煤矿胶结充填材料性能需求设计

本书针对煤矿胶结充填材料性能需求设计进行系统阐述。内容包括煤矿胶结充填开采技术进展、煤矿胶结充填材料输送与力学性能、胶结充填料浆屈服应力和分层指数等管输性能指标、煤矿胶结充填管道输送性能需求设计方法、煤矿胶结充填体早期强度需求与标定方法、胶结充填体后期强度需求及其对采空区充实率的影响机制、煤矿胶结充填材料配比超目标优化方法以及工程实例等。

本书是一本专注煤矿胶结充填材料性能需求研究的著作，可供煤矿开采、固废利用、材料科学等领域的科技工作者、工程技术人员、教师、研究生和本科生阅读参考，也可作为高等院校采矿工程及相关专业的教学参考书。

我国经济的快速发展离不开基础能源的支撑，富煤缺油少气的先天条件决定了煤炭占据能源结构的主导地位。复杂多变的国际形势，更加凸显煤炭作为我国能源安全压舱石的作用。在今后很长的时间里，我国以煤炭为主的能源布局将保持不变。当前，我国超过3/4的煤炭产量来源于地下开采，而煤炭地下开采会导致地表沉陷、地下水系破坏、固体废弃物排放等一系列环境问题，煤炭的绿色开采面临巨大挑战。充填开采技术将固体废弃物充填至井下采空区支撑覆岩，阻止地下采空空间向上发育，从而减缓覆岩移动变形和地表沉陷、减少固废地面排放、降低采矿造成的生态损害，是一种绿色开采技术。

经过多年发展，胶结充填已成为煤矿充填开采技术的一个重要分支，在中国、澳大利亚、加拿大等国家乃至世界范围内得到广泛应用。胶结充填材料由骨料、胶凝材料和水按照一定配比拌和制备而成，以料浆的形式通过管道输送至井下进行充填，料浆在胶凝材料的作用下固化，在采空区形成具有良好承载性能的胶结充填体。煤矿胶结充填开采的全周期可以划分为料浆制备、料浆输送、井下充填、岩层控制四个阶段，前两个阶段主要关注胶结充填料浆的输送性能，后两个阶段主要关注胶结充填体的力学性能。

长期以来，胶结充填开采全周期过程中，什么样的充填料浆可以输送？胶结充填体的强度需要多高？煤矿胶结充填材料的配比如何确定？这三个问题直接困扰着煤矿胶结充填开采的推广应用。一方面，充填料浆的输送性能和力学性能在一定程度上是矛盾的，输送性能好的材料往往力学性能不足；另一方面，充填材料的性能与充填成本和效率密切相关，而成本和效率又是当前制约胶结充填技术发展的主要因素。因此，煤矿胶结充填材料的全周期性能需求设计是亟需解决的关键问题。

胶结充填开采技术原理图

充填体受力分析

本书共七章，针对煤矿胶结充填材料性能需求设计进行较为系统的研究和讨论。研究煤矿胶结充填材料力学与输送性能，从料浆稳定和输送工艺角度分析管道条件对充填料浆管输性能的需求，形成胶结充填料浆管道输送性能需求设计方法；提出以自稳强度为核心的充填体凝结时间标定方法，分别从巷式和壁式两种工艺需求出发设计充填体早期强度；阐明煤矿胶结充填开采充实率的科学内涵，揭示胶结充填体强度对采空区充实率的影响机制，形成充实率控制导向的胶结充填体后期强度动态设计理论；基于NSGA-Ⅲ遗传优化算法建立超目标优化计算模型，提出满足全周期性能需求的充填材料配比动态调控方法；分别针对综采长壁胶结充填和巷式胶结充填工程实例，进行具体条件的充填材料全周期性能需求设计和配比优化。

充填料浆管道输送性能需求设计流程

充填区域胶结充填体动态强度需求

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本文摘编自《 煤矿胶结充填材料性能需求设计 》（邓雪杰 著. 北京：科学出版社，2025.3）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

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