水力充填

水力充填指的是利用水力通过管道把充填材料送入采空区的充填方法。我国常用的水力充填采煤法主要倾斜分层走向长壁上行充填采煤法及倾斜分层倾斜长壁上行充填V型工作在采煤法。1水力充填已成为深部矿山安全高效采矿整体中的一部分,水力输送系统已经从以故障频繁的“自由下落”系统发展到可靠的满管流系统。

水力充填采矿法的特点它是将适当的充填料与水混合成浓度均匀的砂浆，利用自然压头或泵压，通过管边或与管边相接的钻孔，把充填料输送到需要充填的回采工作面。充填料经过脱水之后，即形成充填体，而脱同的水则由池水顺路天井流入巷道水沟和沉淀池，最后进入水仓并排至坑外。

水边充填采矿法与干式充填采矿法在结构上基本相同，只是在充填系统上不同，充填材料，及充填工艺没。水力充填采矿法也把矿块分成；两步骤回采（先采房、后采柱）。矿房向下而上或自上而下分层回采，分层水力充填；矿柱也用同类方法回采。2

水力充填采矿法分类（1）上向分层水砂充填采矿法

（2）下向分层水砂充填采矿法

（3）毕式水砂充填采矿法2

充填料的选择我国常用的充填材料有河砂、山砂、炼油后的“废页岩”、洗选后的矸石及露天矿剥离的废石等。实践证明，充填材料的质量对矿井生产及安全条件有直接影响，而且充填料的用量大，费用高，所以对充填材料的选择要慎重。

具体要求如下：

1 充填材料应适合于管路水力输送，应遇水不溶解，不带棱角并易脱水。最大粒径含量不宜过多，以免堵管。

2 填料的最大粒径要小于管径的2/5，同时最大粒径的含量应不大于总量的 10%。

3 充填材料中应有适当的含泥量和合理的粒径配比，以使充填体致密，沉缩率小。沉缩率是指充填体受压后的沉缩高度与原充填高度之比。它是反映充填体物理力学性质的重要参数。3

4 充填材料应具有较好的透水性。以便充填体易于脱水。透水性强弱是以一定时间内透水数量的百分数表示，具体多少，由试验来测定。当充填试料在10 分钟内尚不能把注入的水量渗出80%者，被视为透水性弱的材料。

5 充填材料中不应含有可燃成分，以免由于充填引起井下火灾和污染井下空气。因此，除已知的安全材料，如河砂、山砂，风化岩石外，其它充填材料都应进行工业分析，以了解其化学成分和性质，不符合要求者不能使用。

6 充填材料应便于运输和贮存，当其含水多时，冬季易于冻结，这会给充填材料的运输和贮存带来困难。因此充填材料的含水率在寒冷地区，不能大于 5%~8%。

发展现状采用水力充填时，若不能使充入采场的水与充填料迅速分离而脱出，就会造成以下问题采场内的大量积水会对密闭墙产生相当大的静水压力，以致可能压垮密闭墙，造成跑浆为避免密闭墙产生过大的静水压力，需要实行间隔充填，从而降低充填能力充填料浆由于水的存在，不能迅速形成一定强度的充填体，因而影响正常的回采作业循环。

国内外在水力充填脱水时，一般都采用各种脱水构筑物，使水以重力水的形式由脱水构筑物中自由脱出。但国内外也研究过其他脱水方式，如加拿大的设备公司与南非的矿山研究过将用水力输送到井下的尾砂脱水后再充入空区的方法年代中期以来，美国、前苏联还进行了电渗脱水试验。加拿大乔伊设备制造公司于年开发出了尾矿旋转脱水机简称尾矿脱水机，拟解决常规充填中由于充填脱水带来的一系列问题。尾矿脱水机的工作原理是利用离心作用脱水，离心机转速为一转分，当给料浓度为左右时，浓缩后的底流含固量可达一，固料的回收率为一，其指标取决于尾砂的特性及作业的段数。乔伊公司的研究认为，常规尾砂充填存在一些固有的问题，采场充填过程中，每当充填完成后，采场都需要停产，进行脱水，停产要进行到脱水满足采矿工艺需要为止，这要随采矿工艺、尾砂粒度分布、充填浓度等而异在要求充填接顶时，常规尾砂水力充填难以满足工艺要求充填前，采场需进行大量的准备工作，需精心构筑隔离墙采场空区岩石节理、裂隙发育的情况下，还需在围岩岩壁上覆盖过滤材料，这种准备既费物力，又费人力尽管作了精心准备，随着充填和排水的进行，还是会流失一部分充填料，这样不仅损失一些充填料，还给井下巷道和水沟的清理带来困难。乔伊公司的研究结论是，充填尾矿浆以最佳输送浓度、用常规方式输送到井下，在靠近采场的地方通过其开发的尾矿脱水机将大部分的水从固体中分离出来，分离出来的水溢流经管路或水沟排出。分离出来的高浓度尾砂与适量水泥混合送到采区，用机械或压风进行浇灌。年乔伊公司利用该设备与英美公司合作，在南非英美公司西霍博士学位论文第一章绪论尔丁斯矿'进行了相关试验，其脱水后的充填料采用风力充入采场。试验表明加入同样比例的水泥时，充填体强度提高，即为获得一定强度的充填体，可节省水泥充填接顶效果好空区充填时，可简化或节省封闭工作量。但这种工艺也存在一些问题充填料的利用率只达到一，流失的骨料会污染井下环境浓缩后的充填料需要机械或压风充入空区，人力、物力消耗大充填效率低。相当一部分采场若采用空场法回采，嗣后充填时，作业人员不能进入采场在沿采场高度方向设置脱水构筑物，脱水构筑物只能设置在采场底部的情况下，充填水只能以渗透的方式排出。4

应用方法1 上向分层充填采矿，充填体被用来支护急倾斜矿体的两帮，同时为下一步回采工作提供一个工作平台。

2 二步骤矿柱的回收。充填体用来置换一步骤回采中留下的矿柱，提供足够的支护以便安全地回收二步骤矿柱。

3 用空场法回采一个矿体的巨大矿块，且在邻近块段回采之前以单一方式嗣后充填每一个矿块。

4 上向进路充填采矿。回采以水平进路推进，充填体首先作为工作平台，其次也用于支撑矿体的两帮。

5 充填体用来减小浅部矿体回采引起的地表沉降效应。5

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所