《工程科学学报》：短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究.pdf

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究林海杨仁树李永亮徐斌范子李剑楠路彬 Application of short-wall continuous mining and continuous backfilling cemented-fill mining technology LIN Hai,YANG Ren-shu,LI Yong-liang,XU Bin,FAN Zi-vi,LI Jian-nan,LU Bin 引用本文：林海，杨仁树，李永亮，徐斌，范子，李剑楠，路彬.短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究.工程科学学报，优先发表. doi10.13374j.issn2095-9389.2021.05.13.003 LIN Hai,YANG Ren-shu,LI Yong-liang.XU Bin,FAN Zi-yi,LI Jian-nan,LU Bin.Application of short-wall continuous mining and continuous backfilling cemented-fill mining technology[J].Chinese Journal of Engineering,In press.doi:10.13374/j.issn2095- 9389.2021.05.13.003 在线阅读View online:https::/oi.org10.13374.issn2095-9389.2021.05.13.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理 Preparation and hydration mechanism of low concentration Bayer red mud filling materials 工程科学学报.2020,42(11)：1457 https:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.11.25.001 全尾砂高浓度胶结充填的环管试验 Loop test study on the high-concentration cemented filling of full tailings 工程科学学报.2021,43(2：215 https:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2020.01.09.002 充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 Experimental study of the influence of the filling material on the mechanical properties of marble with holes 工程科学学报.2018.40(7)：776htps:/1doi.org10.13374j.issn2095-9389.2018.07.002 分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律 Mechanical properties and crack evolution of interbedded cemented tailings backfill 工程科学学报.2020,42(10：1286htps:/ldoi.org10.13374.issn2095-9389.2019.12.29.003 复合激发剂对铜炉渣活性影响及充填材料制备 Effect of compound activator on copper slag activity and preparation of filling materials 工程科学学报.2017,399%：1305 https:/1oi.org10.13374.issn2095-9389.2017.09.002 干湿循环作用对水泥基复合充填材料的影响 Effects of dry-wet circulation on cement-based composite filling materials 工程科学学报.2019,41(12：1609 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.03.05.001

短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究林海杨仁树李永亮徐斌范子李剑楠路彬 Application of short-wall continuous mining and continuous backfilling cemented-fill mining technology LIN Hai, YANG Ren-shu, LI Yong-liang, XU Bin, FAN Zi-yi, LI Jian-nan, LU Bin 引用本文: 林海, 杨仁树, 李永亮, 徐斌, 范子, 李剑楠, 路彬. 短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究[J]. 工程科学学报, 优先发表. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.13.003 LIN Hai, YANG Ren-shu, LI Yong-liang, XU Bin, FAN Zi-yi, LI Jian-nan, LU Bin. Application of short-wall continuous mining and continuous backfilling cemented-fill mining technology[J]. Chinese Journal of Engineering, In press. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2021.05.13.003 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.13.