基本信息
- 項目名稱：
- 煤礦條帶充填綠色開采模式
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 綠色開采是減少采煤對環(huán)境的破壞，為此就要形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開采技術(shù)。條帶充填開采方法是礦區(qū)綠色開采技術(shù)中的重要組成部分，是一種比較新穎的開采方法。對于消除地面矸石山、提高煤炭資源回收率、實現(xiàn)礦區(qū)資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的意義。本文主要研究條帶充填開采的充填工藝、充填材料及充填設備，同時分析條帶充填開采的社會效益、環(huán)境效益以及經(jīng)濟效益。
- 詳細介紹：
- 目錄 前 言 3 1. 膏體充填開采方法的基本理論 4 1.1 膏體充填開采方法 4 1.2充填體的作用機理及性能分析 5 1.3 充填法開采地表沉陷的影響因素 7 2. 條帶充填開采工藝設計 8 2.1 充填試驗區(qū)概況 8 2.2 材料制備 8 2.3 充填設備 10 2.4 充填工藝流程 10 3 效益分析 12 3.1 社會環(huán)境效益分析 12 3.2 經(jīng)濟效益分析 12 4 總結(jié) 13 參考文獻 14 摘 要 綠色開采是減少采煤對環(huán)境的破壞，為此就要形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開采技術(shù)。條帶充填開采方法是礦區(qū)綠色開采技術(shù)中的重要組成部分，是一種比較新穎的開采方法。對于消除地面矸石山、提高煤炭資源回收率、實現(xiàn)礦區(qū)資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的意義。本文主要研究條帶充填開采的充填工藝、充填材料及充填設備，同時分析條帶充填開采的社會效益、環(huán)境效益以及經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞：條帶充填；綠色開采；煤矸石 前 言 我國煤炭資源分布甚廣，不但廣大平原地區(qū)、丘陵、山區(qū)的地下蘊藏著豐富的煤炭資源，而且一些城市和村鎮(zhèn)建(構(gòu))筑物下、鐵路下、水體下(簡稱“三下”)也滯壓著大量的煤炭資源，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止2005年底，我國國有重點煤礦“三下”壓煤的可采儲量137.9億噸，其中建筑物壓煤可采量達到87.6億噸，而村莊壓煤占建筑物壓煤的60%。大量的資源呆滯，不僅影響了煤炭企業(yè)對資源的開發(fā)利用，而且增加了開發(fā)難度，開采布局不合理，縮短了礦井服務年限，嚴重制約了煤炭資源的可持續(xù)發(fā)展，甚至影響了某些煤炭企業(yè)的生存。因此，合理的解決“三下”采煤問題，對緩解能源緊張，提高礦井的服務年限以及發(fā)展地方經(jīng)濟都具有重大意義。 煤礦膏體充填作為煤礦綠色開采技術(shù)體系之一，是21世紀解決“三下”采煤最具發(fā)展前途的核心技術(shù)。此項技術(shù)的出現(xiàn)將有力緩解老礦井資源開采受限，提高煤炭資源采出率，改善礦山安全生產(chǎn)條件，實現(xiàn)不搬遷采煤，解放村莊建筑物下、鐵路下、水體上下煤炭資源，同時又將資源開采和環(huán)境保護融為一體，是煤炭工業(yè)貫徹落實科學發(fā)展觀、實現(xiàn)綠色采礦的重要舉措，但是由于采用充填開采不可避免地增加了采煤費用，滯后了此項技術(shù)的推廣。