孔庄煤矿2.4Mta新井设计【含CAD图纸+文档】
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专题部分浅析采空区充填技术摘要:介绍了国内外采空区充填工艺现状,总结了传统矿山采空区充填工艺的特点。对我国充填采矿现状和充填采矿的种类进行了分析,对充填技术的应用前景进行了展望。关键词:采空区;充填开采 1 引言 煤炭是我国的主要能源, 在一次能源的生产和消费结构中, 煤炭约占70%, 在未来30 50 年,我国以煤为主的能源结构不会改变。解放初期兴建的煤炭工业基地, 大多已步入中老年期, 资源枯竭与经济发展之间的矛盾日益突出。而另一方面, 全国三下压煤约140 亿工, 其中建下压煤约90 亿工。这些储量大多集中分布于工业基础较好、开发条件较为优越、对煤炭需求较为迫切的沿海或中原城市。因此, 大力研究和发展建下煤层的开采技术对合理开发和充分利用地下资源, 延长濒临破产的煤炭企业的寿命, 促进社会安定都具有重大意义。 煤炭的开采,兴起了许多以此为主导产业的工业城市。同时,在城市的周边外围形成了大范围的采空区域。地下岩体结构被破坏,造成地面塌陷、位移,致使地面上的建筑物、公路、铁路及桥涵受到破坏。为了解决采空区造成的种种问题,有必要进行采空区充填开采技术的研究。我国矿山在20世纪70年代即对充填采矿法有一定的应用,后因经济、效率等原因制约了这一技术的使用和推广。随着国民经济的持续稳定发展和我国对矿山资源回收率要求的提高,特别是矿产资源中煤炭价格的回升。利用充填采煤法进行“三下”采煤以及保护煤柱的开采已经提到了议事日程。充填采空区的开采方法具有改善深井支护条件、提高矿物回采率、减少贫化率、充分利用资源及有效控制地压等优点,因此充填采煤法越来越被人们所重视,这为我国今后矿山事业的发展走向成熟指明了方向。2 采空区地表沉陷影响因素及控制方法煤层开采所引起的采空区地表沉陷对地面建筑物及生态环境有重要影响。弄清影响采空区地表沉陷的各项因素及影响规律,是研究采空区地表沉陷的基础。针对采空区地表沉陷的特点,采用各种技术措施,将采空区地表沉陷控制在合理范围,最终实现对矿区地表建筑物的保护及生态环境的有效维护,为实现绿色开采奠定基础。本文首先对采空区地表沉陷各项影响因素进行深入分析,并对各种控制措施进行了详细论述。2.1采空区地表沉陷影响因素采空区地表沉陷影响因素主要可以从煤层赋存条件、采空区上覆岩层性质、煤层开采条件及采场结构特征等三方面进行分析:2.1.1 煤层赋存条件 煤层的倾角对影响采空区上方岩层运移方向。水平煤层采空区上方,岩层下沉方向垂直于岩层层理;而在倾斜煤层中,岩层下沉在主断面上有垂直于层理和平行于层理的两个分量,而且移动盆地最大下沉淀的位置也向下山方向偏移。相同条件下,煤层厚度越大,覆岩运移越剧烈,地表下沉值越大。煤层埋深在煤层充分采动和超充分采动条件下对地表下沉影响很小;当煤层处于非充分采动阶段时,煤层埋深越大,相应的地表下沉值越小。同时,埋深与采厚之比越大,地表移动越平缓;反之比值越小,地表移动变形表现的越剧烈。当覆岩中存在断层等地质构造时,会破坏岩层的正常运移规律,并造成构造附近岩层移动异常,进一步影响地表移动。当覆岩中存在对含水量对其物理性质影响较大的岩层时,岩层受采动影响含水量变化并导致力学性质改变,导致岩层移动规律明显异于正常情况。2.1.2 采空区上覆岩层性质 覆岩性质对地表最大下沉值、移动角、边界角、充分采动角与最大下沉角等都有影响。覆岩的硬度越大,移动角和边界角越大,而最大下沉值、充分采动角与最大下沉角则随之减小;反之亦然。岩层其硬影响其悬露距离,进而影响拐点向采空区的偏移距离。2.1.3 煤层开采条件及采场结构特征采煤方法和顶板管理方法对岩层移动有重要影响。如厚煤层一次采全高和分层开采岩层移动规律有明显区别;顶板管理方法的区别直接影响到覆岩运动的空间。采场结构决定采空区的形态,直接影响到岩层移动范围;同时采场周边结构如是否临采空区,也对覆岩运移有很大影响。2.2 采空区地表沉陷控制方法 对采空区地表沉陷的控制主要有以下思路:一是减小煤层开采后形成的开采空间;二是支撑或充填开采空间;三是对覆岩运动进行控制。通常采用的具体技术措施与方法有以下几种:2.2.1 留设保护煤柱 留设煤柱支撑采空区,限制岩层移动,减少地表位移。这种方法多用于采空区上方存在工业广场、井筒等重要建筑物或煤层埋深较浅时。根据不同的具体情况设计留设煤柱的尺寸,再进行工作面的正常回采。留设保护煤柱可以有效地限制岩层移动,但往往会造成煤炭的损失,虽然所留设煤柱在后期可设法回采,但采出率仍然较低。