煤矿膏体充填开采技术与应用.pdf

学学 术术 报报 告告 会会 20102010年年6 6月月1212日日淮北淮北 常常 庆庆 粮，周粮，周 华华 强强 （中国矿业大学（中国矿业大学/ /煤炭资源与安全开采国家重点实验室）煤炭资源与安全开采国家重点实验室） 学学 术术 报报 告告 会会煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 提纲 1 1 膏体充填发展背景膏体充填发展背景 2 2 膏体充填控制岩层移动特征膏体充填控制岩层移动特征 3 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 4 4 海孜矿膏体充填开采基本考虑。海孜矿膏体充填开采基本考虑。 学学 术术 报报 告告 会会 1 膏体充填发展背景膏体充填发展背景 □□ 膏体充填定义膏体充填定义 所谓膏体充填指的是把物料制作成“无临所谓膏体充填指的是把物料制作成“无临 界流速、不需脱水”的膏状浆体，通过泵压和界流速、不需脱水”的膏状浆体，通过泵压和/ / 或重力作用，经过“管道输送”到采场，适时或重力作用，经过“管道输送”到采场，适时 充填采空区的方法。充填采空区的方法。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 1 膏体充填发展背景膏体充填发展背景 □□ 膏体充填定义膏体充填定义 煤矿膏体充填料浆是一种利煤矿膏体充填料浆是一种利 用矸石、粉煤灰等固体废物制作用矸石、粉煤灰等固体废物制作 的特殊低成本泵送“混凝土”、的特殊低成本泵送“混凝土”、 特殊“砂浆”。特殊“砂浆”。 煤矿膏体充填站可以布置在煤矿膏体充填站可以布置在 地面，也可以布置在井下。地面，也可以布置在井下。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 1 膏体充填发展背景膏体充填发展背景 □□ 煤矿膏体充填目的煤矿膏体充填目的  解放“三下一上”压煤，提高采出率，解放“三下一上”压煤，提高采出率， 延长矿井服务年限；延长矿井服务年限；  保水采煤；保水采煤；  固体废物资源化利用；固体废物资源化利用；  沿空留巷与实现沿空留巷与实现Y型通风。型通风。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 1 膏体充填发展背景膏体充填发展背景 □□ 充填技术发展阶段充填技术发展阶段 代表性技术代表性技术膏体充填膏体充填充填目的充填目的提高采出率，减沉提高采出率，减沉 第四阶段第四阶段 （（20世纪世纪80年以后）年以后） 代表性技术代表性技术胶结充填胶结充填充填目的充填目的提高采出率，减沉提高采出率，减沉 第三阶段第三阶段 （（20世纪世纪6070年代）年代） 代表性技术代表性技术水砂充填水砂充填充填目的充填目的减沉，控大面积来压减沉，控大面积来压 第二阶段第二阶段 （（20世纪世纪4060年代）年代） 代表性技术代表性技术干式充填干式充填充填目的充填目的处理废弃物处理废弃物 第一阶段第一阶段 （（20世纪世纪40年代以前）年代以前） 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 1 膏体充填发展背景膏体充填发展背景 □□ 膏体充填的技术优势膏体充填的技术优势 （（1 1））膏体充填体压缩率最低，减沉效果好。膏体充填体压缩率最低，减沉效果好。 （（2 2）膏体充填采煤采出率高、适用范围广。）膏体充填采煤采出率高、适用范围广。 （（3 3）膏体充填体密实好，无明显漏风，可有效防治）膏体充填体密实好，无明显漏风，可有效防治 采空区自燃发火和实现沿空留巷无煤柱开采。采空区自燃发火和实现沿空留巷无煤柱开采。 （（4 4）膏体充填材料管道输送效率高。）膏体充填材料管道输送效率高。 （（5 5）膏体料浆不沉淀、不泌水、不离析，管道输送）膏体料浆不沉淀、不泌水、不离析，管道输送 可靠。可靠。 （（6 6）同等强度下胶结料用量少，材料费用低）同等强度下胶结料用量少，材料费用低。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 2 膏体充填控制岩层移动原理膏体充填控制岩层移动原理 □□ 煤矿膏体充填面采充关系煤矿膏体充填面采充关系 煤煤 层层 支支 架架 隔隔 离离 墙墙 待待 充充 区区 充充 填填 体体 充充 填填 体体 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 太平煤矿膏体充填太平煤矿膏体充填  太平煤矿充填开采条件太平煤矿充填开采条件 太平煤矿核定生产能力太平煤矿核定生产能力60万万t/a，主采，主采3煤层厚度煤层厚度7.49.0 m，煤层顶板基岩薄，表土层厚，基岩上方为第四系底强，煤层顶板基岩薄，表土层厚，基岩上方为第四系底强 含水层，具有突水溃砂危险。