本書針對煤礦膠結充填材料性能需求設計進行系統(tǒng)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(qū)充實率的影響機制、煤礦膠結充填材料配比超目標優(yōu)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(yè)的教學參考書。

我國經濟的快速發(fā)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(huán)境問題，煤炭的綠色開采面臨巨大挑戰(zhàn)。充填開采技術將固體廢棄物充填至井下采空區(qū)支撐覆巖，阻止地下采空空間向上發(fā)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(tài)損害，是一種綠色開采技術。

經過多年發(fā)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(qū)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(fā)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(tǒng)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(wěn)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(wěn)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(fā)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(qū)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(tài)設計理論；基于NSGA-Ⅲ遺傳優(yōu)化算法建立超目標優(yōu)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(tài)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(yōu)化。

充填料漿管道輸送性能需求設計流程

充填區(qū)域膠結充填體動態(tài)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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