似膏体充填水体下采煤技术实践.pdf

第 2 2卷第 7期 2 0 1 3年 7月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE Vo L 22，NO ．7 J u 1 ． 2 O l 3 采选 技 术 似 膏体 充填水体 下采煤技术 实践 黄玉诚，董 羽，段仲捷，邵磊昌，宋 楷 中国矿业 大学 北京 ，北 京 1 0 0 0 8 3 摘要 充填采煤法既能有效控制 开采沉 陷又可 提高煤 炭资源 回收率 ， 成为 近年来 “ 三 下” 建 筑物 下、 水体下 、 道路下 压煤开采 的有效方法和发展 方 向。结合公格 营子煤矿 水体下似膏 体充填采 煤技术 的 应用实践 ， 研究了充填 材料 的组成和配 比、 充填 系统和充填 采煤工艺 ， 分析 了水体下充 填采煤 的技 术效果 和经济效益 。实践表明 ， 充填效果 良好 ， 充填率达到 9 O 以上 ， 井下涌水量 由原 来的 3 5 0 m。 ／ h减少到现在 的 1 5 0 m。 ／ h ， 大大改善 了井下安全生产条件 ， 可解放煤 量 3 0 0 万 t 。 关键词 似膏体充填 ；水 体下采煤 ；采煤方法 中图分类号 T D 8 2 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 0 5 1 2 0 1 3 0 7 0 0 8 0 0 3 Pr a c t i c e o f t h e t e c h n o l o g y o f c o a l mi n i ng wi t h pa s t e - l i k e f i l l i ng u n d e r wa t e r HUANG Yu c h e n g，DONG Yu，DUAN Z h o n g j i e ，S HAO Le i- c h a n g，S ONG k a i Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y Be ij i n g ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3，Ch i n a Ab s t r a c t Fi l l i ng mi n i ng m e t ho d c a n e f f e c t i v e l y c o nt r ol t he mi ni ng s ub s i de n c e h ut a l s o i mp r o v e t he r e c ov e r y r a t e of c o a l r e s our c e s ．I n r e c e nt ye a r s， i t be c ome s t he e f f e c t i ve me t h od a n d d e ve l o p m e nt d i r e c t i o n of mi n i ng c oa l r e s our c e s u nde r bui l di ng s，wa t e r bo di e s a nd r o a ds ．Ba s e d on t h e a p pl i c a t i o n pr a c t i c e of t he t e c hn ol o gy of mi ni n g wi t h p a s t e l i ke f i l l i ng u nd e r wa t e r i n Go ng ge y i n g z i c oa l mi ne，t h e c o mpo s i t i on a n d pr op or t i on of f i l l i n g ma t e r i a l s， t he f i l l i ng s ys t e m a nd pr oc e s s we r e s t ud i e d．And t h e t e c h ni c a l e f f e c t s a n d e c o no mi c be n e f i t s of f i l l i ng mi ni ng u nde r wa t e r wa s a na l y z e d ．