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 ·