水力充填

水力充填指的是利用水力通過管道把充填材料送入採空區的充填方法。我國常用的水力充填採煤法主要傾斜分層走向長壁上行充填採煤法及傾斜分層傾斜長壁上行充填V型工作在採煤法。水力充填已成為深部礦山安全高效採礦整體中的一部分,水力輸送系統已經從以故障頻繁的“自由下落”系統發展到可靠的滿管流系統。

中文名稱	水力充填
英文名稱	hydraulic stowing
定　　義	利用水力通過管道把充填材料送入採空區的充填方法。
套用學科	煤炭科技（一級學科），煤礦開採（二級學科），採煤方法（三級學科）

基本介紹

• 中文名：水力充填
• 外文名：hydraulic fill
• 來源：煤炭開採
• 套用：深部礦山採礦
• 關鍵技術：水力輸送系統
• 存在的問題：管道磨損

水力充填採礦法的特點

它是將適當的充填料與水混合成濃度均勻的砂漿，利用自然壓頭或泵壓，通過管邊或與管邊相接的鑽孔，把充填料輸送到需要充填的回採工作面。充填料經過脫水之後，即形成充填體，而脫同的水則由池水順路天井流入巷道水溝和沉澱池，最後進入水倉並排至坑外。

水邊充填採礦法與乾式充填採礦法在結構上基本相同，只是在充填系統上不同，充填材料，及充填工藝沒。水力充填採礦法也把礦塊分成；兩步驟回採（先採房、後采柱）。礦房向下而上或自上而下分層回採，分層水力充填；礦柱也用同類方法回採。

水力充填採礦法分類

（1）上向分層水砂充填採礦法

（2）下向分層水砂充填採礦法

（3）畢式水砂充填採礦法

充填料的選擇

我國常用的充填材料有河砂、山砂、煉油後的“廢頁岩”、洗選後的矸石及露天礦剝離的廢石等。實踐證明，充填材料的質量對礦井生產及安全條件有直接影響，而且充填料的用量大，費用高，所以對充填材料的選擇要慎重。

具體要求如下：

1 充填材料應適合於管路水力輸送，應遇水不溶解，不帶稜角並易脫水。最大粒徑含量不宜過多，以免堵管。

2 填料的最大粒徑要小於管徑的2/5，同時最大粒徑的含量應不大於總量的 10%。

3 充填材料中應有適當的含泥量和合理的粒徑配比，以使充填體緻密，沉縮率小。沉縮率是指充填體受壓後的沉縮高度與原充填高度之比。它是反映充填體物理力學性質的重要參數。

4 充填材料應具有較好的透水性。以便充填體易於脫水。透水性強弱是以一定時間內透水數量的百分數表示，具體多少，由試驗來測定。當充填試料在10 分鐘內尚不能把注入的水量滲出80%者，被視為透水性弱的材料。

5 充填材料中不應含有可燃成分，以免由於充填引起井下火災和污染井下空氣。因此，除已知的安全材料，如河砂、山砂，風化岩石外，其它充填材料都應進行工業分析，以了解其化學成分和性質，不符合要求者不能使用。

6 充填材料應便於運輸和貯存，當其含水多時，冬季易於凍結，這會給充填材料的運輸和貯存帶來困難。因此充填材料的含水率在寒冷地區，不能大於 5%~8%。

發展現狀

採用水力充填時，若不能使充入采場的水與充填料迅速分離而脫出，就會造成以下問題采場內的大量積水會對密閉牆產生相當大的靜水壓力，以致可能壓垮密閉牆，造成跑漿為避免密閉牆產生過大的靜水壓力，需要實行間隔充填，從而降低充填能力充填料漿由於水的存在，不能迅速形成一定強度的充填體，因而影響正常的回採作業循環。

國內外在水力充填脫水時，一般都採用各種脫水構築物，使水以重力水的形式由脫水構築物中自由脫出。但國內外也研究過其他脫水方式，如加拿大的設備公司與南非的礦山研究過將用水力輸送到井下的尾砂脫水後再充入空區的方法年代中期以來，美國、前蘇聯還進行了電滲脫水試驗。加拿大喬伊設備製造公司於年開發出了尾礦旋轉脫水機簡稱尾礦脫水機，擬解決常規充填中由於充填脫水帶來的一系列問題。尾礦脫水機的工作原理是利用離心作用脫水，離心機轉速為一轉分，當給料濃度為左右時，濃縮後的底流含固量可達一，固料的回收率為一，其指標取決於尾砂的特性及作業的段數。喬伊公司的研究認為，常規尾砂充填存在一些固有的問題，采場充填過程中，每當充填完成後，采場都需要停產，進行脫水，停產要進行到脫水滿足採礦工藝需要為止，這要隨採礦工藝、尾砂粒度分布、充填濃度等而異在要求充填接頂時，常規尾砂水力充填難以滿足工藝要求充填前，采場需進行大量的準備工作，需精心構築隔離牆采場空區岩石節理、裂隙發育的情況下，還需在圍岩岩壁上覆蓋過濾材料，這種準備既費物力，又費人力儘管作了精心準備，隨著充填和排水的進行，還是會流失一部分充填料，這樣不僅損失一些充填料，還給井下巷道和水溝的清理帶來困難。喬伊公司的研究結論是，充填尾礦漿以最佳輸送濃度、用常規方式輸送到井下，在靠近采場的地方通過其開發的尾礦脫水機將大部分的水從固體中分離出來，分離出來的水溢流經管路或水溝排出。分離出來的高濃度尾砂與適量水泥混合送到採區，用機械或壓風進行澆灌。年喬伊公司利用該設備與英美公司合作，在南非英美公司西霍博士學位論文第一章緒論爾丁斯礦'進行了相關試驗，其脫水後的充填料採用風力充入采場。試驗表明加入同樣比例的水泥時，充填體強度提高，即為獲得一定強度的充填體，可節省水泥充填接頂效果好空區充填時，可簡化或節省封閉工作量。但這種工藝也存在一些問題充填料的利用率只達到一，流失的骨料會污染井下環境濃縮後的充填料需要機械或壓風充入空區，人力、物力消耗大充填效率低。相當一部分采場若採用空場法回採，嗣後充填時，作業人員不能進入采場在沿采場高度方向設定脫水構築物，脫水構築物只能設定在采場底部的情況下，充填水只能以滲透的方式排出。

套用方法

1 上向分層充填採礦，充填體被用來支護急傾斜礦體的兩幫，同時為下一步回採工作提供一個工作平台。

2 二步驟礦柱的回收。充填體用來置換一步驟回採中留下的礦柱，提供足夠的支護以便安全地回收二步驟礦柱。

3 用空場法回採一個礦體的巨大礦塊，且在鄰近塊段回採之前以單一方式嗣後充填每一個礦塊。

4 上向進路充填採礦。回採以水平進路推進，充填體首先作為工作平台，其次也用於支撐礦體的兩幫。

5 充填體用來減小淺部礦體回採引起的地表沉降效應。