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理 Preparation and hydration mechanism of low concentration Bayer red mud filling materials 工程科学学报. 2020, 42(11): 1457 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.25.001 全尾砂高浓度胶结充填的环管试验 Loop test study on the high-concentration cemented filling of full tailings 工程科学学报. 2021, 43(2): 215 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.09.002 充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 Experimental study of the influence of the filling material on the mechanical properties of marble with holes 工程科学学报. 2018, 40(7): 776 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.002 分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律 Mechanical properties and crack evolution of interbedded cemented tailings backfill 工程科学学报. 2020, 42(10): 1286 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.29.003 复合激发剂对铜炉渣活性影响及充填材料制备 Effect of compound activator on copper slag activity and preparation of filling materials 工程科学学报. 2017, 39(9): 1305 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.002 干湿循环作用对水泥基复合充填材料的影响 Effects of dry-wet circulation on cement-based composite filling materials 工程科学学报. 2019, 41(12): 1609 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.05.001

工程科学学报.第44卷，第X期：1-12.2022年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-12,X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.13.003;http://cje.ustb.edu.cn 短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究林海)区，杨仁树2)，李永亮)，徐斌2)，范子儀)，李剑楠)，路彬2 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京1000833)中国矿业大学（北京)能源与矿业工程学院，北京100083 ☒通信作者.E-mail:b20200019@xs.usth.edu.cn 摘要针对西部脆弱环境地区高强度开采产生的矸石减排及地表沉陷控制现实需要与意义，提出了采用短壁巷式胶结充填采煤技术.，在研究短壁巷式胶结充填采煤技术开采原理基础上，介绍了该技术工作面布置方式、采充工艺流程：在充填材料方面，分析了多种充填原材料矿物成分和微观特性，并测试了不同配比条件下胶结充填材料的强度和流动特性：提出了该技术充填系统组成及整体设计思路，包括料浆制备系统、管道输送系统、监测系统和工作面充填系统四大部分工业实践表明：短壁连采连充式胶结充填采煤技术在5m厚近水平煤层中充实率可达98%以上，顶板最大下沉量为102mm,地表最大下沉量为8.9mm.共消耗了24.5万吨矸石.应用效果良好关键词采煤方法：工艺流程：充填材料：充填系统设计：地表沉降分类号TD822 Application of short-wall continuous mining and continuous backfilling cemented-fill mining technology LIN Hai,YANG Ren-shu2).LI Yong-liang,XU Bin,FAN Zi-yi,LI Jian-nan,LU Bin 1)School of Civil and Resources Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Mechanics and Civil Engineering.China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China 3)School of Energy and Mining Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:b20200019@xs.ustb.edu.cn ABSTRACT The development and utilization of coal resources have caused serious surface collapse and destruction and ecological, environmental pollution.As the main method of green mining,backfill mining fills gangue and other wastes into the goaf to control the surface subsidence and