所以，針對目前煤礦全部膏體充填增加的噸煤成本高、充填工作量大及充填材料有限等問題，提出了煤礦膏體條帶充填開采技術(shù)，在減少開采成本的同時又滿足充填所起到的效果。 條帶充填開采技術(shù)原理是：采用條帶充填體置換條帶開采留設的煤柱，只要保證未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷跨距，覆巖主關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，且充填條帶能全部承擔上覆巖層的巖重并保持長期穩(wěn)定，就可有效控制地表沉陷。 1. 膏體充填開采方法的基本理論 1.1 膏體充填開采方法 根據(jù)采煤工作面采空區(qū)膏體充填程度、充填地點和工作面布置方式的不同，膠結(jié)充填開采可歸納為以下三種方法： （1）全采全充法 每一個回采工作面都采用膏體充填開采，隨著回采工作面向前推進，在直接頂板尚未垮落之前，即用膠結(jié)性固體廢物膏體材料把工作面后方的采空區(qū)全部充填起來，其充填量和充填范圍與采出煤量大體一致，它完全靠采空區(qū)充填體支撐上覆巖層控制開采沉陷，如圖1.1所示。 圖1.1全采全充法示意圖 （2）短壁間隔充填法 采煤工作面布置成短壁條帶工作面開采，每兩個短壁開采條帶安排一個工作面后方全部采用膠結(jié)性固體廢物膏體充填，另外一個工作面采用一般的垮落法管理頂板。各個工作面的開采順序如圖1.2中數(shù)字所示。短壁開采條帶之間保留窄煤柱，形成一個以膏體充填體、關(guān)鍵層、窄煤柱構(gòu)成的支撐體系，控制覆巖和地表變形。短壁間隔充填法是一種部分充填方法，充填量較少，有利于降低充填成本，一般適用于基巖較厚的薄及中厚煤層條件。 短壁間隔充填法的優(yōu)點是減少了充填材料用量，采空區(qū)充填體構(gòu)筑方便。其缺點是工作面搬家頻繁，生產(chǎn)效益較低，對充填體的力學性能參數(shù)要求相對較高，另外由于條帶工作面推進速度快，要求充填體能夠快速凝固并及時支撐頂板。 圖1.2短壁間隔充填法示意圖 （3）長壁間隔充填法 圖2.3為長壁間隔充填法示意圖，該方法指采用長壁工作面開采，隨著工作面推進，在工作面后方用膠結(jié)性的固體廢物膏體材料構(gòu)筑數(shù)個沿工作面推進方向的充填條帶，充填條帶之間的空間不充填或部分充填。長壁間隔充填法也是一種部分充填方法，支撐體系為充填體、關(guān)鍵層。 長壁間隔充填法的優(yōu)點是減少了充填材料用量，減少了工作面搬家次數(shù)，生產(chǎn)效益較高。其缺點是采空區(qū)充填體構(gòu)筑復雜，對充填體的力學性能參數(shù)要求相對較高。 圖2.3長壁間隔充填法示意圖 1.2充填體的作用機理及性能分析 （1）充填體的作用機理 煤層采出之后,地下形成采空區(qū),把充填物填入采空區(qū)后形成充填體。充填體充滿或接近充滿采空區(qū),它不只是簡單的支撐結(jié)構(gòu)被動地承受載荷,而是地層的一種介質(zhì),與地層形成共同體,并參與系統(tǒng)的共同作用。在充填體-煤柱-圍巖系統(tǒng)中,充填體主要具有應力支撐、側(cè)限作用功能,這2項功能可增強系統(tǒng)穩(wěn)定性,如圖1.1所示。 q—上覆巖層載荷 圖1.1充填體作用分析 （1）支撐作用 充填體直接充填接頂或上覆巖層沉降接頂后,使得充填體發(fā)揮被動抗體的支撐作用。充填體支撐作用將部分應力轉(zhuǎn)移到充填體本身,減少了條帶煤柱應力。充填體的存在改變了煤柱應力值及受力狀態(tài),減小采區(qū)周圍巖層漸進破壞。 （2）側(cè)限作用 條帶開采中由條帶煤柱支撐上覆巖層,在上部載荷的作用下,煤柱將產(chǎn)生變形,形成側(cè)向位移,充填體充填后,使煤柱側(cè)向的自由面轉(zhuǎn)變?yōu)榧s束面,煤柱側(cè)向變形受到限制,從而起到維護煤柱穩(wěn)定性的作用。