中國平煤十一礦研究團隊開發(fā)出矸石與膏體協(xié)同充填技術(shù)，旨在解決深井開采引發(fā)的地表沉降與含水層破壞問題。該技術(shù)通過交替鋪設(shè)壓實矸石與水泥基膏體提供地下支撐，模擬計算顯示可將頂板Zui大位移降低72%，有望回收鄭堯高速下方約465萬噸受限煤炭資源。

傳統(tǒng)垮落法在嚴(yán)格沉降控制區(qū)域易引發(fā)巖層變形與地下水通道，導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施受損及資源無法開采。針對該挑戰(zhàn)，研究團隊設(shè)計了全自動機械化充填系統(tǒng)。皮帶輸送機將矸石運入采空區(qū)，液壓支架內(nèi)置搗固裝置進行壓實；泵送管道系統(tǒng)輸送由矸石、粉煤灰、水泥和水混合而成的膏體作為Zui上層，以改善頂板接觸并減少懸空區(qū)域。該系統(tǒng)采用兩級接力泵送，Zui大水平輸送距離可達7480米，垂直落差達990米。

實驗室測試表明，矸石顆粒級配對充填體變形影響顯著。連續(xù)級配且級配指數(shù)為0.5的矸石相比隨機級配，體積應(yīng)變降低了38%，證明優(yōu)化粒徑分布可提升密實度與抗壓能力?；贔LAC3D軟件的三維數(shù)值模擬進一步驗證了協(xié)同充填的優(yōu)勢：與傳統(tǒng)非協(xié)同垮落法相比，協(xié)同充填將頂板Zui大位移降至139.5毫米（降幅約72%），應(yīng)力平臺區(qū)擴大25%，頂板Zui大拉應(yīng)力降低63%。系統(tǒng)充填率達到98%，有效實現(xiàn)了載荷在充填體、圍巖與煤柱間的協(xié)調(diào)傳遞。

為期12個月的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果相互印證。實際開采期間，地表Zui大沉降量約為20毫米，建筑物裂縫寬度控制在1至2毫米以內(nèi)。研究指出，該方法通過機械壓實、膏體填充及協(xié)同傳力機制，顯著改善了深井地面控制效果。相關(guān)已于《科學(xué)報告》（Scientific Reports）。作者同時提示，后續(xù)需開展長期蠕變行為、地震響應(yīng)、充填材料重金屬浸出風(fēng)險及膏體密封耐久性的評估，以驗證其在不同地質(zhì)條件下的廣泛適用性。

資料來源：AZoMining；原文發(fā)布日期：2026-10-29。本文為資料編譯。