processing coal gangue,which has broad application prospects.Aiming at the practical needs and significance of reducing gangue emission and controlling surface subsidence caused by high-intensity mining in fragile environmental areas in western China,this work proposed a short-wall continuous mining and continuous backfilling(CMCB)cemented-fill mining technology.On the basis of studying the mining principle of the short-wall CMCB cemented-fill mining technology,this work introduced layouts of this technology's working face and mining and filling crafts according to the longwall working face and the short-wall working face, respectively,realizing the parallel operation of mining and backfilling by skip mining.The mineral composition,microscopic characteristics,and gradation characteristics of various filling materials were analyzed,and the strength and flow characteristics of the cemented filling materials under different proportions were tested on the basis of a filling material test combined with pipeline transportation characteristics and filling methods of the coal mine cemented-fill slurry.The composition and overall design ideas of the filling system of this technology were put forward,including four parts:slurry preparation system,pipeline transportation system, 收稿日期：2021-05-13 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51804310和52174095)

短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究林海1) 苣，杨仁树1,2)，李永亮3)，徐斌2)，范子儀1)，李剑楠1)，路彬2) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 2) 中国矿业大学 (北京) 力学与建筑工程学院，北京 100083 3) 中国矿业大学 (北京) 能源与矿业工程学院，北京 100083 苣通信作者， E-mail: b20200019@xs.ustb.edu.cn 摘要针对西部脆弱环境地区高强度开采产生的矸石减排及地表沉陷控制现实需要与意义，提出了采用短壁巷式胶结充填采煤技术. 在研究短壁巷式胶结充填采煤技术开采原理基础上，介绍了该技术工作面布置方式、采充工艺流程；在充填材料方面，分析了多种充填原材料矿物成分和微观特性，并测试了不同配比条件下胶结充填材料的强度和流动特性；提出了该技术充填系统组成及整体设计思路，包括料浆制备系统、管道输送系统、监测系统和工作面充填系统四大部分. 工业实践表明：短壁连采连充式胶结充填采煤技术在 5 m 厚近水平煤层中充实率可达 98% 以上，顶板最大下沉量为 102 mm，地表最大下沉量为 8.9 mm，共消耗了 24.5 万吨矸石，应用效果良好. 关键词采煤方法；工艺流程；充填材料；充填系统设计；地表沉降分类号 TD822 Application of short-wall continuous mining and continuous backfilling cemented-fill mining technology LIN Hai1) 苣，YANG Ren-shu1,2) ，LI Yong-liang3) ，XU Bin2) ，FAN Zi-yi1) ，LI Jian-nan1) ，LU Bin2) 1) School of Civil and Resources Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China 3) School of Energy and Mining Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: b20200019@xs.ustb.edu.cn ABSTRACT The development and utilization of coal resources have caused serious surface collapse and destruction and ecological, environmental pollution. As the main method of green mining, backfill mining fills gangue and other wastes into the goaf to control the surface subsidence and processing coal gangue, which has broad application prospects. Aiming at the practical needs and