在圖1.1中,直觀說明了充填作用使煤柱所受垂直應力拱形分布狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪睉︸R鞍型分布狀態(tài),從而提高了充填條帶開采系統(tǒng)的穩(wěn)定性。充填體支撐作用,減少了煤柱垂直應力;充填體充填增加煤柱側(cè)向應力,改變了煤柱的受力狀態(tài),由垂直應力拱形分布轉(zhuǎn)變?yōu)轳R鞍型分布,增強了煤體承受能力。 （2）充填體的性能分析 1）充填體的早期強度 膏體充填體的早期強度實際上就是充填體從澆筑、凝結(jié)固化至準備下一班充填作業(yè)拆掉隔離墻這一段時間內(nèi)水化產(chǎn)生的強度，也就是充填體能夠保持自立、不發(fā)生垮塌所需要的強度。剛充入工作面的料漿凝結(jié)固化后的充填體的強度由于比較低，一般在直接頂跨距達6~20 m后，直接頂開始垮落，所以其并沒有對上覆巖層起支撐作用，對于全采全充法，此時的采場頂板靠煤壁與采空區(qū)后方已經(jīng)具有一定強度的充填體共同支護，而部分充填法采場頂板靠充填體或窄煤柱與充填體共同支撐。 在設計充填體早期強度時，不考慮膠結(jié)充填體支撐采場圍巖的力學作用，將充填體視為一自立性人工礦柱。充填體要保持自立，必須滿足兩個方面的要求：強度條件和抗沖擊條件。首先，充填體只有達到一定的強度后，方可保持自立，不會出現(xiàn)垮落；其次，當充填體受到?jīng)_擊后，必須具有足夠的抗沖擊能力，才不至于被沖垮。 2)充填體的后期強度 垮落法處理采空區(qū)，隨著工作面的推移，上覆巖層移動、破壞，將會出現(xiàn)“三帶”，即垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。全部充填法處理采空區(qū)則不同，采空區(qū)上覆巖層只會出現(xiàn)裂隙帶和彎曲下沉帶。此種情況下，上覆巖層中對地表沉陷其主要控制作用的關(guān)鍵層不會發(fā)生錯動破段。充填體作為一支護載體，支護上覆巖層的重量為直接頂至關(guān)鍵層之間巖層的重量，此時充填體的強度應大于上覆巖層所施加的載荷。另外還應該具有較高的彈性模量，充填在載荷作用下產(chǎn)生的應變較小，頂板下沉量小。合理的充填體強度應既能保證工作面的安全生產(chǎn)，又能充分降低充填開采的成本。 3）壓縮率 壓縮率是指充填體經(jīng)過一定時間壓縮后，其壓縮的高度與原充填高度之比。膏體凝結(jié)固化形成充填體后，作為支撐體支護上覆巖層，此時的充填體在上覆巖層的載荷作用下必須具有較小的沉縮率，從而減少因充填體受外載作用產(chǎn)生壓縮變形導致的工作面頂?shù)装逡平浚蛊淠軌虺浞职l(fā)揮充填開采對地表沉陷的控制效果。充填體的壓縮率影響上覆巖層的活動規(guī)律。壓縮率越大，巖層的穩(wěn)定期越長，巖層的活動范圍和活動程度越大，因而越不利于巖層的穩(wěn)定性控制。 充填體的壓縮與充填材料的顆粒級配、充填料漿的泌水率和充填體的體積模量等因素有關(guān)。提高充填體的體積模量需要提高充填體的強度，充填體的強度和充填成本是相互制約的兩個方面，可以在兩個因素的博弈中找到一個合適的充填體強度以及對應的充填成本。充填料漿應具有很好的保水性能，也即泌水率較小，這樣就不致于在外載荷的作用下，充填體的水受壓滲透出來。具有良好的級配是配制膏體料漿時的必要前提，只有這樣才能保證料漿的穩(wěn)定性，才能從根本上降低由于顆粒級配不好、孔隙多造成受外載荷作用而產(chǎn)生的充填體的壓縮率。從有利于頂板穩(wěn)定和控制其下沉量小于允許范圍考慮，壓縮率應控制在3%以內(nèi)。 1.3 充填法開采地表沉陷的影響因素 地下開采就會引起地表的移動。