外文翻译-基于似膏体充填的建筑物下采煤新模式.doc

1、附录A基于似膏体充填的建筑物下采煤新模式摘要简单介绍了似膏体充填技术的形成；根据煤矿的实际情况，提出了一种新的建筑物下似膏体充填开采模式；分析了这种新模式的特点，进一步介绍了全砂土材料，重点阐述了充填系统的几个重要组成部分：充填准备系统、管线运输系统、综合机械化工作面充填系统、充填工艺过程。1 概述随着社会需求的迅速增加和经济的快速发展，煤炭资源的短缺与经济发展之间的矛盾日益突出。因此，人们将目光转移到建筑物下的煤炭开采。目前，建筑物下采煤技术因为存在着一些不足而不能被广泛应用。如地表下沉与变形的控制效果差，井下工作环境污染严重，煤炭资源回收率低。似膏体充填技术具有充填材料来源广泛、成本低、制

2、浆容易制备、充填体强度高等显著优点。将该项新技术应用到建筑物下采煤将有效地控制地表下沉与变形、提高资源采出率、不污染井下工作环境。实现建筑物下煤炭无污无害开采的目标。2 新模式的提出及其特点在所有建筑物下采煤方法之中，充填开采在控制地表下沉与变形及提高煤炭资源回收率方面是最有效的。充填体的密实程度及其沉缩率的大小直接影响到围岩与地表的移动变形。胶结充填采矿法以其充填体密实度高、沉缩率小、自身具备一定的强度和刚度等优点，一直被广泛地应用于开采价值较高的黄金、有色金属等矿山。随着现代科学技术的发展，胶结充填技术得到了极大的提高与发展。基于现代胶结充填技术的发展趋势，孙恒虎教授提出了似膏体胶结充填新

3、模式。该模式不仅有水力充填和膏体的优点，而且充填浆料流动性好、易于管线自流输送、充填体强度高、脱水少。传统的胶凝材料水泥，固结细粒级颗粒的能力差。当充填浆料浓度低于膏体浓度时，易于实现管线自流输送。但是这样导致充填材料中的细粒级颗粒（包括水泥颗粒）在脱水过程中流失。则充填体的沉缩率增大，强度降低，导致胶凝材料的损失和井下作业环境的污染。当充填浆料浓度接近膏体浓度时，其流动性较差不易输送。所以，实现似膏体充填新模式的关键就是要研发一种新型的胶凝材料。这种胶凝材料既要具备固结细粒级颗粒的能力，又要能满足充填体强度的要求。同时，这种材料要有广泛的材料来源和较低的充填成本。以孙恒虎教授领导的科研小组成

4、功地研发出新一代胶凝材料 全砂土固结材料。以这种新型胶凝材料为基础，吸收现代胶结充填采矿法的优点，摒弃其缺点，提出了全新的充填模式似膏体充填。建筑物下似膏体充填采煤新模式是基于胶结充填工程实践经验，结合煤矿实际情况和似膏体充填技术基础提出的。因此，建筑物下似膏体充填采煤新模式及其系统组成与金属矿山胶结充填技术相比，既有相似之处处，又有其自身的特点，主要表现在：1）充填材料：新发展起来的全砂土固结材料被作为胶凝剂使用，骨料采用煤矿的废弃物煤矸石和热电厂的废弃物粉煤灰。2）充填区域：煤炭以层状赋存，大多数倾角平缓，因此充填的区域面积较大，浆料输送的水平距离远，与基本上呈块状或脉状的金属矿床相比，充

5、填倍线大。3）充填能力：一般地而言，煤矿的综采工作面生产能力比金属矿山工作面大，因此，要求充填系统的充填能力大。4）充填站位置选择：充填系统必须满足浆料管线自流运输的倍线要求，而且还必须综合考虑地表充填原料的运输，最大限度地降低其运输成本。因为充填量很大。5）协调性。为了保证综采工作面的产量和充填体的质量，采煤和充填必须协调好。到目前为止，没有真正的工程实践经验可以借鉴。3 建筑物下似膏体充填采煤新模式及其系统布置3.1 全砂土固结材料全砂土固结材料是选用工业废渣，如沸腾炉渣、钢渣、高炉水淬矿渣等，再加入适量天然矿物及化学催化剂，经磨细、均化等工艺制成的一种粉状物料。它对含粘土量高的砂土及工业