significance of reducing gangue emission and controlling surface subsidence caused by high-intensity mining in fragile environmental areas in western China, this work proposed a short-wall continuous mining and continuous backfilling (CMCB) cemented-fill mining technology. On the basis of studying the mining principle of the short-wall CMCB cemented-fill mining technology, this work introduced layouts of this technology ’s working face and mining and filling crafts according to the longwall working face and the short-wall working face, respectively, realizing the parallel operation of mining and backfilling by skip mining. The mineral composition, microscopic characteristics, and gradation characteristics of various filling materials were analyzed, and the strength and flow characteristics of the cemented filling materials under different proportions were tested on the basis of a filling material test combined with pipeline transportation characteristics and filling methods of the coal mine cemented-fill slurry. The composition and overall design ideas of the filling system of this technology were put forward, including four parts: slurry preparation system, pipeline transportation system, 收稿日期: 2021−05−13 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51804310 和 52174095）工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−12，2022 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−12, X 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.05.13.003; http://cje.ustb.edu.cn

工程科学学报，第44卷，第X期 monitoring system,and working face filling system.The on-site test showed that the short-wall CMCB cemented-filling mining technology achieves a compression ratio of more than 98%in a 5-m thick near-level coal seam.The maximum roof subsidence is 102 mm,and the maximum surface subsidence is 8.9mm.245000t of gangue were used,and a good application effect was observed. KEY WORDS mining method;crafts process;filling material;filling system design;surface subsidence 我国煤炭资源的开发和利用带来严重地表塌采用理论分析和数值模拟手段，研究了长壁机械陷破坏和生态环境污染问题，据不完全统计，目前化掘巷充填的上覆围岩稳定性.且据调查显示，我全国23个省市区采煤沉陷区总面积20000km2,现国各省充填矿井主要集中在华东地区，例如山东、有矸石山1700多座，占地20余万亩，累计矸石堆河北、河南、安徽等地，西部陕蒙宁甘晋等地区分放量60亿吨-习.相比我国中东部地区煤矿面临的布较少，与其煤炭开采大省地位不相匹配) 资源枯竭、“三下”压煤多和开采成本成本高等问针对上述问题，本文提出了适宜西部脆弱生题B,西部地区大规模高强度开采导致地表沉陷态环境开采的短壁连采连充式胶结充填采煤技与开裂、水土流失、植被枯竭、地表荒漠化以及煤术，系统介绍了该技术的工作面布置方式、采充工矸石堆放占用大量土地、污染水土环境，严重制约艺，通过试验得到胶结充填材料强度与流动特性，西部地区煤炭行业可持续发展刀提出了该技术充填系统组成及整体设计思路，经作为绿色开采的主要途径，充填开采将煤矸过对相关工艺和装备不断完善，在鄂尔多斯察哈石等废弃物充入采空区，具有控制地表沉陷和处素煤矿进行现场应用，结果表明，该技术可解决西理煤矸石双重作用，应用前景广阔.21世纪以来，部脆弱环境地区高强度开采产生的地表沉陷和煤煤矿充填采煤技术发展迅速，形成了以固体0、矸石排放难题，为类似条件下的煤层开采提供技膏体]和高水47为主的三种充填材料及综采术支撑和连采两种充填方法8-19张吉雄团队20-2提出 1短壁连采连充式胶结充填采煤技术了综采固体充填开采技术，降低了采场矿压显现程度，控制了地表沉陷：贾林刚和张华兴2针对长 1.1工作面布置壁胶结充填开采充填体的稳定性进行研究，计算短壁连采连充式胶结充填采煤技术的开采原出长壁充填体稳定的最小宽度，提高了开采效率；理是按照短壁开采生产系统布置工作面，首先贯冯光明等]针对建筑物下压煤研发了新型超高水通工作面运输巷、回风巷和切眼，形成全负压通风充填材料，提出了采空区袋式充填开采方法：周华系统：将工作面上下顺槽之间的联络巷按顺序划强等2针对迁村采煤和条带开采的弊端，提出了分为若干支巷，支巷长度50m左右，采用跳采方五种不迁村采煤方法：许家林等阿研究了覆岩离式回收工作面煤炭资源，采煤和充填作业在不同层注浆充填，基于关键层理论预测了导水裂隙带支巷内进行，保证采充时间连续和空间独立，连续高度，并通过工程应用进行验证；胡炳南等2针对采煤和连续充填，是一种“采充并行”的高效充填邢东矿区开采地表沉陷实际，提出了矸石充填巷方法；在工作面回采期间，主要使用综掘机、装载式开采方法，取得了良好减沉效果.