充填開采可以有效的控制地表沉陷，但也不能完全控制采空區(qū)上覆巖層的變形、移動和破壞。因為充填總是滯后采煤進行的，這就不可避免的會引起一定的沉陷乃至破壞，因此了解和控制引起下沉的因素對“三下”采煤是至關(guān)重要的。 通過理論分析和充填開采的實踐可以總結(jié)出，其影響因素可從三個方面考慮，即下沉量因素、壓縮量因素和巖性因素。分析考慮時列出下面的六個具體影響參數(shù)：S1為充填前的頂板下沉量；S2為充填欠接頂量；S3為充填體壓縮量； S4為頂板壓縮量；S5為底板浮煤壓縮量；S6為底板壓縮量。 這六個因素中按性質(zhì)不同分為兩部分，即下沉量因素、壓縮量因素，其中S2可看作下沉量的因素，因為未充滿的欠接頂量會直接導致頂板的下沉；S3為充填體壓縮量，與其本身的強度和圍巖的壓力有關(guān)，而頂板、底板和浮煤的壓縮量與頂?shù)装宓膸r性有關(guān)，應根據(jù)實際情況具體確定其影響大小。它們都屬于壓縮量因素。此外，特定的地質(zhì)條件下，還存在巖性因素，而此時它有可能成為主要因素之一。當上覆巖層中存在關(guān)鍵層時得考慮關(guān)鍵層的破斷下沉對地表的影響，充填要控制住主關(guān)鍵層的下沉，進而達到控制地表沉陷的要求。當?shù)V區(qū)有深厚表土層覆蓋時，還要考慮土層固結(jié)和地表水下降引起的地表下沉。 2. 條帶充填開采工藝設計 2.1 充填試驗區(qū)概況 充填試驗區(qū)在山東汶南煤礦的61303工作面。工作面位于-650水平六采區(qū)最下部，是六采區(qū)的一個下山工作面，西至5#勘探線，南至-650西大巷保護煤柱，下至F15斷層，東至-650西大巷保護煤柱和F15斷層。工作面上限標高-641m，下限標高-733.2m。工作面走向長1150m，傾斜寬70m~220m，平均180m。去除輔助下山煤柱、六采石門和六采運煤上山煤柱，可采儲量24萬t，13層煤容重為1.32t/m3。 工作面煤層厚1.49~1.83m，平均1.62m；煤層中上部含炭質(zhì)砂巖夾矸0~1層，厚0~0.36m，平均0.20m，凈煤厚1.42m；煤層變異系數(shù)r=9.24%，煤層的可采性指數(shù)Km=1，屬穩(wěn)定煤層，煤層傾角平均10°。 2.2 材料制備 充填材料是由煤矸石、水泥、粉煤灰、添加劑組成，充填體濃度高，屬于流動性能好的膏體材料。充填骨料為破碎后的煤矸石，膠凝材料為普通硅酸鹽水泥，管道輸送性能改良劑為粉煤灰和減水劑。 要求混凝土有可泵性，即在泵壓作用下，混凝土能在輸送管道中連續(xù)穩(wěn)定地通過而不產(chǎn)生離析，它取決于拌合物本身的和易性。在實際應用中和易性往往根據(jù)塌落度來判斷，塌落度越小，和易性也越小，但塌落度太大又會影響混凝土的強度，因此，一般認為18-20cm較合適，具體值要根據(jù)泵送距離、氣溫來決定。 1) 水泥：要求選擇保水性好、泌水性小的水泥，一般選硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥，但由于其水化熱較大不宜用于大體積混凝土工程，摻入粉煤灰不僅對降低大體積混凝土的水化熱有利，還能改善砼的粘塑性和保水性，對泵送也是有利的。由于水泥砂漿起到潤滑管道和傳遞壓力的作用，水泥用量對可泵性非常重要。用量過少，混凝土和易性差，泵送阻力大，因此煤礦膏體混凝土充填的水泥用量一般為150-300kg/m3。 2) 骨料：骨料的種類、形狀、粒徑和級配對泵送混凝土的性能有很大影響，必須予以嚴格控制。 粗骨料的最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比宜為1：3（碎石）或1：2.5（卵石），另外要求骨料顆粒級配盡量理想。細骨料的細度模數(shù)為2.3-3.2，粒徑在0.315mm以下的細骨料所占的比例不應小于15%，最好 達到20%，這對改善可泵性非常重要。 