6、废物（如矿山尾砂等）有很强的固结能力，称之为全砂土固结材料，简称全砂土材料。与普通硅酸盐水泥相比，全砂土材料在技术特性，生产工艺，工程应用等方面有其自身的特点。固结细粒级颗粒的质量十分高，在同等剂量的条件下，其强度是水泥的2-3倍；在同样强度要求的条件下，其用量可减少一半以上。与标准普通水泥相比，其早期强度高。7 d强度能够达到425水泥标准，28 d强度达到525水泥标准。全砂土胶结材料制备过程就是“吞没”大量工业废渣来生产出高性能，低价格，使用面广的胶结材料，其生产成本低，大约为200元/t。因此，全砂土材料将不仅在煤矿、交通、建筑、水土保护和石油工程方面得到广泛应用，而且为工业废料的处理

7、和资源化利用开辟出一条全新的途径。3.2 建筑物下似膏体充填采煤系统布置3.2.1 充填准备站系统1）位置选择。似膏体充填区别于膏体充填的特点之一就是其浆料的流动性好，自流或低压即可到达充填地点。因此，在选择充填准备站位置时，首先要满足似膏体充填浆料自流输送的倍线要求；其次尽量减少地面充填材料的运输工作。充填准备站的制浆能力应为充填开采工作面的生产能力的2倍；由于综采工作面生产能力大，所以降低地面充填材料的运输费用将具有十分突出的意义。2）充填准备站的布置。根据充填准备站制浆能力、充填材料的特点以及金属矿山胶结充填采矿法的实际经验，充填准备站较适合采用两级搅拌系统：一级搅拌桶制备由煤矸石、粉煤

8、灰、水组成的浓度约73的砂浆；二级搅拌桶制备由全砂土材料和来自一级搅拌桶的砂浆混合形成的浓度约75的似膏体充填浆料。为了确保充填准备系统正常可靠的工作，每一级搅拌系统均设2个搅拌桶。一级搅拌系统的2个搅拌桶中的一个工作，另一个备用；在正常工作情况下，二级搅拌系统的2个搅拌桶同时工作，当其中一个发生故障时，可暂由另一个二级搅拌桶单独制浆。这种布置的优点是：当搅拌系统中的一个搅拌桶出现问题时，不影响浆料制备，保证了充填工作的连续性。3.2.2 似膏体充填浆料管线运输系统首先，管线运输设计必须满足充填能力要求，使充填工作高质量，高效率，安全和经济。不允许充填管线沿上坡布置，同时避免管线有太多的转弯处

9、，以减少充填浆料的自然压力损失和堵管事故发生。至井下的充填管线尽可能布置在副井或风井中。利用已有的井巷及地表工厂设施，既可节省充填管线敷设的费用，又便于充填管线的检修和维护。图一是某煤矿充填管线布置示意图。充填管线经充填钻孔、副井井筒、水平运输大巷及石门、带区下山、区段回风平巷进入回采工作面。由图中充填管线的布置，可用下面公式计算出实际充填倍线：NL/H式中：N充填倍线；L充填管线长度，LAB+BC+CD+DE+EF，m；H地表浆料人口与充填工作面浆料出口之高差，HA点标高一F点标高，m。根据似膏体浆料流动特性的试验室研究及金属矿山的相似的工程经验，N36是泥浆在管线中自流运输的最合适值。3.

