冶金過程熱力學

[拼音]：chongtian

[英文]：filling

用砂、石等材料充填採空區，形成充填體支撐頂板、圍巖，防止和減少頂板垮落和變形，減輕工作面的壓力，稱充填採礦法或充填採煤法（見充填採礦法，壁式採煤法）。與長壁垮落採煤法相比，充填採煤法能：

（1）有效地防止頂板垮落，減少地表下沉；

（2）降低坑木消耗，可不留或少留護巷煤柱，提高回採率；

（3）採空區充填體緻密，不易漏風，開採厚煤層時，能防止自燃發火；

（4）用廠礦的廢棄尾礦、矸石或爐渣作充填材料時，有利於礦區環境保護；

（5）減少採空區瓦斯湧出量。適用於：

（1）三下采煤；

（2）煤層頂板堅硬，不能用垮落法管理頂板；

（3）特厚煤層；

（4）有衝擊地壓危險和自燃發火傾向嚴重的煤層。缺點是：

（1）要建立完整的充填系統，增加基建投資；

（2）井下巷道系統複雜，充填工作費工費時，增高成本；

（3）工作面充填工作複雜，效率低。方法有水力充填、機械充填、風力充填和膠結充填等幾種。

水力充填

利用水壓將充填材料通過管路輸送到採空區充填。水力充填的材料要容易脫水、最大粒徑小於管徑的2/5、小於1mm的含量小於10％、來源充足、價格低廉。常用的有河砂、風化岩石、露天礦剝離物、洗選廠的尾砂和矸石、化工廠或冶煉廠的廢渣或熱電廠的粉煤灰等。水力充填的水源由設在注砂井附近的地面貯水池以自然壓頭供給。充填材料先經貯砂和水砂混合系統加水混合成砂漿，再經砂漿輸送系統輸送到採空區。一般都利用迴風巷道鋪設管路。充填管管徑150～200mm，由鋼、鐵或硬質塑料等耐磨材料製造。砂漿藉助自然壓頭或砂漿泵的壓力輸送。砂漿流速應大於臨界速度（固體顆粒不沉積於管底的最小流速），通常為2～4m/s。充填廢水先在沉澱池經過多次沉澱，排至地面貯水池供迴圈使用。沉澱池的汙泥需定期清理。充填作業在回採工作面推進到最大控頂距時開始進行，隨著充填的進行逐步拆管，回收支柱。

風力充填

以壓縮空氣為動力，將充填材料沿充填管路輸送到採空區進行充填，也稱壓氣充填。與機械充填相比，風力充填的充填體緻密、充填能力大、系統簡單易行。風力充填的主要裝置是風力充填機，分固定式、半固定式和移動式三種。目前，國外還有在風力充填機上裝配破碎機和壓氣機的，整套裝置裝在平板車或平臺上。在採用前進式回採時，可將掘進的矸石直接充填到巷道旁。風力充填除充填機外，還要有空氣壓縮機、充填管和供水管、灑水等裝置。風力充填所用的空氣壓縮機要求風量大、風壓適當、體積小、重量輕、充填管耐磨效能好。由於風力充填系統簡單，能直接用井下矸石破碎後進行充填，在適宜的條件下可以採用。

機械充填

大多用於非煤礦山。由地表或地下采集的乾式充填料，用礦車、帶式輸送機等運至礦塊充填天井溜入採場，然後用電耙或自行車輛分佈充填料。這種充填工藝沉縮率大，生產效率低，應用日益減少。

膠結充填

在充填料中摻有膠凝物質如水泥等，主要用於非煤礦床地下開採。膠結充填體強度大，穩固性好，能更好地支撐圍巖，保證安全回採礦柱，防止岩層垮落和移動；改善不穩固和複雜礦體的開採條件，顯著降低礦石損失率和貧化率（可降到5％以下）;但水泥用量大，成本高。常用的膠結物是水泥。骨料可就地取材，如天然砂礫、爐渣、尾砂或碎磨砂、石等均可使用。充填料用機械或水力管道輸送。若要求充填體強度大，例如做下向分層膠結充填法的底板時，水泥與尾砂的比例達1:4～1:5。在一般情況下，水泥和尾砂的比例為1:8～12，有的達1:30。提高水泥膠結充填砂漿的輸送濃度，可以提高充填體強度。目前膠結砂漿濃度(重量)多為60～65％。有的礦山採用自重加泵送的措施，可使濃度達72～78％。尾砂膠結系統主要有以下兩種：