3)摻合料--粉煤灰：粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)的混合材料，主要是燃煤電廠、冶煉、化工等行業(yè)排放的固體廢物。粉煤灰在礦山充填中發(fā)揮著重要作用，其意義不僅是保護環(huán)境，更重要的是能替代部分水泥，有效的改善水泥的應用性能。大量的粉煤灰與水泥在礦山的混合應用，促進了對粉煤灰以及粉煤灰與水泥之間的相互作用的研究。大量的資料已經(jīng)證明，粉煤灰可以提高水泥的流動度，并能改善水泥的工作性能，因此在進行膏體配比試驗之前要了解粉煤灰的物理化學特性。 汶南煤礦利用井下產(chǎn)生的矸石廢料經(jīng)破碎達到粒度≤30mm后，和水泥、粉煤灰加水攪拌混合后制成膠結(jié)充填體。通過對不同的材料配比的單軸抗壓強度試驗分析，確定了最佳的配比方案，達到充填強度及成本控制的要求。其試驗方案見表2.1。 表2.1充填材料配比方案 序號 灰矸比 灰粉比 1m3充填料材料用量/kg 單軸抗壓強度/Mpa 水 水泥 粉煤灰 矸石料 3d 7d 28d 1 1:12 2:1 130 100 50 1200 0.66 1.45 2.86 2 1:12 1:1 130 100 100 1200 0.65 1.49 3.01 3 1:12 1:2 140 100 200 1200 0.67 1.56 3.96 4 1:10 2:1 130 100 50 1000 1.06 2.01 2.96 5 1:10 1:1 140 100 100 1000 1.03 1.98 3.06 6 1:10 1:2 130 100 200 1000 1.10 1.99 3.52 7 1:9 2:1 140 100 50 900 1.23 2.20 2.90 8 1:9 1:1 130 100 100 900 1.23 2.23 3.26 9 1:9 1:2 140 100 200 900 1.19 2.43 3.35 10 1:8 2:1 130 100 50 800 1.16 2.58 3.31 11 1:8 1:1 130 100 100 800 1.26 2.95 3.45 12 1:8 1:2 140 100 200 800 1.30 3.02 3.65 通過對試驗確定的單軸抗壓強度對比以及考慮到充填成本的因素，確定選用方案8，即水、水泥、粉煤灰、矸石廢料的配合比例為 1.3:1:1:9。不過由于礦山井下充填條件多變，制約因素復雜，在制定材料配合方案時，還要結(jié)合具體的材料條件和工藝過程。同時礦山所積累的應用經(jīng)驗相當有用，可以借鑒類比。 2.3 充填設備 根據(jù)充填工藝的要求，工作面所選擇的主要充填設備包括: ①HBM80/16型輸送泵:輸送量60-80比；輸送距離:垂直30Om，水平1000m； 骨料顆?！?0mm，功率11OkW。 ②JS1000攪拌機兩臺:生產(chǎn)能力55-65m3/h，單機功率30kw。 ③PCS1200破碎機一臺:生產(chǎn)能力90-120m3/h，功率110kw。 ④輸送管:輸送能力120m3/h，由Ф159mm的無縫鋼管連接。 ⑤上料皮帶機一臺:功率11kw，可承受壓力大于25MPa。 2.4 充填工藝流程 根據(jù)試驗情況，擬采用以下充填工藝流程方案：掘進工作面產(chǎn)生的矸石經(jīng)運輸皮帶轉(zhuǎn)載到2.2t礦車內(nèi)，2.2t礦車經(jīng)西大巷運至六采輔助下山上部車場，卸至矸石倉內(nèi)。矸石經(jīng)K-2型給料機和SD型排矸皮帶卸至PCS1200型碎石機喂料口，碎石機將矸石粉碎至顆?！?0mm，矸粉及顆粒通過YDB一11型給料皮帶輸送機進入JS1000型攪拌機加水、粉煤灰充分攪拌成膠結(jié)體，與水泥漿充分混合攪拌后，再用溜槽溜至HBM80—16型矸石輸送泵，經(jīng)直徑 159mm管路充填入采空區(qū)。