试验工作面平均基岩厚度含水层，具有突水溃砂危险。试验工作面平均基岩厚度 10.9 m，最薄，最薄5.7 m，无底粘。，无底粘。 试采区域条件下，利用传统条带开采采出率只有试采区域条件下，利用传统条带开采采出率只有10。。 采用膏体充填，分层开采，面长采用膏体充填，分层开采，面长180 m，采高，采高2.2 m，沿空，沿空 留巷无煤柱开采，采出率提高到留巷无煤柱开采，采出率提高到80以上。以上。 实测顶板导水裂缝带高度实测顶板导水裂缝带高度24 m，， 提高开采上限。提高开采上限。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 太平煤矿膏体充填太平煤矿膏体充填 孔 号孔 号基岩厚度基岩厚度粘土厚度粘土厚度孔 号孔 号基岩厚度基岩厚度粘土厚度粘土厚度 09-122.7011-111.70 09-219.7011-212.30 09-318.2011-38.60 09-417.7011-47.40 09-511.4011-57.00 09-612.4011-610.20 09-714.2011-714.20 09-812.81.811-85.70 09-921.22.911-96.80 09-1020.52.511-1014.70 09-1112.80.3511-1115.20 09-1212.31.411-1216.60 平均平均16.3平均平均10.9 表表3 3 太平煤矿膏体充填面顶板基岩厚度表太平煤矿膏体充填面顶板基岩厚度表/m/m 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 太平煤矿膏体充填太平煤矿膏体充填 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 朱村煤矿膏体充填朱村煤矿膏体充填  煤层及顶底板条件 煤层及顶底板条件 一5煤 L5灰 奥灰岩 L2灰 54采区煤层覆岩条件采区煤层覆岩条件 一一5煤厚煤厚1.34 m 埋深埋深199246 m L5灰厚灰厚1.62.6 m 距距L2灰灰15.820.5 m L2灰厚灰厚4.89.4 m 距奥灰距奥灰37.958.8 m L2灰、奥灰水位灰、奥灰水位73.683.6 m 一一5煤底板标高煤底板标高-100 -150 m 水压达到水压达到1.72.4 MPa 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 朱村煤矿膏体充填朱村煤矿膏体充填 充填效果充填效果 已开采已开采4个工作面，通过个工作面，通过实测，地表下沉系数为实测，地表下沉系数为0.1 采出率提高到采出率提高到98以上以上 实现了先进式开采实现了先进式开采 实测底板破坏深度小于实测底板破坏深度小于4m 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例   朱村矿膏体充填工艺系统朱村矿膏体充填工艺系统 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填 ◆◆ 岱庄煤矿开采条件岱庄煤矿开采条件 设计能力设计能力150万万t/a，核定能力，核定能力300万万t/a。 主采 。 主采3上 上煤层， 煤层，平均厚度平均厚度2.66 m，煤层倾角，煤层倾角6 ； 地面标高 ； 地面标高39.5m，生产水平，生产水平-410 m ，，采深采深450m； 表土层厚度 ； 表土层厚度240～～260 m，，煤层上覆基岩厚度煤层上覆基岩厚度≥90m。。 ◆◆ 岱庄煤矿面临的问题岱庄煤矿面临的问题 建筑物压煤十分严重，井田内建筑物压煤十分严重，井田内78个村，村庄压煤占全部可 采储量的 个村，村庄压煤占全部可 采储量的80 。 条带开采虽然能够不迁村采煤，但是，采出率不足 。 条带开采虽然能够不迁村采煤，但是，采出率不足50， 丢失大量宽度 ， 丢失大量宽度5070 m条带煤柱，矿井难以持续发展。条带煤柱，矿井难以持续发展。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填  曾经尝试“二次膏体充填法”曾经尝试“二次膏体充填法” 条带煤柱留窄煤柱采前从沿空掘进的回采巷道钻孔向 两侧条带采空区进行第一次膏体充填； 条带煤柱回采过程中，滞后工作面一定距离向本工作 面采空冒落区进行第二次膏体充填。 