同时,保护煤柱的留设给工作面生产系统的布置增大了难度,影响工作面生产效率。2.2.2 局部开采局部开采法主要包括房柱式开采、条带开采和限厚开采。房柱式开采和条带开采是在保证地表不出现波浪式不均匀下沉的前提下,根据煤层和上覆岩层组合条件,选择适当的采留比开采煤层的局部,在被开采的煤层中采出一部分,保留一部分,减少开采后形成的采空空间,从而减少覆岩移动,进而有效控制地表下沉。限厚开采是根据煤层赋存情况、围岩性质及水文地质情况,以控制地表沉陷在一定范围为目的,确定煤层可以开采的最大厚度,工作面回采时仅采一定厚度的煤层,煤层其余部分不予开采,相当于开采厚度减小,直接减小了岩层下沉空间。由于局部开采仅是采出煤层的一部分,保留一部分煤以煤柱形支撑采空区或不予开采减小岩层下沉,控制地表下沉量。但局部开采法采出率较低,仅可回收4060%的煤,而且生产成本显著增加,降低工作面生产效率。2.2.3 采空区充填 采空区充填就是在工作面推进后采空区顶板未冒落前,用充填材料对工作面采空区实施密实充填,使顶板岩层仅有少量下沉空间,以限制岩层移动并最终减少地表下沉。作为一项有效的控制地表沉降的技术措施,主要用于厚煤层的开采及对开采沉陷要求较高的煤层的开采。采用采空区充填这种方法,可以显著减小煤层开采后所形成的空间,有效限制覆岩的运动,降低覆岩的破坏下沉,从而大大减少了地表下沉量。根据充填方式的不同,采空区充填又可分为水沙充填、风力充填、条带充填、矸石带状充填、矸石自溜充填等。其中减少地表下沉效果最好的是水沙充填法,然后是矸石自溜充填法和风力充填法。矸石作为充填材料充填采空区,减少了运输成本及对地面土地占用和对环境的污染。但是相对于一般的顶板管理方法,采空区充填增加了采煤工序,需要专门的采空区充填设备,使工作面推进速度降低,而且生产费用提高、生产效率降低。2.2.4 离层充填 煤层开采后,采空区上方覆岩移动并形成一些离层空间,离层充填法就是在回采后一定时间范围内,通过地面钻孔向用充填材料将离层带空间充填密实,使离层带空间上方岩层不再继续运动下沉传递至地表;限制岩层下沉并增强岩层力学性能,使覆岩形成的承载结构更加稳定并发挥较好支承作用,以控制岩层下沉量减弱地表下沉。与其他方法相比,离层充填在地面完成,不影响工作面回采工作,对已有生产系统和生产活动不产生干扰,可以独立使用离层充填,也可结合其他措施共同使用,有利于实现工作面高产高效,既可将地表下沉控制在很小的范围,又不曾加过多生产成本。但离层充填技术难度较大,其基础理论、工艺流程等方面细节仍需深入研究和完善。2.2.5 协调开采 协调开采就是通过优化布置采场生产系统,合理设计工作面开采顺序、工作面间开采间距、相互位置等采场结构参数,使工作面回采与相临工作面回采时所产生的覆岩移动及地表变形相互抵消或抵消一部分,以减少采动引起的地表下沉。但该技术对生产系统的设计优化有很高要求,因此组织生产难度较大。3 充填采煤技术在煤层开采中的技术要点分析 充填开采技术从1915 年在澳大利亚北莱尔矿应用废弃矿石充填矿房以来,在近百年的发展过程中,充填开采技术在金属矿山等采矿工程应用中获得长足进步,并取得非常良好的应用效果。但在煤炭开采过程中还没有得到广泛退刚使用,这主要与煤炭开采的特殊环境条件等因素密不可分。因此,发展先进的煤矿充填采煤技术就成为煤炭开采研究人员研究的一个热点和难点。就目前我国常采用的充填采煤技术来看,大致可以分为膏体充填采煤技术、矸石充填采煤技术、以及高水材料充填采煤技术等多种充填采煤技术。3.1膏体充填采煤技术膏体充填采矿技术在充填采矿工程中发挥非常重要的作用,尤其是在金属采矿工程中得到广泛推广使用。膏体充填采煤技术实际就是将煤矿矿井附近的煤矸石、粉煤灰、河砂、以及城市固体废弃垃圾等在需要填充的地面,按照相关配比要求加工制作成不需要进行脱水处理的牙膏状浆体,然后利用高压充填泵或重力加压进行加压灌注,通过浆体输送管道送入到需要充填的矿井下,根据工程实际地形适时充填已经采空的采煤区的充填采煤方法。由于膏体充填采煤技术所进行的充填与采煤工序均位于同一个工作面,同时充填体的构筑方法与金属矿山充填有所不同,需要构筑专门的充填膏体充填隔离支架,同时在充填过程中煤矿对充填材料强度性能水平要求较高,需要充填体在充填后数小时就能承载整个采煤过程。煤矿膏体充填采煤技术所采用的充填原材料多为劣质低质固体废弃物,其充填原材料品质间差距较大,质量波动非常大。膏体充填采煤技术在采空区充填过程中具有料浆流动性好、充填密实度高、以及充填体强度较高等优势,能够对采矿区周围的岩层移动与地表沉陷进行有效控制。