工藝流程為： 掘進矸石 2.2t雙底卸式礦車 矸石倉 排矸皮帶 碎石機 矸石攪拌機 溜槽 輸送泵 輸送管 采空區(qū)。 充填工藝流程如圖2.2所示。 圖2.2充填工藝流程圖 3 效益分析 3.1 社會環(huán)境效益分析 條帶充填開采解決了井下矸石提升到地面堆積占用大量耕地的問題，消除了矸石帶來的環(huán)境問題，改善煤礦的生態(tài)環(huán)境。采空區(qū)充填后，可避免地表變形，解決了重要建筑物和重要設施下的“三下”開采問題，增加了煤炭資源回收率，延長礦井服務年限。 3.2 經(jīng)濟效益分析 (l)每礦車(lm3)矸石由迎頭運至矸石山的總排矸費用為48.43元，每礦車(lm3) 矸石由迎頭轉(zhuǎn)運至61303工作面充填費用36.23元，每礦車砰石排至地面比充填到采空區(qū)的費用高122元。每天出矸量按540m3/d計算，矸石不上井，每年節(jié)約運輸提升費用12.2元/m3x540m3/dx339d=217萬元。 (2)條帶充填開采有效地控制了上覆巖層的運動，降低了采場的礦山壓力，從而可有效降低工作面的支護費用，與不充填相比，工作面節(jié)約柱梁鞋300套，減少了設備費用17.85萬元。 (3)工作面上方有六采石門、六采運煤上山下段及六采變電所，為保護巷道，在巷道兩側(cè)需為其留設各95m的保護煤柱，按煤柱走向252m，傾斜長度為205m計算，煤柱儲量為9.6萬t，通過矸石充填可以將這部分煤柱置換出來，按煤炭價格500元/t計算，可增加經(jīng)濟效益4800萬元。 (4)矸石不升井，減少了矸石占地面積，減少了對環(huán)境的污染取得了巨大的社會效益。原矸石每年占地費用和設備費用為50萬元，而矸石不升井后按節(jié)省80%計算就會節(jié)省40萬元。 (5)按充填試驗材料配比，每lm3的充填空間充填材料的用量分別為：水200kg、水泥100kg、矸石1500kg、粉煤灰50kg。按每天充填194.5m3的空間計算，每天消耗水泥19.5t，按當前425#硅酸鹽水泥的價格310元/t計算，則每年充填所需水泥成本為19.5x330x310=199.5萬元。本次計算為將水和粉煤灰的成本計算在內(nèi)。 通過以上分析，通過矸石膠結(jié)充填以后，可以實現(xiàn)的經(jīng)濟效益為： 217+17.85+4800+40-199.5=4875.35萬元。 4 總結(jié) 條帶充填綠色開采是解決煤礦開采造成的環(huán)境問題，控制沉陷，實現(xiàn)村莊等建筑物不搬遷條件下的煤炭資源的開采、提高采出率以及提高開采上限等技術(shù)難題的有效技術(shù)途徑，是固體廢物無害化、減量化、資源化，處理與處置的行之有效的一種手段，是綠色開采體系的一個重要組成部分。通過實驗研究我們得到以下結(jié)論： （1）通過現(xiàn)場礦壓觀測研究得出，經(jīng)過充填以后，有效的控制了上覆頂板的運動，使工作面沒有明顯的初次來壓現(xiàn)象，周期來壓較為緩和，說明采空區(qū)的矸石充填體充分發(fā)揮了其支撐效能，具有較好的支護效果。 （2）解決了矸石山占用大量耕地的問題，改善了煤礦生態(tài)環(huán)境，控制了地表變形，可以減少巷道掘進工程量、采煤工作面搬家次數(shù)和地表沉陷，提高了煤炭資源回收率，可以實現(xiàn)的經(jīng)濟效益為4875.35萬元，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。 參考文獻 [1] 錢鳴高.綠色開采的概念與技術(shù)體系[J].煤炭科技，2003，(4):1-3 [2] 錢鳴高，繆協(xié)興，許家林，等.