基于建筑物下开采的采空区膏体充填技术.pdf

收稿日期 20090506 作者简介 曹继生 1972- , 男, 黑龙江勃利人, 工程师, 从事生产技术工作。 doi 10 . 3969/.j issn. 1005- 2798. 2009. 08. 015 基于建筑物下开采的采空区膏体充填技术 曹继生 七台河煤业集团 胜利煤矿, 黑龙江 七台河 154600 摘 要 文章主要阐述了七煤集团公司胜利煤矿矿井地质状况及相关参数, 特别是建筑物下开采的采空区 膏体充填能力的确定, 充填膏体材料使用量, 充填站设备选择等技术问题。 关键词 建筑物下; 膏体充填; 采空区; 煤矸石 中图分类号 TD823 . 83 文献标识码 B 文章编号 1005 27982009 08 004102 目前我国煤矿的 三下 压煤量为 133 . 5亿 , t 其中建筑物下压煤量为 78 . 2亿 , t 约占整个压煤量 的 61 。很多矿区建筑物下压煤量占到矿区可采 储量的 40 以上, 这些压煤量严重制约着矿区的生 产和可持续发展。随着对煤炭资源回收率要求的提 高, 如何解决建筑物下压煤的开采问题成为困扰煤 炭企业的重要课题之一。七台河矿业精煤集团胜利 煤矿一采区十二井的煤炭资源多为建筑物下压煤, 在如何采出建筑物下压煤又不破坏建筑物的前提 下, 是亟待解决的问题。 1 膏体充填技术简介 煤矿采空区回填采用膏体充填是一种新兴的煤 矿开采模式, 是为适应解决 三下一上 采煤资源的 开采, 及煤炭资源采出率的提高、 保护生态环境而提 出的。 以矸石为骨料的膏体固态废弃物充填开采技术 是一种新的充填开采方法, 主要是采用煤矸石、 粉煤 灰、 炉渣、 河沙或城市固体垃圾等固体废弃物, 辅以 胶结材料在地面加工制成无临界流速、 与水相融、 不 沉淀、 具有良好泵送性能, 可以在低速管道输送的膏 状浆体, 利用充填泵通过管道输送到井下, 及时充填 采空区, 形成以膏体充填体为主的覆岩支控体系, 有 效控制地表开采沉陷在建筑物允许值范围内, 保护 地面建筑物不受破坏, 提高煤炭资源采出率, 改善矿 山安全生产条件, 实现不搬村开采, 解放建筑物下、 铁路下、 水体下的煤炭资源, 保护矿区生态环境, 并 使煤矿固体废弃物得以资源化。 2 矿井地质情况及相关参数 七台河矿业精煤集团胜利煤矿一采区十二井设 计开采 91层, 井田范围北起 110 m 标高, 南至 - 80 m标高, 东至 F11断层, 东西走向长 1 200 m, 南 北倾斜宽 900m, 矿区面积 1 . 04 km 2。 91层煤层平均厚度为 0 . 56 m, 煤层倾角 10 14 , 煤层为单倾斜煤层, 发育较稳定, 煤种属于 1/3 焦煤。煤层顶、 底板均为粉砂岩。 91层资源储量 82 . 22万 , t 可采储量 69 . 89万 t 。该矿井主提升井 470 m, 付井长度 400 m。 3 充填能力的确定 91层煤层工作面落煤方式为炮采。设计工作 面长度 100 m, 日采煤推进步距为 2 . 4 m, 采高为 0 . 56 m。则每天可充填采空区容积 V 100 ∀ 2 . 4 ∀ 0 . 56 134 . 4m 3, 每天产量 134 . 4 ∀ 1 . 35 181 t 按原煤密度 1 . 35t/m 3 计 。年产量 181 t/d ∀ 330 d ∀ 0 . 9 53 757 t/ a 5 . 4万 t/a , 因每天所需充填膏 体 134 . 4m 3, 考虑到顶板较破碎, 所以每推进 1 . 2m 进行一次充填。则 每次充填所需膏体 134 . 42 67 . 2 m 3, 选用 50泵 泵送能力为 50 m3 /h, 每次充 填时间为 67. 2 50 1 . 3 h , 膏体凝固到上强度 达 到标准硬度 时间为 8 h。则在不考虑安装隔离墙 的前提下, 每个充填循环时间为 8 1 . 3 9 . 3 h 。每 天两个循环, 充填时间为 9. 3 ∀2 18 . 6 h。 4 充填膏体材料使用量 充填膏体推荐采用 GH 固化剂 水泥作为粘结 剂, 另添加矸石、 粉煤灰和水, 质量浓度设 计为 81 , 此种混合膏体可泵时间为 2. 5 h, 初始坍落度 200 mm, 凝固后 8 h龄期强度能达到 0 . 684 MPa , 16 h 龄期后能达到 1. 811MPa 。 按上述配方, 每立方米充填体含水泥 157 kg、 GH 固化剂 33 kg、 粉煤灰 420 kg、 矸石 950 kg、 水 350 kg 。 41 实用技术总第 118期 91层煤层 炮采 原材料日需求量见表 1 。 表 191层煤层 炮采 原材料日需求量 项目参数数值 工作面开采参数 工作面长度 /m100 采高 /m0 . 56 煤层密度 / t∃ m- 31 . 35 平均日推进度 /m2 . 