但由于整个膏体充填工程在初期投资非常高,根据大量文献资料和实际工作经验分析,初期投资通常高达3000 万元左右,这样会导致煤矿吨煤充填成本相应大大增高,大致为60100 元/t,这也就限制了膏体充填技术在采煤过程中的应用。3.2矸石充填采煤技术 矸石充填采煤技术其主要充填材料为煤炭开采过程中产生的煤矸石,其主要动力是靠风力、重力、或其他机械等动力将以煤矸石为主的固体废弃物抛入或输送到矿井采空区进行充填采煤的方法。根据煤矸石动力源的不同,可以将矸石充填采煤技术划分为人工充填、自溜充填、风力充填、普通机械化充填、以及综合机械化充填等。人工煤矸石充填采煤技术由于其综合充填效率水平较低、劳动工作强度较大,加上回采工艺适应性非常差,在煤炭充填开采中很少采用。自溜充填和风力充填技术由于受到源动力输送不稳定等因素的制约,只有在外部条件非常优越特殊的矿区使用。普通机械化是根据采空区实际情况,采用专门机械如抛矸机等)将采煤过程中产生的煤矸石抛射向采空区进行充填采煤。普通机械化煤矸石充填技术利用井下开采过程中形成的煤矸石进行填充,其充填系统较为简单,装备综合投资成本较低,多用在薄及中厚煤层普采工艺中进行充填采煤。综合机械化矸石充填采煤技术,是指在综合机械化采煤作业工作面上,同时利用相关机械实现综合机械化矸石充填工程,是一个在采煤作业工作面上集采煤和充填等多工艺为一体的综合采煤技术。3.3高水材料充填煤采技术 高水材料充填采煤技术就是在充填材料中加入高水速凝固结材料的一种充填采煤技术,此采煤技术由于其用水量高,相应填充材料中所需固体材料就会减少,不仅可以有效克服煤矿充填过程中固体充填材料不足问题,同时有效简化其他充填技术在实际填充过程中需要购置庞大充填系统的填充工艺,加上填充固体材料使用量减少,充填料浆流动性好,填充施工操作较为方便,且投资较小,可以降低煤炭填充开采综合投资成本。但由于该技术中所使用高水材料填充物的抗风化及抗高温性能较差,煤矿采空区的充填物质量长期稳定性能较差。此外,相对于全部充填采煤技术而言,部分充填采煤技术充分利用了采煤区的覆岩结构的自承载能力,从而大大减少充填工程量,有效降低了煤矿充填开采综合成本。 实现综合机械化固体充填采煤的技术难点在于解决采空区实施充填的充填空间、充填通道、以及充填过程所带来的动力学问题。从大量工程实践,笔者认为在采用综合机械化固体充填技术进行综合采煤时,可以采取以下几种方法来解决综采作业面上进行综合机械化固体充填采煤工艺中所存在的三大技术难题: 1、拆除常规综采液压支架的掩护斜梁,用水平短梁取而代之,将填充固体直接充入到水平短梁掩护空间内,并不是将填充固体直接充入到采空区内,从而有效解决综合机械化固体充填采煤工艺中充填空间不足问题; 2 、通过带式输送机将已配比好的充填固体直接运至挂在充填机械掩护短梁下面的刮板式充填机中,使采空区充填固体始终处于连续输送通道中,从而有效解决充填通道不连续,容易堵塞等问题; 3 、充填固体由于自重从刮板式充填机开口中直接落入掩护短梁的掩护空间中,并再加压实机(或辅助动力机)的压力作用下将充填体在采空区中进行充分压实,从而实现煤矸石等固体填充物具有非常好的密实性能,为采空区充填后采煤提高一个优良工作环境。 矸石充填采煤技术经济效益分析矸石充填采煤技术不仅解决了采煤过程中产生大量煤矸石等固体废弃物问题,同时实行矿井充填开采相结合的煤炭综合开采技术,可以有效提高矿井中有效煤炭资源的采出率,为煤矿企业创造出更大的经济效益。从实际应用所带来的社会经济效益来看,矸石充填采煤技术给各煤矿均带来了丰厚的利润。据一些统计资料分析,膏体充填采煤技术其综合成本最高,大约为105 元/t;而高水材料充填采煤技术由于其充填材料均需外购,加上后期维护成本较高,其综合成本大约为67 元/t,似膏体充填采煤技术其综合成本大约为73 元/t;而综合机械化矸石充填采煤技术其综合成本大约为55 元/t。4 国内外充填开采技术研究现状 充填工艺不仅可以减少地下开采对地面沉陷造成的危害,减轻井下巷道和工作面受采动影响,便于顶板管理,有利于安全生产、改善巷道维护及运输、通风和瓦斯管理,而且对实现绿色开采、美化生态环境有重要意义。我国充填采矿从20世纪70年代就开始研究,并形成了几类成熟的充填方法,按充填动力分,可分为水利充填、胶结充填、气力充填等。4.1水力充填法 水力充填法是采用水力输送方式、通过充填管路将充填料浆送人采空区进行充填的充填采矿法。水力充填主要特点是将充填材料借助水力充入井下采空区,其充填料的输送浓度较低一般在60一70需要在采场大量脱水;且由于采用管道输送,故对充填料的最大粒径有所限制否则管道易被堵塞。常用的水力充填材料有尾矿、碎石、砂卵石、山砂、河沙和工业废渣等。