条带煤柱留窄煤柱采前从沿空掘进的回采巷道钻孔向 两侧条带采空区进行第一次膏体充填； 条带煤柱回采过程中，滞后工作面一定距离向本工作 面采空冒落区进行第二次膏体充填。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 3 膏体充填典型实例膏体充填典型实例 □□ 岱庄煤矿膏体充填岱庄煤矿膏体充填 大步距隔离全部膏体充填法大步距隔离全部膏体充填法 条带煤柱面每推进条带煤柱面每推进45 m，才沿工作面作隔离墙，然 后对所隔离封闭的采空区进行全部充填。试验初期充填步 距控制在 ，才沿工作面作隔离墙，然 后对所隔离封闭的采空区进行全部充填。试验初期充填步 距控制在34 m。 充填材料采用 。 充填材料采用-25 mm矸石、粉煤灰和中国矿大矸石、粉煤灰和中国矿大SL胶 结料与矿井水；充填站布置在地面，膏体管道泵送下井。 研制专门具有隔离功能的充填液压支架，工作面充填 管整体前移技术，缩短充填准备时间。 胶 结料与矿井水；充填站布置在地面，膏体管道泵送下井。 研制专门具有隔离功能的充填液压支架，工作面充填 管整体前移技术，缩短充填准备时间。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 4 海孜矿膏体充填开采基本考虑海孜矿膏体充填开采基本考虑  海孜矿煤炭开采条件海孜矿煤炭开采条件  火成岩火成岩煤层上覆存在巨厚火成岩（煤层上覆存在巨厚火成岩（110170m）。）。  煤层煤层可采煤层为可采煤层为7、、8、、9、、10煤层。其中，煤层。其中，7、、8、、9为高为高 瓦斯突出煤层。瓦斯突出煤层。  先采下组煤（瓦斯治理）先采下组煤（瓦斯治理）。。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 4 海孜矿膏体充填开采基本考虑海孜矿膏体充填开采基本考虑  海孜矿煤炭开采面临的问题海孜矿煤炭开采面临的问题  煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出  顶板动力灾害顶板动力灾害  突水灾害突水灾害  地表沉陷地表沉陷  压煤严重压煤严重 火成岩的离层、弯曲火成岩的离层、弯曲 以及破断有关以及破断有关 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 4 海孜矿膏体充填开采基本考虑海孜矿膏体充填开采基本考虑  膏体充填的基本方案膏体充填的基本方案  充填工作面全采全充，最大限度地减少覆岩层变形、阻充填工作面全采全充，最大限度地减少覆岩层变形、阻 止其破断。止其破断。  采用部分充填，利用火成岩关键层作用，充填体是关键采用部分充填，利用火成岩关键层作用，充填体是关键 层必须的“支座”。层必须的“支座”。  充填体宽度满足长期稳定要求设计。充填体宽度满足长期稳定要求设计。  采用分体式充填支架，应用专用胶结料，实现“采采用分体式充填支架，应用专用胶结料，实现“采 煤煤充填充填采煤采煤充填”高效充填模式。充填”高效充填模式。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 4 海孜矿膏体充填开采基本考虑海孜矿膏体充填开采基本考虑  膏体充填目标膏体充填目标 采出率采出率9090 。。 地表建筑物地表建筑物90 90 在在 I I 级极轻微损害范围内，级极轻微损害范围内， 最严重者不超过最严重者不超过 II II 级。级。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 4 海孜矿膏体充填开采基本考虑海孜矿膏体充填开采基本考虑  膏体充填系统投资与周期膏体充填系统投资与周期 投资投资860万万1.2亿。亿。 关键设备充填泵价格（德国）关键设备充填泵价格（德国）500万万2600万万 ，充填支架（，充填支架（2万万/t）） 周期一年左右，最少要周期一年左右，最少要10个月。个月。 地质勘探；土建设计；土建施工；设备安装；地质勘探；土建设计；土建施工；设备安装； 充填调试。充填调试。 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用 学学 术术 报报 告告 会会 周华强周华强常庆粮常庆粮 电话电话13605207913 电话电话13952231484 邮箱邮箱hqiangzhou邮箱邮箱zkdcql 煤矿膏体充填开采技术与应用煤矿膏体充填开采技术与应用