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充填開采技術在突出礦井的應用

發布日期:2019-12-28  瀏覽次數:401
 摘 要:隨著科技的發展,以充填技術為代表的綠色技術正在被越來越多的企業青睞,如何充分利用這些技術的特點,怎樣才能達到高產高效,將是綠色技術推廣的一大障礙。

關鍵詞:關鍵詞:充填開采 工藝特點 經濟效益 
目前我礦受突出及沖擊地壓影響,各采面生產均受阻,為緩解我礦生產接替被動局面,保持生產穩定,下一步將研究充填開采技術,為了更好的了解綠色開采技術,我礦專門派技術人員到兄弟礦井考察學習,并將了解到的綠色開采技術做如下總結:
1.礦綠色開采技術的發展現狀
煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術,在基本概念上是從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源。 目前全國煤礦井下“三下”開采技術較為成熟的技術有離層注漿、條帶式開采、充填開采三種技術,其中離層注漿、條帶式開采技術不能有效控制地表下沉,充填開采是近期研究較多也是較好控制地表下沉的一種綠色開采技術。充填開采根據目前的研究來看,有超高水材料充填技術、似膏體自流充填技術、矸石充填技術三種。
2.幾種充填技術
(1)超高水材料充填技術
①充填工藝
充填工藝采用水力泵送掛包充填,基于充填材料的特點,充填工藝系統不需要復雜的前期材料加工與準備等環節,只需要管路、攪拌與泵送等系統就可以形成完整的充填系統。
②工藝特點
該材料由A、B料和A-A、B-B添加劑構成。該材料具有水用量超高,在充填固結體中固體粉料用量較少,可降低井下固體物料運輸量,特別適用于井下大體積空間諸如采空區的大型充填工程。該材料在水體積達95%~97%的情況下,仍可百分之百固結,且固結體不會收縮,能夠適于井下采挖工程空洞的充填工作。
(2)似膏體自流充填技術
①工藝介紹
該技術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。上述各料在攪拌桶中加水進行高速攪拌,形成高濃度的漿體沿充填鉆孔和管道自流輸送至待充填采空區進行充填。
②工藝特點
利用固體廢料煤矸石作為骨料,添加水泥、粉煤灰、減水劑,形成似膏體管道自流充填置換保安煤柱、仰斜充填采空區的大規模工業利用;具有顯著的技術優點:
a該技術實現了城鎮下煤柱開采時,形成似膏體管道自流充填置換保安煤柱、充填采空區的大規模工業利用,既解決了煤矸石地面堆放嚴重污染環境、占用土地的難題,又限制了巖層移動,提高了資源回收率,經濟效益、社會效益和環境效益顯著。
b所形成的膠結充填體濃度高,流動性能好,呈似膏體狀態,通過管道自流輸送到采空區,有效解決了采空區自然發火、老空水、底板水、有害氣體等隱患,又限制了巖層移動。
c首次提出充填開始時,先加粉煤灰、水泥、減水劑,形成高密度懸浮液后,再加入煤矸石的料漿制備程序,較好地解決了煤矸石在攪拌桶和管道中容易沉淀的技術難題。
(3)矸石充填技術
①工藝簡介
將地面矸石、粉煤灰、黃土等單一固體廢棄物或者幾種充填物以合適的比例混合后,通過井上下大垂深投料系統、井下運輸系統運至工作面,再通過充填開采輸送機充填到長壁工作面采空區內,由夯實機進行夯實,置換出煤炭資源,從而達到解放“三下”壓煤并控制覆巖運動及地表沉陷的目的。
②工藝特點
長壁綜采充填采煤技術充填系統相對簡單,機械化程度高,充填效果好,可處理的矸石、粉煤灰等固體廢棄物量大。
3.技術比較
目前全國較為成熟的充填開采技術中超高水材料充填技術前期及后期投入較多,只在炮采上應用成功,另外不能達到高產高效的要求;似膏體自流充填技術也只在炮采或高檔普采上應用成功,而矸石充填技術已經在綜采上成功應用。根據我礦的地質條件,能夠采用一次采全高綜采技術,不需分層開采。綜合以上因素,選擇矸石充填技術作為我礦綠色開采技術。
4.在我礦的應用
以高皇保護煤柱和工業廣場保護煤柱為例,將該技術在我礦進行了實踐應用。
①地質條件
煤層賦存穩定,該區段賦存己15煤層、己16-17煤層,己15厚度平均3.3米,己16-17煤層平均厚度1.5米,傾角8°左右,區段煤層圈定儲量99.4萬噸,其中己15煤層儲量73.2萬噸,己16-17煤層儲量26.2萬噸,該區段受f2斷層影響,f2斷層在該區段東面分叉,落差0~30米,其中一段將該區段煤層分開。
②技術條件
a開采煤層頂底板工程地質特征:己15煤層原始煤體直接頂為厚約3.2米的砂質泥巖,老頂為厚約12.5米的灰白色砂巖及粉砂巖,底板厚約0.7米深灰色泥巖和厚約 6.0灰色砂質泥巖及細沙巖;再下為厚約1.8米的己16-17煤。
b瓦斯:本區域無煤與瓦斯突出危險。
c煤塵:煤塵具有爆炸危險性。
d煤的自燃:煤層自燃發火期為3~6個月,為自燃煤層。
e地溫:地溫無異常。
③經濟效益
經過精心核算,整個充填工藝所耗費用包括:開采設備投入費用,約合2238.2萬元,合8.181元/t;充填開采工程費用,約合990.2萬元,合2.4755元/t;增加工人費用15.667元/t;地面變形的補償費用19.229元/t。綜上分析可知,充填開采增加成本為:8.181+2.4755+15.667+19.229=45.553(元/t)。兩塊段采面(高皇保護煤柱布置三個己15煤層采面,工廣保護煤柱布置兩個己15-17上分層采面)可采出112.9萬噸,噸煤成本301.15元,噸煤售價542.4元(參照我礦2011年平均數據),扣除成本及賠償后經濟效益總額112.9×(542.4-301.15-45.553)=22094.19(萬元)。
參考文獻:
[1]杜計平.采礦學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2009
[2]劉同有.充填采礦技術及應用[M].北京:冶工業出版社,2010

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