1864年,在美国宾夕法尼亚的一个煤矿区进行了第一次水砂充填试验,以保护一座教堂的基础安全。随后南非、德国等国家也先后试验并成功运用了水砂充填,工艺。进入20世纪后,加拿大和澳大利亚等国的一些矿山应用了水砂充填技术从此真正开始将矿山充填纳入采矿计划,成为采矿系统的一个组成部分,并且对充填料及其充填工艺开展了研究。到目前为止水砂充填的矿山已较多,如国外澳大利亚的布罗肯希尔矿和加拿大的一些矿山均广泛应用了这一工艺。早在1982年加拿大多姆矿还对高浓度充填采矿法做了深入研究。我国是世界上最早利用水力进行充填的国家之一。在20世纪初,内蒙古的扎赉诺尔矿和抚顺矿就采埘水力充填对特厚煤层进行开采抚顺矿区在开采特厚煤层时还采用了倾斜分层V型长壁上行充填采煤法。另外新汶等矿区利H水力充填技术成功地解决了“三下”采煤问题。通过实践我国在水力充填系统设计及水利充填采煤技术方面均已积累了丰富经验。在其他矿山应用的有:湘潭锰矿亦从1960年开始采用碎石水力充填工艺,以防止矿坑的内闲火灾。并取得了较好的效果;锡矿山南矿在1965年为了控制大面积地压活动,首次采州了尾矿水力充填采空区工艺,有效地减缓了地表下沉。进入20世纪90年代,已在国内60余座黄金、有色和黑色等金属矿山的开采中广泛应用了水砂充填丁艺。但由于采用水力充填采空时需消耗大量充填材料,充填工艺复杂,全部人工操作且由于输送时易造成输送管路堵塞、输送成本高等原岗未能得到广泛的应用。4.2胶结充填法由于水砂充填体的强度较低,且井下排水较为困雌,20世纪印至70年代开始应用和研发尾矿胶结充填技术。胶结充填始于20世纪50年代的加拿大,其代表矿山有澳大利亚的芒特艾萨矿。20世纪80至90年代随着采矿丁业的发展原充填工艺已不能满足同采工艺的要求和进一步降低采矿成本或环境保护的需要因而发展了高浓度充填技术、膏体充填、块石砂浆胶结充填和全尾矿胶结充填等新技术,使胶结充填技术日益完善,并获得推广应用。这些充填技术成果包括全尾矿胶结充填技术、块石砂浆胶结充填技术和膏体泵送充填技术等。4.2.1全尾矿胶结充填这是以全尾矿作为集料的胶结充填方式,近年来国内外对此开展了广泛的研究与推广应用。全尾矿胶结充填料的主要特点是细粒级颗粒含量大,其表面积大大增加,构成一种具有触变性质的标准分散系。国外在这方面的贡献主要有前苏联列宁诺尔克公司在活化搅拌技术方面的研究加拿大威斯特明资源公司在全尾矿脱水技术方面的研究。我国于“七五”期间在高浓度全尾矿胶结充填技术攻关试验研究获得成功,其巾凡口矿在全尾矿胶结充填试验期间的尾矿利用牢达到90充填料输送质量分数达到75。“九五”期间开展的“深部全尾矿胶结充填新材料新技术研究”,试验期问的尾矿利片率达到85。20世纪90年代全尾矿活化搅拌机的应坩标志着全尾矿胶结充填技术在我国走向成熟。全尾矿胶结充填的优点是可以解决充填材料来源不足、地表上不适宜建尾矿库和尾矿巾含有有害物质而需要处理的矿山。从而实现矿山的绿色开采。全尾矿胶结充填之所以没有得到广泛应用是网为其充填材料力学强度不够需要消耗大量水泥。经济效益低。4.2.2块石砂浆胶结充填块石胶结充填是将一定量的粗骨料和胶结料浆混合充人采场或采空区,并使之成为胶结整体的工艺过程。块石砂浆胶结充填方式的基本特点是以砂浆包裹块石形成胶结充填体无需搅拌,其充填体强度接近于混凝土胶结充填强度。与混凝土胶结充填相比,充填效率大大提高,工艺更为简单。工人劳动强度大大降低。由于充填体中的部分砂浆被块石替代,可显著降低充填成本,阑此其发展速度较快。该丁艺一般适朋于大采场充填块石主要来自于地表采石场。国外采用这种充填方式的有芬兰Enonkoski矿和哈萨克斯坦有色系统矿山国内代表是铜坑锡矿。这种充填方式的优点是能缓解或减少坑下废石提升及其费用,减少地表废石堆场及对环境的污染,减少水泥砂浆州量,降低水泥消耗量,从而降低充填成本且充填体易于接顶,有利于采场稳定和采矿作业安全。不过由于块石及块石胶结料的运输比细砂浆管道输送困难得多,且需要设地表采石场初期投资偏大,在我国没有得到广泛的应用。4.3膏体泵送充填膏体泵送充填是将充填材料制成膏状稠料。借助正压排量泵输送到采空氏的工艺过程。膏体泵送充填特点是充填料是一种不析水的物料集合体。为了有可泵性好的稠料则物料配合有较严格的要求。现在工业上较常用的配方是粗物料+细物料+超细物料。膏体泵送充填可获得高密度充填体,井下不需脱水,易实现自动控制。20世纪80年代末膏体泵送充填技术首先在德国的格隆德矿应用成功,随后又在美国、英国、澳大利亚、加拿大、土耳其和葡萄牙等主要采矿国家的金属矿山得到了广泛应用。1991年,德国沃尔萨姆煤矿成功应用了这一技术。