10、2.3 综采工作面充填系统采用充填法开采的采空区可以被充填体充填严实。充填体具有一定的强度和刚度，它在参与围岩的变形过程中，能够有效地增加围岩的自承能力，并且对顶板岩层逐渐施加支撑力。通过现场测试和岩层控制理论可以确定一个安全的控顶范围，以保证充填工作的安全性。基于这种考虑，在液压支架后的采空区中，沿工作面方向布置一排单体液压支柱，单体液压支柱的柱距及与液压支架的排距、每次充填条带的宽度可根据煤层顶板的稳固性、煤层埋藏深度、构造应力的大小等因素，通过数值模拟和现场试验的方法确定。这样，在单体液压支柱与液压支架之间就形成一条充填工作通道。在单体液压支柱靠采空区一侧构筑可滤水的柔性挡板，起支撑充填

11、浆料及滤水的作用。其布置如图二所示。该充填系统的优点是采煤和充填相互之间独立，充填体脱水面积大，利于充填体早期强度的提高；充填体在凝结过程中的微量或少量脱水直接从充填通道自流至区段运输平巷排出，不会污染采煤工作面的作业环境。3.2.4 充填工艺过程1）准备过程。包括检查充填空间柔性挡板的密封、充填管线的连接、充填地点与充填准备站的通讯、区段运输平巷水沟的清理等。2）充填过程。当充填准备工作完成后，充填准备站开始充填作业。先用清水冲洗管线，并检查管线是否有泄漏，如果一切正常，即可以下浆充填。为防止冲洗管线的水进入采空区，可在充填管线进入充填作业空间前设置一个阀，这样就可以将冲洗的污水直接排到运输

12、平巷的水沟内。充填作业开始后，操作人员在上端头的T型交叉点进行操作，并且要集中注意充填作业。如发现异常，立即采取相应措施。充填过程中，当充填浆料进入充填空间后，少量的水会沿缝隙或柔性挡板渗出，引至区段运输平巷排出，防止进入回采工作面，污染工作环境。3）关闭过程。当充填浆料到达充填位置时，通知充填准备站停止制浆，为了防止充填管线中滞留的浆体凝固导致充填管线堵塞或内径变小。待充填管线中的浆体不再流出时，为下一步的使用，用清水清洗充填管线。4 地表沉陷预计概率积分法是一种常用的预计建筑物下开采导致地表下沉的方法，本文以某煤矿建筑物下似膏体充填开采可行性研究为例，以充分采动影响范围作为计算范围，根据该

13、矿区概率积分法参数的经验参考值，对地表沉陷进行预计分析。该煤矿走向主断面的采深为971 m，下山边界采深为1241 m，上山边界采深为701 m；每层厚度（包括五层煤）总计10.6 m；煤层平均倾角21。根据胶结充填技术方面的有关文献资料，下沉系数q0.020.05；主要影响角正切按中性覆岩tan1.7；水平移动系数按中性覆岩b0.3。结果见表1。表1 某煤矿建筑物下似膏体充填地表下沉预计计算部分最大下沉W最大倾斜i最大曲率K最大水平移动U最大水平变形/mm/mmm-1/10-3m-1/mm/mmm-1走向主断面方向198-4950.35-0.870.009-0.002359-1480.16-

14、0.40倾向主断面下山方向198-4950.27-0.680.0006-0.001459-1490.12-0.31倾向主断面上山方向198-4950.42-1.060.0014-0.003451-1290.17-0.42从表1可以看出，地表移动和变形值均小于我国砖石结构建筑物I级保护等级变形要求，即最大倾斜率i3.0（mmm），最大曲率值0.210 -3（/m），最大水平变形2.0（mmm）。5 结语本文基于现有的充填模式和现代胶结充填技术发展趋势，提出的一种新的充填模式。其胶凝材料优良的性价比，对工业废物的资源化利用，极大地降低了充填成本。基于似膏体充填的建筑物下采煤新模式，将为建筑物下煤炭

15、资源的开采开辟出一条新的途径，同时也将解决煤矸石和粉煤灰给生态环境带来的污染，对我国煤炭资源可持续开采将具有重大意义。附录BA New Mode of Coal MiningUnder Buildings with Paste-Like Backfill TechnologyAbstract：The formation of the paste-like backfill technology was introduced briefly in this paper.From the actual cases of coal minesa new mode of coal mining under buil- dings with the technology was proposed.And its specificity was analyzed，and a further introduction to the full-sand-soil solidifying material was given The main parts of the backfill system，such as the backfillpreparation system ，the pipelin