上述研究成果机、胶带输送机和锚杆钻机等设备，结合工程实际促进了充填采煤技术及岩层控制理论发展，其中和综掘机能力，支巷宽度设定在4~6m左右.该胶结充填在控制地表沉陷方面优势显著：但长壁技术以煤矸石和粉煤灰为主要充填材料，加上胶式胶结充填系统投入成本高，采煤和充填工艺相凝材料和水，按照一定比例混合形成高浓度浆体，互制约，充填体需要一定试件达到设计强度，顶板通过管道输送充入井下采空区，具有开采成本低、控制效果不如巷式充填，充填效率和成本难以满系统投入少、采充并行、一次揭露顶板面积小和足西部矿区开采要求2？-2，而巷式充填采充不在地表沉降控制效果好等特点，适用于西部脆弱环同一支巷内进行，一次揭露顶板面积小，顶板控制境地区煤炭资源开采控制地表沉陷和处理矸石等效果较好：张云等提出了短壁块段式充填开采固体废弃物.该技术工艺原理如图1所示技术，研究该技术导水裂隙发育高度；马立强等0 1.2采煤与充填工艺基于三维测量系统建立壁式连采连充相似模型，如图2所示，短壁连采连充式胶结充填采煤技研究了工作面隔水层和地表变形特征：孙强等B 术根据采场煤层强度和顶板条件，可以分为“两阶

monitoring system, and working face filling system. The on-site test showed that the short-wall CMCB cemented-filling mining technology achieves a compression ratio of more than 98% in a 5-m thick near-level coal seam. The maximum roof subsidence is 102 mm, and the maximum surface subsidence is 8.9 mm. 245000 t of gangue were used, and a good application effect was observed. KEY WORDS mining method；crafts process；filling material；filling system design；surface subsidence 我国煤炭资源的开发和利用带来严重地表塌陷破坏和生态环境污染问题，据不完全统计，目前全国 23 个省市区采煤沉陷区总面积 20000 km2 ，现有矸石山 1700 多座，占地 20 余万亩，累计矸石堆放量 60 亿吨[1–2] . 相比我国中东部地区煤矿面临的资源枯竭、“三下”压煤多和开采成本成本高等问题[3–4] ，西部地区大规模高强度开采导致地表沉陷与开裂、水土流失、植被枯竭、地表荒漠化以及煤矸石堆放占用大量土地、污染水土环境，严重制约西部地区煤炭行业可持续发展[5–7] . 作为绿色开采的主要途径，充填开采将煤矸石等废弃物充入采空区，具有控制地表沉陷和处理煤矸石双重作用，应用前景广阔. 21 世纪以来，煤矿充填采煤技术发展迅速，形成了以固体[8– 10]、膏体[11–13] 和高水[14–17] 为主的三种充填材料及综采和连采两种充填方法[18–19] . 张吉雄团队[20–21] 提出了综采固体充填开采技术，降低了采场矿压显现程度，控制了地表沉陷；贾林刚和张华兴[22] 针对长壁胶结充填开采充填体的稳定性进行研究，计算出长壁充填体稳定的最小宽度，提高了开采效率；冯光明等[23] 针对建筑物下压煤研发了新型超高水充填材料，提出了采空区袋式充填开采方法；周华强等[24] 针对迁村采煤和条带开采的弊端，提出了五种不迁村采煤方法；许家林等[25] 研究了覆岩离层注浆充填，基于关键层理论预测了导水裂隙带高度，并通过工程应用进行验证；胡炳南等[26] 针对邢东矿区开采地表沉陷实际，提出了矸石充填巷式开采方法，取得了良好减沉效果. 上述研究成果促进了充填采煤技术及岩层控制理论发展，其中胶结充填在控制地表沉陷方面优势显著；但长壁式胶结充填系统投入成本高，采煤和充填工艺相互制约，充填体需要一定试件达到设计强度，顶板控制效果不如巷式充填，充填效率和成本难以满足西部矿区开采要求[27– 28] ；而巷式充填采充不在同一支巷内进行，一次揭露顶板面积小，顶板控制效果较好；张云等[29] 提出了短壁块段式充填开采技术，研究该技术导水裂隙发育高度；马立强等[30] 基于三维测量系统建立壁式连采连充相似模型，研究了工作面隔水层和地表变形特征；孙强等[31] 采用理论分析和数值模拟手段，研究了长壁机械化掘巷充填的上覆围岩稳定性. 且据调查显示，我国各省充填矿井主要集中在华东地区，例如山东、河北、河南、安徽等地，西部陕蒙宁甘晋等地区分布较少，与其煤炭开采大省地位不相匹配[3] . 针对上述问题，本文提出了适宜西部脆弱生态环境开采的短壁连采连充式胶结充填采煤技术，系统介绍了该技术的工作面布置方式、采充工艺，通过试验得到胶结充填材料强度与流动特性，提出了该技术充填系统组成及整体设计思路，经过对相关工艺和装备不断完善，在鄂尔多斯察哈素煤矿进行现场应用，结果表明，该技术可解决西部脆弱环境地区高强度开采产生的地表沉陷和煤矸石排放难题，为类似条件下的煤层开采提供技术支撑. 1 短壁连采连充式胶结充填采煤技术 1.1 工作面布置短壁连采连充式胶结充填采煤技术的开采原理是按照短壁开采生产系统布置工作面，首先贯通工作面运输巷、回风巷和切眼，形成全负压通风系统；将工作面上下顺槽之间的联络巷按顺序划分为若干支巷，支巷长度 50 m 左右，采用跳采方式回收工作面煤炭资源，采煤和充填作业在不同支巷内进行，保证采充时间连续和空间独立，连续采煤和连续充填，是一种“采充并行”的高效充填方法；在工作面回采期间，主要使用综掘机、装载机、胶带输送机和锚杆钻机等设备，结合工程实际和综掘机能力，支巷宽度设定在 4～6 m 左右. 该技术以煤矸石和粉煤灰为主要充填材料，加上胶凝材料和水，按照一定比例混合形成高浓度浆体，通过管道输送充入井下采空区，具有开采成本低、系统投入少、采充并行、一次揭露顶板面积小和地表沉降控制效果好等特点，适用于西部脆弱环境地区煤炭资源开采控制地表沉陷和处理矸石等固体废弃物. 该技术工艺原理如图 1 所示. 1.2 采煤与充填工艺如图 2 所示，短壁连采连充式胶结充填采煤技术根据采场煤层强度和顶板条件，可以分为“两阶 · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期