Th e pr a c t i c e i n di c a t e s t ha t ， t he f i l l i n g e f f e c t p e r f o r ms we l l ， t h e f i l l i n g r a t e i s a b o v e 9 0 ， a n d t h e u n d e r g r o u n d wa t e r i n f l o w r e d u c e s t O b e 1 5 0 m。 ／ h f r o m 3 5 0 m。 ／ h ． Th e c o a l mi n e p r o d u c t i o n s a f e t y c o n d i t i o n s h a v e b e e n g r e a t l y i mp r o v e d a n d 3 mi l l i o n t o n s o f c o a l r e s our c e s c a n b e l i be r a t e d ． Ke y wo r d spa s t e - l i ke f i l l i n g；mi n i n g u nde r wa t e r b od i e s； mi ni n g me t h od 公格营子矿地表标高 4 8 8 ． 1 2 ～4 9 1 ． 4 8之 问， 井 田东部 有老 哈河流 过 ， 表 土层厚 4 ～6 m， 下为 第 四 系 冲洪 积砂 层 ， 是 厚 度 2 0 ～2 3 m 的 强含 水 层 ， 为 孔 隙含水层 ， 是 该矿 的主要 含水 层 。主 采 6 煤 ， 埋 深 1 2 0 ～ 1 5 0 m， 均 厚 1 5 m， 倾 角 5 ～ 1 4 。 ， 顶 板 为砂砾 岩 ， 夹砂 岩 ， 无较好 的隔水 层 。由于 煤 矿水 文 地 质 条件 限制， 原设计按常规垮落法顶板管理方法， 留设 了大 量的煤柱_ 】 ] ， 这对提高资源的利用率和延长矿井年 限是极为不利 的。为了安全开采水体压煤， 同时又 提高资源回收率， 公格营子煤矿采用“ 似膏体充填技 术” 对水体下压煤进行开采 。 1 似膏体充填材料的组成 似膏体充填材料就是采用普通水泥或砂土固结 收稿 日期 2 0 1 2 1 2 - 2 7 作者简介 黄玉诚 1 9 6 6 一 ， 男， 博 士， 教授 ， 博士生导师 。从事充填 采矿和充填防灭火等的教学与科研工作。E - ma i l h y c c u mt b ． e d u ． c r l 。 材料做胶结剂， 碎煤矸石 、 矿山尾砂 或河砂等作骨 料 ， 骨料 中配 以 1 5 ～4 0 的 细粒 级 物料 如 粉 煤 灰 、 溢流 尾砂 等 ， 制 成 重量 浓 度 为 7 4 ～8 O ， 外 观近似 膏体一 样 的浆 体 ] 。 公格 营子 矿似 膏 体充 填 开 采 中 ， 采 用 普 通水 泥 作 为胶凝 材料 ， 骨料 的选择 是 因地 制宜 ， 在满 足充填 要求的前提下尽量选取低价或废弃物料， 以降低充 填成本 。骨料 主要包 括 ① 粗 骨料 ， 粒 度 为 ≤ 2 0 mm 的破碎煤 矸石 ； ② 细骨料 ， 主要是选 用 电厂粉煤 灰 。 经多次实验和优化， 最终确定的充填材料优化 配 比及抗 压强 度如 表 1 所 示 。 表 1 充填材料优化配 比强度性能 第 7 期 黄玉诚 ，等 似 膏体 充填水体 下采 煤技 术实践 2充填 系统 与工艺 2 ． 1 充填 能力 充填采煤设计生产能力为年产 3 0万 t ， 平均 日 产 9 0 0 t 。煤 的容 重 1 ． 4 t ／ m。 ， 则 日充填 量需 6 4 0 m。 。 充填 工作 时 间 8 h ， 充填设 计 能力 9 0 m。 ／ h 。 2 ． 2 充填 系 统构成 充填制备站设在工业广场南侧东部 ， 充填系统 主要设备和设施 ①双卧轴搅拌 机一 台， 搅拌 能力 1 2 0 m。 ／ h ； ②充填泵一台， 充填流量 9 0 m。 ／ h ， 额定压 力 1 5 MP a ； ③胶凝材料仓一座， 有效容积 1 0 0 t ； ④煤 矸石仓一座 ， 有效容积 6 0 0 t ； ⑤粉煤灰仓一座 ， 有效 容 积 2 0 0 t ； ⑥ 配套 钢 结构 一 套 。