煤礦膠結充填材料性能需求設計

本書針對煤礦膠結充填材料性能需求設計進行系統闡述。內容包括煤礦膠結充填開采技術進展、煤礦膠結充填材料輸送與力學性能、膠結充填料漿屈服應力和分層指數等管輸性能指標、煤礦膠結充填管道輸送性能需求設計方法、煤礦膠結充填體早期強度需求與標定方法、膠結充填體后期強度需求及其對采空區充實率的影響機制、煤礦膠結充填材料配比超目標優化方法以及工程實例等。

本書是一本專注煤礦膠結充填材料性能需求研究的著作，可供煤礦開采、固廢利用、材料科學等領域的科技工作者、工程技術人員、教師、研究生和本科生閱讀參考，也可作為高等院校采礦工程及相關專業的教學參考書。

我國經濟的快速發展離不開基礎能源的支撐，富煤缺油少氣的先天條件決定了煤炭占據能源結構的主導地位。復雜多變的國際形勢，更加凸顯煤炭作為我國能源安全壓艙石的作用。在今后很長的時間里，我國以煤炭為主的能源布局將保持不變。當前，我國超過3/4的煤炭產量來源于地下開采，而煤炭地下開采會導致地表沉陷、地下水系破壞、固體廢棄物排放等一系列環境問題，煤炭的綠色開采面臨巨大挑戰。充填開采技術將固體廢棄物充填至井下采空區支撐覆巖，阻止地下采空空間向上發育，從而減緩覆巖移動變形和地表沉陷、減少固廢地面排放、降低采礦造成的生態損害，是一種綠色開采技術。

經過多年發展，膠結充填已成為煤礦充填開采技術的一個重要分支，在中國、澳大利亞、加拿大等國家乃至世界范圍內得到廣泛應用。膠結充填材料由骨料、膠凝材料和水按照一定配比拌和制備而成，以料漿的形式通過管道輸送至井下進行充填，料漿在膠凝材料的作用下固化，在采空區形成具有良好承載性能的膠結充填體。煤礦膠結充填開采的全周期可以劃分為料漿制備、料漿輸送、井下充填、巖層控制四個階段，前兩個階段主要關注膠結充填料漿的輸送性能，后兩個階段主要關注膠結充填體的力學性能。

長期以來，膠結充填開采全周期過程中，什么樣的充填料漿可以輸送？膠結充填體的強度需要多高？煤礦膠結充填材料的配比如何確定？這三個問題直接困擾著煤礦膠結充填開采的推廣應用。一方面，充填料漿的輸送性能和力學性能在一定程度上是矛盾的，輸送性能好的材料往往力學性能不足；另一方面，充填材料的性能與充填成本和效率密切相關，而成本和效率又是當前制約膠結充填技術發展的主要因素。因此，煤礦膠結充填材料的全周期性能需求設計是亟需解決的關鍵問題。

膠結充填開采技術原理圖

充填體受力分析

本書共七章，針對煤礦膠結充填材料性能需求設計進行較為系統的研究和討論。研究煤礦膠結充填材料力學與輸送性能，從料漿穩定和輸送工藝角度分析管道條件對充填料漿管輸性能的需求，形成膠結充填料漿管道輸送性能需求設計方法；提出以自穩強度為核心的充填體凝結時間標定方法，分別從巷式和壁式兩種工藝需求出發設計充填體早期強度；闡明煤礦膠結充填開采充實率的科學內涵，揭示膠結充填體強度對采空區充實率的影響機制，形成充實率控制導向的膠結充填體后期強度動態設計理論；基于NSGA-Ⅲ遺傳優化算法建立超目標優化計算模型，提出滿足全周期性能需求的充填材料配比動態調控方法；分別針對綜采長壁膠結充填和巷式膠結充填工程實例，進行具體條件的充填材料全周期性能需求設計和配比優化。

充填料漿管道輸送性能需求設計流程

充填區域膠結充填體動態強度需求

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本文摘編自《 煤礦膠結充填材料性能需求設計 》（鄧雪杰 著. 北京：科學出版社，2025.3）一書“前言”，有刪減修改，標題為編者所加。

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