我国于1994年在金JIl-矿率先成功应用了这一技术随后又在铜绿山铜矿、喀啦通克铜矿和山东湖田铝土矿建成了膏体泵送充填系统。13气力充填法气力充填义称风力充填。气力充填是一种利用空气流作为输送动力在管道巾搬运粉粒状固体物料进行充填的一种方法。气力充填具有充填带密实性好、护巷带窄、强度高、对充填材料性能要求不高且充填系统简单等特点。一国外两德是最早应用气力充填的国家之一。根据不同的条件和液压支架的形式,西德研究了3种架后充填的配置方式:跺式支架正面充填、节式支架侧向充填和掩护式支架正面充填。加拿大国际金属公司的D兰德里雅特等人对高浓度充填料的气力充填方法也进行了一定的研究,并指出了其最大的缺点是管路磨损消耗。国内学者林汀对气力输送系统流动特性进行了一系列研究,对气力输送系统的气固两相流动特性、气力输送系统的堵塞控制、低能耗、高效牢设计运行等过程控制作了比较全面的探讨进一步完善了气力输送系统的输送理论和设计准则。开滦矿务局与北京开采所主动承担了科技攻关项目采煤工艺改革安全技术研究并在唐山矿进行了风力充填护巷带沿空留巷和一巷两用的工业性试验。我国焦作和北京等矿区也曾进行过工业试验,但未能广,现仍在进一步实验。目前气力充填技术在煤矿中应用还不成熟。5 充填开采技术研究展望 我国是矿产资源大国,同时也是矿产资源生产和消耗大国我们在开采矿产资源的同时不可避免地会扰动和破坏地表环境,带来安全隐患。随着工业飞速发展矿产需求迅速增加,开采矿产资源所引发的环境破坏和废料排放已成为相当严峻的问题,世界各国领导人、环境争家和采矿擘家均提出了矿山资源绿色开采。采空区充填可以解决地表环境、废料排放、安全方面等问题。在矿山开采的同时。因开采形成了大量采空区用崩落采矿法回采时会造成地表塌陷。如果用空场采矿法同采时又会留下采空区。采空区的存在会使岩体中应力重新分布,这又会导致采空区顶板、嗣岩和矿柱发生变形、破坏和移动,而采用充填采矿法会很好解决这些问题。在废料排放方面采矿实际就是开采资源和废料排放的过程。我国在开采矿产资源过程巾排放的废料占全围下业废弃物排放总量的85。现在的采矿模式显著增加了地球环境负荷,不能满足可持续发展原则。而充填采矿法正是利用这些废料作为充填物料这不仅解决了物料排放问题,而且还大大降低了充填费朋。安全方面。充填采矿还可以解决由于采空区诱发的矿区塌陷、滑坡、地震、矿井突水、瓦斯、顶板冒落等地质灾害,以及废石场引发泥石流及尾砂库溃坝等灾害。在煤矿方面,充填采矿还可以更好地解决“三下”压煤及留设保护煤柱问题。能明显地改善深井支护条件、提高同采率降低贫化率等。充填采矿法必将是矿山开采中的一朵奇葩。在2l世纪娇艳地绽放。5.1膏体充填技术5.1.1膏体充填技术研究背景据统计,我国的煤炭资源储存总量中有超过30%的煤炭埋藏在水体下、建筑下、路桥下(简称“三下”)等不宜开采或开采后不允许产生塌陷的区域1。我国是一个煤炭资源产出大国,也是一个以煤炭为主要能源的能源消费大国,这几年,随着全球能源问题的日益突出,国内市场煤炭需求量成大幅增长趋势,露天煤矿及埋藏较浅的煤炭资源由于储量较少,远远不能满足当前国内市场需要;埋藏较深的煤矿资源因为开采技术条件和开采设备的原因也受到了很大的的限制。随着国内能源市场对煤炭资源的需求量的不断加大以及我国煤炭资源的特点,探索如何对深层煤炭资源的开发利用及对后续问题的妥当处理已经受到了政府部门的重视,国内相关企业和科研机构都在加大对这方面的研究,已经取得了不少成果。但是,开采深层煤炭资源仍旧面临着很多的问题。近两年,在我国部分地区频繁发生地震等自然灾害,已经给人民群众生命和财产造成了极大的损失,比如陕西省神木县与府谷县一年就发生了5 次震级在里氏2。0- 3。5 级的地震,最近一次为2010 年12 月28 日,经陕西省地震局确认,此种地震多为采空区塌陷引发的地震。 在我国因煤炭开采而造成的地面塌陷已达60 多万公顷,且每年新增沉陷面积达4 万公顷之多,同时地面塌陷在地质、环保和安全等方面的负面影响也是不可估量的,如何解决因地下煤炭资源的采出而产生的地面塌陷问题已经成为了煤炭行业亟待解决的一个问题;另一方面,煤矿在开采过程中产生大量的煤矸石,堆积在地面不仅占用大量的土地,而且一遇大风天气便会出现粉尘弥漫的现象,不仅对附近农田和水利造成很大的影响,而且污染了居民区环境;城市生活垃圾和城市工业产生的粉煤灰也会产生一系列环境问题,探求如何变废为宝、加以利用至关重要。以上所有问题,都可以通过采用合理的充填技术得到很好的解决。煤矿采空区回填采用膏体充填是一种新型的煤矿开采技术模式,是为解决“三下”煤炭资源的开采、提高煤炭资源采出率、保护生态环境而提出的。