林海等：短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究 3 Gangue crushing workshop Cement silo Fly ash silo Reservoir River Vegetation Secondary mixer Primary mixer w o m o m oL Office building onveying pipeline Surface verlying strata Backfill Reture air roadway Advancing direction Transport roadway Mining 图1技术原理 Fig.I Technical principle 段回采”、“三阶段回采”或“四阶段回采”.以“三两端进行充填作业，为了减小挡浆模板侧向支撑阶段回采”为例，工作面回采前，提前在回风巷内压力，充填作业根据煤层厚度分层完成，直到工作架设充填管道，在一阶段回采过程中，每条回采支面内所有第一阶段支巷回采充填完毕：在一阶段巷间留设两条支巷宽度的煤柱，当本支巷回采完充填体达到一定强度后，重复回采第二、第三阶段毕后，继续回采下一支巷，同时立即封堵上一支巷煤柱，从而达到连采连充、全采全充的效果 ☐Coal seam First stage filling body Second stage filling body Third stage filling body Four stage filling body Two-stage stoping Three-stage stoping Mining Four-stage stoping Backfilling 国2采充顺序 Fig.2 Mining and backfilling sequence 2充填材料 (1)矸石煤矸石作为成煤伴生物，赋存环境千变万化，结合短壁连采连充式胶结充填方式，充填材其矿物成分复杂多变，以察哈素矿煤矸石为例，其料通过管道运输至工作面替代煤柱承受上覆岩层主要矿物成分和微观结构如图3所示.察哈素矿荷载，因此充填材料必须具备良好的管道输送能煤矸石属于粘土岩类，由图3可知，该矸石主要成力和承载能力，其重点在于充填材料的选择和配分为石英、高岭石和白云母组成，其中石英的含量比，因此本节针对胶结充填材料展开研究较高，提高了粗骨料强度；破碎后矸石颗粒表面孔 2.1原材料隙发育、微裂缝较多，整体结构疏松，有利于增强相比中东部地区，西部地区煤炭资源大规模与料浆的胶结作用，适宜作为胶结充填骨料.为了开采产生大量矸石和火电厂排放大量粉煤灰，选保证料浆输送能力和强度达到使用要求，要求矸择矸石和粉煤灰做为充填材料，水泥作为胶结料，石粒径在破碎后不超过15mm,在分级破碎后，大按照一定比例混合形成胶结充填材料部分矸石粒径在10mm以下，其中0~5mm占比

段回采”、“三阶段回采”或“四阶段回采”. 以“三阶段回采”为例，工作面回采前，提前在回风巷内架设充填管道，在一阶段回采过程中，每条回采支巷间留设两条支巷宽度的煤柱，当本支巷回采完毕后，继续回采下一支巷，同时立即封堵上一支巷两端进行充填作业，为了减小挡浆模板侧向支撑压力，充填作业根据煤层厚度分层完成，直到工作面内所有第一阶段支巷回采充填完毕；在一阶段充填体达到一定强度后，重复回采第二、第三阶段煤柱，从而达到连采连充、全采全充的效果. Coal seam First stage filling body Second stage filling body Third stage filling body Four stage filling body Mining Backfilling Two-stage stoping Three-stage stoping Four-stage stoping 图 2 采充顺序 Fig.2 Mining and backfilling sequence 2 充填材料结合短壁连采连充式胶结充填方式，充填材料通过管道运输至工作面替代煤柱承受上覆岩层荷载，因此充填材料必须具备良好的管道输送能力和承载能力，其重点在于充填材料的选择和配比，因此本节针对胶结充填材料展开研究. 2.1 原材料相比中东部地区，西部地区煤炭资源大规模开采产生大量矸石和火电厂排放大量粉煤灰，选择矸石和粉煤灰做为充填材料，水泥作为胶结料，按照一定比例混合形成胶结充填材料. （1）矸石. 煤矸石作为成煤伴生物，赋存环境千变万化，其矿物成分复杂多变，以察哈素矿煤矸石为例，其主要矿物成分和微观结构如图 3 所示. 察哈素矿煤矸石属于粘土岩类，由图 3 可知，该矸石主要成分为石英、高岭石和白云母组成，其中石英的含量较高，提高了粗骨料强度；破碎后矸石颗粒表面孔隙发育、微裂缝较多，整体结构疏松，有利于增强与料浆的胶结作用，适宜作为胶结充填骨料. 为了保证料浆输送能力和强度达到使用要求，要求矸石粒径在破碎后不超过 15 mm，在分级破碎后，大部分矸石粒径在 10 mm 以下，其中 0～5 mm 占比 Advancing direction Reservoir Gangue crushing workshop Cement silo Fly ash silo Secondary mixer Primary mixer Conveying pipeline Transport roadway Reture air roadway Vertical drilling Office building Roof Overlying strata Surface River Vegetation Backfill Mining 图 1 技术原理 Fig.1 Technical principle 林海等：短壁连采连充式胶结充填采煤技术应用研究 · 3 ·