充 填 系 统 构成 如 图 1所示 。 4 1 一 煤 矸 石 仓 ； 2 - 皮 带 输 送 机 ； 3 - 胶 凝 材 料 仓 ； 4 - 粉 煤 灰 仓 ； 5 - 螺 旋 给 料机 ； 6 - 充填用 水 ； 7 - 卧式 搅 拌 机 ；8 - 充 填泵 ； 9 - 地 面 充 填 管路 ； 1 0 一 充填钻孔； 1 1 一 井下充填管路 ； 1 2 一 充填空 区 图 1 充填 系统示意 图 2 ． 2 ． 3 充填 工艺 充填工艺过程 将碎煤矸石、 粉煤灰、 胶凝材料 和 水按设 计 配 比用量 加 入 卧式 搅 拌 机 ， 经搅 拌 制 成 似膏体料浆后 ， 向充填泵受料斗下料 ， 经泵送通过充 填管路把似膏体料浆输送到井下充填工作面。充填 工 艺流程 如 图 2 所 示 。 3 工 作面 充填 采煤 主采 煤 层 6 煤 的均厚 达 到 1 5 m， 采用 分层充 填 开采的采煤方法 ， 每分层采高 2 m， 采空区全部充填 。 井下 充填 开采 首先 是 在 一 采 区进 行 ， 采 用 长 壁式 工 作面充填开采工艺 。工作 面走 向 3 5 0 m， 工作 面长 8 0 m， 倾角 1 2 。 ， 采高 2 ． 0 m， 支护采用 D z 一 2 2型单液 压 体 支 柱 和 n 型 钢 梁 ， 后 退 式 回 采 ， 循 环 进 度 0 ． 8 m， 日进度 2 ． 4 m。工 作 面充 填 步距 为 1 ． 6 ～ 2 ． 4 m， 充填次序为从下往上后退式分段充填 。 充填隔离墙构筑 工作面进行充填前， 首先必须 在工作面控顶区与待充填区之间构筑一道模板 隔离 墙 ， 形成一个“ 封闭” 的待充填空间。具体方法是 塑 料编制布紧贴临时支护靠工作面煤壁侧 的木 柱布 置 ， 其底 留出 3 0 0 mm 左右 的富裕 量， 底侧挖小沟卷 向空区侧 ， 用矸石或小木条使塑料编制布与工作面 底 板 紧帖 ， 防止充 填 时沿 隔离墙底 边泄 漏 ； 塑 料 编制 布隔离墙外侧靠贴紧打的单体液压支柱配合背板 固 定 ， 顶部设计留出 3 0 0 mm左右的富裕量 ， 使其 向内 折 ， 再利用浆液充满上顶之力使塑料编制布与顶板 贴 紧， 防止浆液从顶板泄漏 。工作面充填布置如 图 3所 示 。 r]r]r--1 r] l胶凝剂 l I粉煤灰 I l碎矸石 l l 水 l 螺旋输送机 l l 螺旋输送机 l l皮带机 I l 水泵 称量斗 l I称量斗 l I称量斗 l l称量斗 搅拌机 工 充填泵 工 地面管遣 工 钻孔 工 井下管道 图 2 充填 i艺流 程图 d z l I 。 。 ／ 3 ／ 1 一 充 填体 ； 2 - 临时木支柱 ； 3 - 背板 } 4 一 塑料编制布 ； 5 - 单体柱 ； 6 一 充填 管 图 3 工作面充填布置示意图 8 2 中 国 矿 业 第2 2 卷 工 作 面充填 技术 充 填 前 ， 先 用 清水 引流 ， 见 管 路终端 出水 后输 入充填料 浆 。充填料 浆 的输 送路 线 为 充填 制备 站一 地面 管路 一 钻 孔一 联 络巷 一 石 门 一 回风 大 巷一 区段 回风 巷 一 工 作 面 充 填 空 间 。井 上 、 井下 配置 电话 ， 根据充 填进度 与地 面联 系 。充 填 循环完成 ， 待滞留在管内的浆体流完后及时关闭管 路终端 出 口， 并用 清水 冲洗管路 。 4技 术经 济分析 4 ． 1 技术 效果 经 过近 3 0万 m。的充填 实 践表 明 ， 充 填体 的早 期强度 、 最终 强 度 和 整 体性 良好 ， 充 填 率 达 到 9 0 以上 ， 实现了预期效果。井下涌水量明显降低 ， 由原 来 的 3 5 0 m。 ／ h ， 减少 到现 在 的 1 5 0 m。 ／ h ， 大 大改善 了 井下安 全生 产条 件 ， 节 约 了井 下 排水 费 用 。地 表 岩 移观测结果表明， 地表沉降得到较好的控制 ， 和全部 垮落 法开采 相 比 ， 充填法 开采 的地表 下沉 比较轻 微 。 采用充 填法 开采地 表下沉 系数 约为 8 。 4 ． 2 经济效 益 经计算 ， 吨煤 成本净 增充 填费 用 4 2元 ／ t 。由于 充填 采煤法 的实施 ， 给企 业带来 了如下经济 效益 。 