煤矿采空区膏体充填技术能够实现对采空区的充填,及时对采空区地壳进行支撑,有效避免了地下采空区域因不能承受巨大的压力而产生的地表塌陷问题。这几年随着煤矿充填站技术、长距离泵送技术的不断成熟,深层采煤及“三下”采煤出现的问题正逐步得到解决。因此,推广煤矿采空区膏体充填技术是实现煤炭企业清洁发展、绿色开采,保证采空区安全发展和可持续发展的重要举措。5.1.2膏体充填技术的特点 膏体充填技术是在20 世纪80 年代初发展起来的一种基于煤矿“绿色开采”理念的新型开采技术,它可用于煤炭置换开采或者是煤矿采空区充填支护等。以煤矸石为骨料的膏体充填开采技术是一种新的充填开采方法,其主要有以下几个特点: 2.1 膏体充填技术的原材料主要是煤矸石、粉煤灰、炉渣、河沙或城市固体垃圾等固体废弃物。膏体充填原材料来源广泛,可以将煤矿遗留下来的矸石,城市生活垃圾及工业废渣回收利用,变废为宝。既可以解决深层采煤和“三下”采煤问题,又解决了矿区和城市环境问题,实现了环境与经济效益的双赢。 2.2 将原材料制成膏体再辅以胶结材料就可以在地面上加工制成膏状浆体。通常情况下,制成的膏体具有无临界流速、与水相融、不沉淀、泵送性能良好、可以长距离进行管道输送的优点2。2.3 膏体经管路泵送到煤矿井下待充填区域后,由于胶结材料的作用可以在短时间内就能够凝结固化到能够自稳并达到脱模条件、达到预定的支护强度;特殊情况下,即使充填体局部达到强度极限破坏后,整个充填体仍具有较高的承载性能。 2.4 膏体充填形成大体积固化体,有利于控制充填材料中物质的溶出与迁移,不会对地下水资源造成影响。采空区采用膏体全部充填后,顶底板岩层不会出现结构性破坏,不改变顶底板地下水系结构,也有利于控制和限制充填材料中物质的迁移和影响。膏体充填的一个显著特点是基本不泌水,充填时泌出的水分基本被顶底板岩石吸收或被工作面排水系统外排,不会对地下水环境产生不利的影响。实际上,由于采空区采用膏体全部充填后,不改变矿井地下水系结构,反而有利于保护地下水资源。基于膏体充填技术,利用泵送设备将膏体通过管道输送到井下,及时对采空区实施充填,形成以膏体充填体为主的覆岩支撑体系,能够有效地控制地表因开采出现的沉陷在允许值范围内,保护地面建筑物不受破坏,提高煤炭资源采出率,改善煤矿安全生产条件,解决“三下”煤炭资源开采问题,保护矿区生态环境,并使煤矿固体废弃物得以资源化。5.1.3膏体充填技术应用实例 邢台矿7606 充填工作面处于工业广场煤柱内, 走向长度为460m,倾斜长度为50m,可采储量11。7 万工。7606 工作面从2008 年12 月17 日正式试采, 到2009 年5 月24 日结束, 累计采出原煤11154 万工,充填矸石粉煤灰地面固体废弃物1216 万工,实际充填率达到98%以上,生产效率每工作面达到22工,矸石充填开采成本较低,每吨增加成本在50 至55 元左右,创直接经济效益4400 万元。5.2超高水材料充填开采试验研究邯郸矿业集团各矿地质条件复杂,煤炭资源回收率较低,大量的“三下”压煤因开采成本高或安全风险较大而不能开采。截至2008 年,邯郸矿业集团保有资源总量为9。 36亿工,其中“三下”压煤3。 52 亿工,占资源总量的37。 6%。按矿区目前的可采储量和生产情况,矿区寿命仅15 年左右,而该矿区又没有新的探明资源可供接替。因此,邯郸矿业集团急于寻求新的能有效解决“三下”煤炭开采的技术方法。2008 年起,邯郸矿业集团与中国矿业大学进行技术合作,在陶一矿开展了超高水材料充填开采的试验研究。陶一矿充填开采试验共设计了连续的5 个试验面。目前,已有4 个试验面开采完毕,分别采用了开放式、包式和混合式充填方法。5.2.1地质与生产条件概况 充填试验面位于七采区南翼、停驷头村保护煤柱范围内,共设计了5 个充填面,即12701 上01 05 面( 以下简称“充1 5 面”) 。试验面埋深315。 1 365。 9m,对应地面在停驷头村东部,型煤场西部。地表有民房建筑、冲沟、梯田。工作面长50m,推进长度220m 左右,沿煤层走向布置,仰斜推进。试验面布置如图1 所示。工作面主采2#煤层,煤层厚3。 5 4。 3m,平均3。 97m。直接顶为厚5。 63m 左右的粗粉砂岩。底板为厚4。 1m 左右的闪长岩。据临近试验面的开采情况可知,直接顶和老顶具有较好的稳定性,老顶可起到采空区开放式充填条件下的关键层作用。工作面采用倾斜长壁采煤法,综采一次采全高回采工艺,超高水材料充填法处理采空区,只在充5 面的一小段尝试了炮采条件下的超高水材料包式充填法。工作面采用区段跳采的方法进行回采,开采顺序为13524。