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2003. QIAN Minggao，MIAO Xiexing，XU Jialin，et al.The key strata theory in ground control[M].Xuzhou:China University of Mining&Technology Press，2003. [3] 許家林，朱衛(wèi)兵，李興尚，賴文奇.控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術(shù)研究[J].采礦與安全工程學報，2006，23(1):6-11 [4] 劉同有.充填采礦技術(shù)與應用[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2001. [5] 王有俊.矸石直接充填及其效益分析[J].遼寧工程技術(shù)大學學報，2003，22(1):70-71. [6] 代建四. 煤礦充填開采的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新導報，2010，NO.18:60-61. [7] 張吉雄，繆協(xié)興等.建筑物下條帶開采煤柱研石置換開采的研究[J].巖石力學與工程學報，2007.26(l):2687一2693. [8] 閆少宏,張華興.我國目前煤礦充填開采技術(shù)現(xiàn)狀[J].煤礦開采,2008(3). [9] 張元功,董鳳寶.城鎮(zhèn)建筑群下矸石充填開采新技術(shù)的研究與實踐[J].煤礦開采,2008(1):31233,841.
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：解決目前煤礦開采地表沉陷問題和煤柱資源的浪費問題 基本思路:1.由于煤礦“三下”壓煤問題，大量煤炭資源得不到有效利用，因此本課題以條帶充填綠色開采方式解決煤礦“三下”壓煤問題。根據(jù)煤礦具體實際情況，設計合理的充填開采方法。2.利用充填開采方法解決地表下沉，置換建筑物下的保護煤柱，使煤炭資源得到有效的利用。同時由于充填材料的有限性，采用條帶充填開采方式開采“三下”壓煤，以降低充填成本。
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題采用以覆巖運動為核心的礦山壓力理論體系為指導，建立采場結(jié)構(gòu)力學模型，設計采空區(qū)條帶充填寬度及充填體間距，實現(xiàn)了有效控制覆巖下沉的目標，同時節(jié)省了充填材料，減少了充填時間，提高了充填效率和經(jīng)濟效益。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 條帶充填開采解決了井下矸石提升到地面堆積占用大量耕地的問題，消除了矸石帶來的環(huán)境問題，改善煤礦的生態(tài)環(huán)境。采空區(qū)充填后，可避免地表變形，解決了重要建筑物和重要設施下的“三下”開采問題，增加了煤炭資源回收率，延長礦井服務年限。
學術(shù)論文摘要
- 綠色開采是減少采煤對環(huán)境的破壞，為此就要形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開采技術(shù)。條帶充填開采方法是礦區(qū)綠色開采技術(shù)中的重要組成部分，是一種比較新穎的開采方法。對于消除地面矸石山、提高煤炭資源回收率、實現(xiàn)礦區(qū)資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的意義。本文主要研究條帶充填開采的充填工藝、充填材料及充填設備，同時分析條帶充填開采的社會效益、環(huán)境效益以及經(jīng)濟效益。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 該作品針對我國煤礦存在的實際問題，解決了建筑物下壓煤問題，達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有推廣前景。