4 日煤炭产量 / t∃ d- 1181 年工作日 / d∃ a- 1 330 年煤炭产量 /万 t∃ a- 1 5 . 4 充填量 系统充填能力 / m3∃ h- 1 50 日充填量 / m3∃ d- 1 134. 4 日充填班次 /班2 班充填量 /m3/班 67. 2 班有效充填时间 /h1 . 3 日有效充填时间 /h2 . 6 年充填量 /万 m3∃ a- 14 . 4 材料配比 矸石 / kg∃ m- 3950 粉煤灰 / kg∃ m- 3420 水泥 / kg∃ m- 3157 GH固化剂 / kg∃ m- 333 水 / kg∃ m- 3350 膏体原材料日使用量 每天充填 2 . 6 h 矸石 / t∃ d- 1127 粉煤灰 / t∃ d- 156. 5 水泥 / t∃ d- 1 21. 1 GH固化剂 / t∃ d- 1 4 . 4 水 / t∃ d- 1 47 5 充填站主要设备的选择 1 圆筒仓中, 日需求量 21 . 1 4 . 4 25 . 5 t/d ; 日需求体积 25 . 51 . 44 17 . 8 m 3 /d水泥的堆积 密度约为 1. 44 t/m 3 。按筒仓设计为 3 d缓冲时 间, 选筒仓容积为 50m 3。此筒仓命名为胶结料仓。 2 粉煤灰单独放置于另一筒仓, 日需求体 积 56 . 51 . 08 52 . 3 m 3 /d粉煤灰的堆积密度约 为 1. 08 t/m 3 。按筒仓设计为 3 d缓冲时间, 选筒 仓容积为 150 m 3。此筒仓命名为粉煤灰仓。 3 矸石缓冲仓。矸石日需求体积 127 1 . 3 97 . 7 m 3 /d , 矸石每小时需求体积 97. 7 2 . 6 37. 6m 3 /h矸石的堆积密度约为 1 . 3 t/m 3 。因有 破碎系统持续供给成品矸石, 所以矸石缓冲仓缓冲 能力设计为 1 h , 即矸石缓冲仓容积设计为 40m 3。 4 缓冲蓄水池。水日需求量 471 47 m 3 /d , 小时需水量 47 2 . 6 18 m 3 /d 。因由水泵持续给 蓄水池供水, 所以缓冲蓄水池缓冲能力设计为 1 h, 即缓冲蓄水池容积设计为 20 m 3。 5 主要设备。 破碎机。每小时矸石需求 量 1272 . 6 48 . 9 t 。按照破碎能力两倍实际求 量设计, 选取生产能力为 120 t/h的锤式破碎机, 型 号 D1 250 ∀ 1 250 , 出料粒径 20 mm, 破碎能力为 120 t/h 1 . 3 92 m 3 /h 。∋ 振动筛。按照工艺流程, 振动筛要同时承担原料矸石喂料斗运过来的矸石和 破碎机运过来的矸石, 选取处理能力为 150m 3 /h , 筛 孔尺寸为 20 mm, 型号 YK1236圆振动筛。 胶带 输送机。按照需求能力, 输送能力设计为 120 t/d 。 振动给料机。按照需求能力, 振动给料机给料能 力设计为 110 t/d 。∗ 充填泵。按照需求能力, 每小 时充填 50m 3 /h , 选取 HBMG- 50/16- 132煤矿用 混凝土泵。 6 充填管路。充填管路选取直径 150 mm 的 通天专用耐磨管, 长度为 1 500 m。 充填工艺 检查准备 管道充水 灰浆推水 膏体推灰浆充填 管道清洗 充填工作结束。 6 结 语 煤炭资源的开发对经济的发展和进步起到巨大 的作用, 解放 三下 煤量是我国煤炭行业面临的重 大研究课题, 也是绿色开采体系中的重要内容之一。 巷道与采空区充填开采能较好地解决 三下 压煤 和其它煤柱呆滞资源, 并且能安全回收常规方法无 法采出的煤炭, 提高煤炭资源采出率, 实现矸石零排 放、 减轻塌陷灾害, 同时缓解矿山压力和岩层移动, 提高矿井安全水平。 参考文献 [ 1] 徐永圻. 煤矿开采学 [M ]. 徐州 中国矿业大学出版 社, 1999. [ 2] 金连生, 牟金锁. 建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱 留设与压煤开采规程 [M ]. 北京 煤炭工业出版社, 2000 . [ 3] 陈炎光, 钱鸣高. 中国煤矿采场围岩控制 [M ]. 徐州 中国矿业大学出版社, 1994. [ 4] 邹友峰, 邓喀中, 马伟民. 矿山开采沉陷工程 [M ] . 徐 州 中国矿业大学出版社, 2003. [ 5] 李凤明. 覆岩离层产生的条件及注浆减沉的可控因素 [ J] . 煤矿开采, 2001 2. [责任编辑 魏晋英 ] 上接第 26页 是目前国内最先进的采煤技术, 如何 促使其发挥最大优势并确保高产高效是矿井关注的 课题。五阳煤矿作为一个老矿, 近年来在巷道布置 和支护方面作了初步的探索, 并取得了一定的成绩, 值得进一步推广。 [责任编辑 魏晋英 ] 42 2009年 8月 曹继生 基于建筑物下开采的采空区膏体充填技术 第 18卷第 8期