工作面回风斜巷、运输斜巷和切眼均沿煤层顶板掘进,巷道均采用锚网梁加锚索支护。5.2.2超高水材料简介超高水材料2主要由A、B 两种物料组成。A 料主要以铝土矿、石膏等独立炼制并复合超缓凝分散剂构成,B 料由石膏、石灰与复合速凝剂构成,二者以1 1 比例配合使用。超高水材料水体积可达97%,具有凝固速度快( 2090min 内凝结) 、早期强度高、固结体不可压缩、承载性能好、可根据工程需要对材料强度和凝固时间进行调控等优良性能2 4,非常适应于井下大体积空间( 如采空区、废弃巷道等) 的充填需要。5.2.3超高水材料采空区充填方法简介采空区充填方法与充填材料有关,超高水材料主要有开放式、包式和混合式三种采空区充填方法。下面分别对其作简要介绍。开放式充填法该方法是在仰斜开采条件下,对采空区不进行任何调控,超高水材料浆液直接灌入采空区并固结形成充填体的充填方式。1) 优点: 充填与开采互不影响; 充填工艺简单,人员需求少,易于组织与管理; 工作面支架无需改造; 不需要控制直接顶,人员作业不在采空区,作业过程安全可靠。2) 缺点: 当煤层顶板非常好,在采空区既不垮落又不断裂,而只是均匀下沉时,超高水材料浆液将不能渗透到采空区上覆岩层的裂隙和离层空间中,充填效果会受到影响。此外,当工作面涌水量较大时,充填效果也会受到影响,需采取疏治水措施。3) 适用条件: 煤层倾角较大的仰采工作面。包式充填法该方法是在采空区范围内全部布置充填袋,袋内充入超高水充填材料,凝固后对上覆岩层直接进行支撑。1) 优点: 适用性更广,能适用于现有大多数采煤方法与回采工艺条件下的采空区充填要求; 可直接控制直接顶,充填效果直观; 不受工作面涌水影响。2) 缺点: 充填包架设工序较复杂,工作量较大; 充填与回采存在相互影响; 充填成本较高。混合式充填法 该方法是前两种充填方法的结合,可根据需要采用不同的结合方式。通过上述几种充填方法,可使该技术应用于各种条件下的充填开采需求,在实际生产中可以根据需求灵活选用。在陶一矿的试验中,充1 和充3 面采用开放式充填法,充2 和充4 面采用包式充填法,充5 面部分采用包式充填法,部分采用混合式充填法。5.2.4超高水材料充填工艺系统 超高水材料含水量高,将其输送至采空区需要相应的配套设备与工艺。根据该材料特点,井下的充填工艺系统应包括材料存放、浆体制备、浆体输送以及浆体混合四个系统。其中,浆体制备系统相对复杂,是充填工艺系统的核心。浆体制备系统浆体制备系统用于将固体粉料制成液态,便于管道长距离输送。它由A 料浆与B 料浆两个制备子系统组成,各子系统均由给料、水与粉料计量、搅拌、浆体缓存等部分组成。浆体制备系统应具备性能稳定、制浆配比准确等特点。根据制浆方式不同,可分为连续与半连续两种形式。连续制浆是制浆系统可不断地制备出浆体,过程连续不断。此方式系统占用空间小,流程简单,但制浆配比不易调制,系统对设备可靠性要求高。半连续制浆是指制浆过程是不连续的,在使用时,多个搅拌器交替工作,使料浆供给呈连续态,满足料浆输送要求。该方式浆体配比易于控制,准确性高。综合考虑,陶一矿充填开采试验选用半连续制浆系统,制浆设备选用郑州华威水工机电工程有限公司生产的NJ72 4D1200 型浆体生产线,每个子系统的制浆能力为60m3 /h。浆体输送系统 料浆输送系统由泵送系统和管路系统组成。该系统要求系统简单、运行平稳。输送能力应与制浆能力相匹配,满足充填开采要求。1) 泵送系统。配制的超高水材料以浆体形式由管路输送至采空区。可供选择的泵送设备有离心泵与柱塞泵两种。离心泵的可输送浆体粒径大,能力高,流量选择范围宽,价格低,但存在输送压力较小、输送流量不够准确等问题;柱塞泵具有吸浆负压高,输送压力大,输送流量准确等优点,但输送能力选择范围不宽,设备价格较高。由于超高水材料浆体输送时要求流量稳定,所以选择柱塞泵泵送浆体。据此,陶一矿充填泵选用由石家庄煤矿机械有限公司生产制造的型号为工BW 1200 /7B 的柱塞式充填泵,共需四台,两开两备。2) 管路系统。配制好的超高水材料浆体通过两条管路输送至采空区,分别输送A、B 料。管路系统应顺畅,具有一定的耐压能力。管材一般可选无缝钢管,也可选用具有输送阻力低、结实耐用等特点的管材。管径依输送物料特性、输送能力及管内无淤临界流速来定。管路安装时,应尽量减少变径、弯头、阀门等的数量,避免人为造成的管路死角,降低管道输送阻力。根据上述要求及陶一矿试验面的实际情况,管道采用四寸无缝钢管,单趟管路的输送能力为60m3 /h,每路长约1500m。管路内各分段管路间用法兰联接。混合系统 超高水材料的两种不同浆体在进入采空区之前应充分混合。