參考文獻
- [1] 錢鳴高.綠色開采的概念與技術(shù)體系[J].煤炭科技，2003，(4):1-3 [2] 錢鳴高，繆協(xié)興，許家林，等.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2003. QIAN Minggao，MIAO Xiexing，XU Jialin，et al.The key strata theory in ground control[M].Xuzhou:China University of Mining&Technology Press，2003. [3] 許家林，朱衛(wèi)兵，李興尚，賴文奇.控制煤礦開采沉陷的部分充填開采技術(shù)研究[J].采礦與安全工程學報，2006，23(1):6-11 [4] 劉同有.充填采礦技術(shù)與應用[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2001. [5] 王有俊.矸石直接充填及其效益分析[J].遼寧工程技術(shù)大學學報，2003，22(1):70-71. [6] 代建四. 煤礦充填開采的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新導報，2010，NO.18:60-61. [7] 張吉雄，繆協(xié)興等.建筑物下條帶開采煤柱研石置換開采的研究[J].巖石力學與工程學報，2007.26(l):2687一2693. [8] 閆少宏,張華興.我國目前煤礦充填開采技術(shù)現(xiàn)狀[J].煤礦開采,2008(3). [9] 張元功,董鳳寶.城鎮(zhèn)建筑群下矸石充填開采新技術(shù)的研究與實踐[J].煤礦開采,2008(1):31233,841.
同類課題研究水平概述
- 十九世紀末，德國在埃森礦區(qū)的充填試驗標志著世界上建筑物下采煤技術(shù)的興起。一百多年來，逐漸發(fā)展形成了包括充填開采、條帶開采、房柱式開采、離層區(qū)注漿、聯(lián)合開采、協(xié)調(diào)開采等一系列建筑物下采煤方法。 目前充填開采在金屬礦應用較多,技術(shù)相對成熟,可以為煤礦的充填開采提供相應的借鑒。煤礦采空區(qū)充填開采技術(shù)在波蘭、德國應用較多,充填材料通常是河砂、煤矸石和電廠粉煤灰。其中以水砂充填技術(shù)應用最多。20世紀60年代,我國撫順勝利礦采用偽傾斜上行水砂充填長壁采煤法成功地開采了工廠保護煤柱。但由于水砂充填采煤工藝復雜且成本較高,在我國煤礦沒有得到推廣應用。為了克服水砂充填存在泌水、需要建立復雜的隔排水系統(tǒng)等問題,20世紀80年代初國外發(fā)展了膏體充填技術(shù)。膏體充填技術(shù)的優(yōu)點是:充填料制作成不泌水的牙膏狀漿體,在較低流速情況下也能夠正常地泵送,提高了充填效率。 20世紀80年代后期撫順礦務局借鑒國外的經(jīng)驗,在我國首次采用離層注漿減緩地表下沉的試驗取得了成功,此項技術(shù)引起了我國從事開采沉陷及“三下”采煤的專家和工程技術(shù)人員的重視,先后在新汶華豐煤礦、兗州東灘煤礦、開灤唐山煤礦等進行了離層注漿減緩地表沉降現(xiàn)場試驗,取得了一定的成效。進入到21世紀,充填技術(shù)在不斷改造與創(chuàng)新的過程中得到發(fā)展與進步。從20世紀70～80年代開始,膠結(jié)充填、膏體充填、高水速凝材料固結(jié)充填相繼試驗成功并開始在煤礦使用。
