工作面隔離墻、吊掛充填袋檢查；干線充填管路檢查；工作面主管閥檢查（都開）；布料管閥檢查（都關）；三通閥門檢查（打開）；報告充填站。4

53、6 2、充填工藝（3）管道充水（4）灰漿推水（5）矸石漿推灰漿（6）正常充填（7）灰漿推矸石漿（8）水推灰漿（9）壓風推水（10）充填結束驗收崗位工作結束、驗收；交接班；報告礦調度室。（11）凝固充填工作結束后，充填體凝固時間為68小時左右。5、充填采煤方法與膏體充填系統(tǒng)能力5.1、工作面布置峰峰集團小屯礦膏體充填開采首試工作面選擇在14259頂分層工作面。該工作面運輸巷布置在已采14459工作面材料道正上方，而材料道布置在已采14461采空區(qū)上方，開切眼布置在東側井田邊界，這樣布置使工作面兩道處于野青保護層開采的有效作用范圍內，便于瓦斯的防治。14259（頂）首試工作面傾斜長度120m，推進

54、長度630余m，以平均采高2.7m計算，煤炭儲量29.5萬t。依照膏體充填開采首試工作面布置，保護煤柱充填開采一共可以布置5組上下分層工作面，在首試工作面兩側布置14261、14259上下分層工作面全部采用沿空留巷，相互之間不留區(qū)段煤柱，最大量采出煤炭資源。5.2、充填方法的選擇膏體充填開采工作面的充填方法有“全采全充法”和“部分充填法”。所謂全采全充，就是隨著回采工作面向前推進，在直接頂板尚未垮落之前，即用膏體材料把工作面后方的采空區(qū)全部充填起來?？刂聘矌r及地表變形效果最好，但充填量大，一般適用于村莊下厚煤層上分層開采，或弱強度材料充填； 部分充填法有房柱充填法和條帶充填法，就是采空區(qū)不全部

55、充填起來，而是在一個充填步距上間隔一定距離充填一個柱垛。房柱充填法，在下一個充填步距上每交錯一定距離充填一個柱垛，這種充填方法支護效果好，充填量小，但工藝性差，操作不便。因此，一次采全高或底分層開采膏體充填一般采用條帶充填法。5.3、膏體充填系統(tǒng)能力確定的原則及其影響因素分析膏體充填系統(tǒng)能力確定的原則是：其一，充填能力與工作面煤炭生產能力相適應其二，便于回采工作面安排正規(guī)作業(yè)循環(huán)；其三，充分發(fā)揮充填設備能力。綜合機械化充填采煤煤炭生產能力主要受充填準備時間、充填時間和充填體凝固時間制約。膏體充填要能夠有效控制地表開采沉陷，在工作面支架使充填前頂板保持完整和充填前頂板下沉量小的條件下，還需要具備

56、兩個條件，一是每次充填前沿工作面設置的隔離墻必須保證充填接頂；二是為充填材料提供必要的凝固時間，在隔離和側護措施為進行下一循環(huán)而拆除后，使新凝結固化的充填體有適當?shù)膹姸龋３殖涮铙w自穩(wěn)不垮塌的同時，還能夠對直接頂板有一定的支撐作用，避免新充填體受頂板壓力作用而損壞。 如果采用人工設置充填隔離墻，充填以后還要等待八小時方能繼續(xù)回采，需要實行23個工作面輪采才能夠保證煤炭產量。 對此，研制專門液壓膏體充填支架，提高單面膏體充填工作面生產能力，專門液壓膏體充填支架同時具備快速設置隔離墻功能、對待充填區(qū)有效支護功能、充填以后能夠繼續(xù)保持對新充填體提供必要側護同時又能夠采煤的功能。 峰峰為整體式結構，解

57、決了快速設置隔離墻和待充填區(qū)有效支護問題，這樣充填系統(tǒng)需要滿足整體式液壓膏體充填支架支護工作面的需要，設計工作面長度120150m，采高2.7m，日進尺2.4-3.2m，即充填工作面采取“采煤充填凝固/檢修”三班循環(huán)能夠滿足單面年產50萬t/a的需要。6、管道輸送與充填隔離優(yōu)化6.1充填管道輸送系統(tǒng)的優(yōu)化設計充填管線優(yōu)化布置的主要目標是：在實現(xiàn)滿管流基礎上，盡可能地降低垂直管中的最大動壓，以減少管線所受的動壓作用。對于具體的礦井而言，只要采深確定，在垂直高度的靜壓分布就已經確定。通過對充填過程存在問題的分析，先后對充填管路系統(tǒng)進行優(yōu)化設計和改造。6.1.1充填鉆孔管優(yōu)化原始設計方案中，充填鉆孔

58、管路采用21918mm的雙金屬耐磨管，外層為管壁厚度10mm的無縫鋼管，內襯8mm厚的耐磨層。 設計雙金屬耐磨管的初衷主要考慮膏體在輸送過程中對管路的磨損較為嚴重，管路的內層8mm的耐磨層硬度高，耐磨性好，實際使用過程中發(fā)現(xiàn)該耐磨層柔韌性差，另外耐磨層與外部的無縫鋼管沒有澆鑄在一起，留有一定的空隙，在運輸和使用過程中管路的耐磨層較易出現(xiàn)斷裂破損，特別是在立井中，由于不滿管流漿體對管路的耐磨層反復沖擊，極易耐磨層的斷裂及脫落，并造成堵管事故。為了研究耐摩擦的磨損情況，對管道磨損情況進行了實測分析，結果表明，充填漿體對管路的磨損并不大，充填30萬m3膏體，管路磨損最大處僅為0.2mm，2010年7

59、月底將立井管更換成16Mn的無縫鋼管，至今已順利充填150萬m3。6.1.2 井下主管路優(yōu)化 漿體在管路內阻力變小，造成斷流，而且斷流距離過大，易發(fā)生堵管；隨著工作面推進，充填管路系統(tǒng)變短，充填管路要進行阻力調整，減少斷流發(fā)生。將原主管路雙層耐磨金屬管更換成無縫鋼管1689（內徑150mm），承壓12MPa，每根管長度4m，采用快速接頭連接，并將優(yōu)化后的管路延長約200m。6.1.3 工作面充填管路優(yōu)化 工作面充填管原先使用DN150特塑復合管配合普通鋼管，沒有可彎曲度且使用一段后復合管管路內的耐磨層有脫落現(xiàn)象，充填期間易發(fā)生堵管事故。為此，研發(fā)了高強度耐磨軟管，該管路使用效果良好，并有一定的

60、可彎曲度，減化了工序。6.1.4 關鍵閘閥優(yōu)化保障技術井下主管路最初使用的是DN150型手動球型閥門以控制充填漿體的流量。一是使用壽命短，基本上每月就要換掉一個；二是使用一段時間后由于球門縫隙中殘存灰漿，會出現(xiàn)操作手輪旋轉困難等情況；三是該球閥手動關閉、開啟困難，不利于緊急情況下處理事故；四是密封差，在充填過程中，稀漿泄露，矸石堆積，易發(fā)生漿體離析堵管。工作面管路最初使用手動閘板閥（如下圖所示）以切換充填布料管，使用過程中存在以下缺點：一是操作困難，要采用人工大錘敲擊方式才能開啟關閉閥門；二是密封性能差，造成工作面跑水、跑漿；三是使用壽命短，平均每月?lián)p壞一個。為了徹底解決閥門操作困難、密封差、