充填(卷名：矿冶)
filling
用砂、石等材料充填采空区，形成充填体支撑顶板、围岩，防止和减少顶板垮落和变形，减轻工作面的压力，称充填采矿法或充填采煤法（见充填采矿法，壁式采煤法）。与长壁垮落采煤法相比，充填采煤法能：①有效地防止顶板垮落，减少地表下沉；②降低坑木消耗，可不留或少留护巷煤柱，提高回采率；③采空区充填体致密，不易漏风，开采厚煤层时，能防止自燃发火；④用厂矿的废弃尾矿、矸石或炉渣作充填材料时，有利于矿区环境保护；⑤减少采空区瓦斯涌出量。适用于：①三下采煤；②煤层顶板坚硬，不能用垮落法管理顶板；③特厚煤层；④有冲击地压危险和自燃发火倾向严重的煤层。缺点是：①要建立完整的充填系统，增加基建投资；②井下巷道系统复杂，充填工作费工费时，增高成本；③工作面充填工作复杂，效率低。方法有水力充填、机械充填、风力充填和胶结充填等几种。
水力充填 利用水压将充填材料通过管路输送到采空区充填。水力充填的材料要容易脱水、最大粒径小于管径的2/5、小于1mm的含量小于10％、来源充足、价格低廉。常用的有河砂、风化岩石、露天矿剥离物、洗选厂的尾砂和矸石、化工厂或冶炼厂的废渣或热电厂的粉煤灰等。水力充填的水源由设在注砂井附近的地面贮水池以自然压头供给。充填材料先经贮砂和水砂混合系统加水混合成砂浆，再经砂浆输送系统输送到采空区。一般都利用回风巷道铺设管路。充填管管径150～200mm，由钢、铁或硬质塑料等耐磨材料制造。砂浆借助自然压头或砂浆泵的压力输送。砂浆流速应大于临界速度（固体颗粒不沉积于管底的最小流速），通常为2～4m/s。充填废水先在沉淀池经过多次沉淀，排至地面贮水池供循环使用。沉淀池的污泥需定期清理。充填作业在回采工作面推进到最大控顶距时开始进行，随着充填的进行逐步拆管，回收支柱。
风力充填 以压缩空气为动力，将充填材料沿充填管路输送到采空区进行充填，也称压气充填。与机械充填相比，风力充填的充填体致密、充填能力大、系统简单易行。风力充填的主要设备是风力充填机，分固定式、半固定式和移动式三种。目前，国外还有在风力充填机上装配破碎机和压气机的，整套设备装在平板车或平台上。在采用前进式回采时，可将掘进的矸石直接充填到巷道旁。风力充填除充填机外，还要有空气压缩机、充填管和供水管、洒水等设备。风力充填所用的空气压缩机要求风量大、风压适当、体积小、重量轻、充填管耐磨性能好。由于风力充填系统简单，能直接用井下矸石破碎后进行充填，在适宜的条件下可以采用。
机械充填 大多用于非煤矿山。由地表或地下采集的干式充填料，用矿车、带式输送机等运至矿块充填天井溜入采场，然后用电耙或自行车辆分布充填料。这种充填工艺沉缩率大，生产效率低，应用日益减少。
胶结充填 在充填料中掺有胶凝物质如水泥等，主要用于非煤矿床地下开采。胶结充填体强度大，稳固性好，能更好地支撑围岩，保证安全回采矿柱，防止岩层垮落和移动；改善不稳固和复杂矿体的开采条件，显著降低矿石损失率和贫化率（可降到5％以下）;但水泥用量大，成本高。常用的胶结物是水泥。骨料可就地取材，如天然砂砾、炉渣、尾砂或碎磨砂、石等均可使用。充填料用机械或水力管道输送。若要求充填体强度大，例如做下向分层胶结充填法的底板时，水泥与尾砂的比例达1:4～1:5。在一般情况下，水泥和尾砂的比例为1:8～12，有的达1:30。提高水泥胶结充填砂浆的输送浓度，可以提高充填体强度。目前胶结砂浆浓度(重量)多为60～65％。有的矿山采用自重加泵送的措施，可使浓度达72～78％。尾砂胶结系统主要有以下两种：
立式砂仓法 砂浆与水泥或水泥浆一起加入搅拌器。胶结砂浆的流量和浓度由流量计和浓度仪测定，并通过自动控制系统进行调整（见图）。中国、加拿大、澳大利亚等矿山多采用这种方式。
秤量集料法 按充填体的作用选择配料比例。通过胶带电子秤事先控制尾砂量和水泥量，并用流量计测出供水量，然后在搅拌器中混合。瑞典矿山多用这种方式。
参考书目
冶金部长沙矿山研究院等编：《充填采矿法》，冶金工业出版社，北京，1978。
中国矿业学院等编：《采煤学》，下册，煤炭工业出版社，北京，1980。