1 矿 原设 计 的 各种 防水 煤 岩 柱 压 煤量 6 0 0万 t ， 由于 采空 区实 施 了充 填 措 施 ， 初 步预 计 可 解 放 煤 量 3 0 0万 t ， 可创产值 6亿多元 ， 利税 2亿多元 ， 经济 效益 显著 。 2 采 用采 空 区充填 ， 有 效地 控制 了井 下 的涌 水 量 ， 节约排水 费用 6 0 0多万元 ／ a 。 3 该 矿周 围都 是 水浇 农 田 ， 使 用 充 填 开 采 后 ， 避免 了煤矿 塌 陷和煤 矸 石 占地 费 用 ， 节 约资 金 1亿 多元 。对农 业 的发展 和生态环 境保护 也起 到 了积 极 作用 。 5 结语 1 充填开采可以在保证安全生产条件下 ， 有效 开采井 田内的水体下压煤资源 ， 从根本上解决 了煤 矿水 体下开 采 的难 题 。 2 似 膏体充 填 应 用 于 水 体 下采 煤 的技 术 和 经 济效果 显著 ， 为公 格 营子 矿 大 幅度 提 高煤 炭 资 源 采 出率 、 延长 矿井 服务 年 限 、 保护 水体及 地表 村庄等 建 筑物 开创 了一条 安全有 效 的采 煤途径 。 3 改 善矿 区环境 ， 实现 矿 山绿色 开 采 。充 填 开 采能使 地表 沉 陷得 到有 效控制 。 保护地 表 自然环境 ； 充填开采将煤矸石、 粉煤灰等废弃物用于井下回填， 减少 了煤矸 石长期 堆存 ， 占用 大量土 地 ， 污染 大气 和 地下 水质 的环境 问题 。 1 参考文献 [1 ] 国家煤炭工业局[ G] ． 建 筑物、 水体、 铁路及 主要井 巷煤 柱 留 设与压煤开采规程． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [2 ] 国家安全生产监督 管理局 ， 国家煤矿安全监督局[ G] ． 煤矿防 治水规定． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [3] 黄玉诚 ， 孙恒虎 ， 时召兵 ， 等． 似膏体建筑物下采煤可行性探讨 E J ] 煤炭科学技术 ， 2 0 0 3 ， 3 1 1 0 5 l 一 5 3 ． 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 上接 第 7 6页 胶东 地 区各类地 质 资料 的管 理 ， 并 能根 据 坐 标在 地 图上进行标注 ， 从而实现地质资料的可视化管理， 增 强 与用户 的互动 ， 方便 查看 和操作 。 3 ． 9 首 次将 山东省基 础地 质和胶 东地 区地 质调查 、 矿 产勘查 等方 面的 多个 数 据 库集 群 到 “ 山东 省地 质 资料 集成 管理及 应用 服务 系统” 中 ， 进行 集 中管理 和 应 用服务 近年 来 ， 山东省 开 展 的 区域 地 质调 查 及 矿 产勘 查工作 ， 取得了大量的地质矿产成果资料。山东国 土资源资料档案馆利用丰富的馆藏资料优势和分管 山东省矿产资源登记统计 的优势， 首次将 1 5 0万 地理 图数据 库＼ 1 5 0万地 质矿 产 图数 据库 ＼ 成 果 地 质资料 目录数据库＼ 重力原平面等值线图数据库＼ 航 磁原平面化极等值线 图数据库＼ 金 银 元素地球化 学图数据库＼ 1 5 O万遥感构造解译图数据库＼ 1 5 万地 理底 图数据 库＼ l 5万 区域 地 质 图数 据 库 ＼ 钻 孑 L 数据库 ＼ 矿 山开发 利 用数 据 库＼ 储 量数 据 库 ＼ 航 磁 等值 线 图数据 库＼ 金 银 元 素地球 化学 图数据库 ＼ 试 点 区域地 质资 料档 案数 据 库集 群 到 “ 山东 省地 质 资 料 集成 管理及 应用 服务 系统” 中进行管 理和应 用 ， 促 进矿政管理的科学化和精细化。 1 参考 文献 [1 ] 邹礼卿． 地质资料信息服务集群化 产业化开启 [ J ] ． 国土 资源 导刊 ， 2 0 1 1 1 0 3 8 3 9 ． [ 2] 董建美． 六省市地质资料信息服务集群化 产业化试点调 查分 析E J 3 ． 中国矿业 ， 2 0 1 2 ， 2 1 4 1 7 - 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