混合系统应具有如下特点: 混合装置应能承载较大的流量,但受回采巷道断面限制,混合装置不宜太大;混合装置除用于将A、B 两种浆液混合之外,还应具有将混合浆体导引至采空区的作用。 根据上述要求,混合系统采用8 寸管径的三通,直接与进浆管路、出浆管路相连接,出浆管路连接自制螺旋混合装置,保证充填料的混合效果,后接普通管路进入工作面采空区。材料储运及供水系统充填泵站建在井下时,超高水充填材料需要运送至井下充填泵站。井下储存空间需防潮,材料应分类堆放。井下每日所用充填材料量需专人统计,保证材料储量、品质均满足要求。超高水充填材料用水量多,供水系统要稳定可靠。一般情况下,充填材料所用水既可取自井底水仓,也可利用充填泵站上位排放的污水。5.2.5充填开采效果评价 试验表明: 超高水材料充填开采能有效地控制采空区覆岩的活动和地表的沉陷。下面以充1 面为例进行充填开采效果评价。充1 面的矿压观测包括地面观测、观测巷观测和工作面观测。简述如下:地面观测结果 充1 面充填开采结束一年多的地面观测表明,地表没有发生明显变化。说明采空区充填后上覆岩层得到有效控制,开采对地表的影响很小。观测巷观测结果观测巷位于工作面采空区上方正中央20m 处。由于观测巷顶板处在不同的充填与回采方案实施段,对距切眼不同水平距离的观测点的顶板最终下沉量进行统计,结果如图5 所示。由图可见,采空区充填越及时,观测巷顶板下沉量越小。另外,据现场观测,采空区充填越及时,观测巷的围岩变形和破坏程度也越低。这些观测结果为分析更上位岩层的活动提供了可靠依据。工作面观测结果 在工作面液压支架安设了压力采集仪,24h 不间断监测工作面压力的变化情况,分析充填开采后工作面上覆岩层的活动情况。 将所获数据作归类与加权处理后,再进行数值拟合,得出了液压支架活柱支护强度随时间变化曲线( 如图6 所示) 。从曲线可以看出: 未充填段末期液压支架受力明显增大,其它充填阶段液压支架受力都比较平缓; 液压支架受力没有周期性的增大现象; 随着采空区得到及时充填,液压支架承受的平均载荷也有所降低。可见,在充填开采条件下,工作面没有出现周期来压现象,工作面上覆岩层活动因采空区得到及时充填而减缓。 另外,从超高水材料的渗透和固结情况来看: 超高水材料浆液可渗透并固结采空区围岩中几乎所有导通的缝隙;充填于采空区的超高水材料7d 强度可达0。 8MPa,固结体密实度高,凝固状况良好,在三向受力状态下对采空区上覆岩层起到了有效的支撑作用。 综上所述,超高水充填材料因其具有良好的流动性和可灌注性使采空区及其上覆岩层中几乎所有导通的缝隙都被充填密实,使整个采空区形成了一个稳固的支撑上覆岩层的承载体系。 另外,据最近一次地表测量可见,充填开采后地表最大下沉量不到200mm,地表建筑物没有出现明显裂纹。可见,充填开采取得了良好的效果。5.2.6经济效益和社会效益充填成本充填材料成本为950 元/工。充填开采的综合成本是考虑充填材料成本、人工费、电耗、设备维修、充填包以及排水费用节约等内容而算得的成本。经济效益 目前陶一矿吨煤售价在600 元左右,煤炭开采的常规成本约230 元/工,再加上增加的吨煤充填成本,则充1 面、充3 面净获利4772。 4 万元,充5 面净获利1580。7 万元,充2 面净获利1972。 4 万元。因此,陶一矿通过充填开采目前已获利8325。5 万元。社会效益该技术在陶一矿充填试验面的应用成功,不仅为陶一矿“三下”煤炭开采提供了有效的技术方法,为矿井的可持续发展奠定了基础,也为邯郸矿业集团其它矿“三下”煤炭开采提供了有效的技术方法。该技术属国内外首创,其成功实施为今后我国乃至世界地下矿床的充填开采提供了新途径与新方法,具有深远的社会效益。5.3固体废物膏体充填不迁村采煤所谓固体废物膏体充填不迁村采煤, 就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体, 采用充填泵或重力加压, 通过管道输送到井下, 适时充填采空区或离层区, 形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系, 有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内, 实现村庄不搬迁, 安全开采建筑物下压煤, 保护矿区生态环境和地下水资源。 固体废物膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分 1 。膏体充填技术在国外金属矿山已经有20 多年的发展历史。 世界上首次膏体充填试验是1979 年在德国格伦德铅锌矿( Bed Grund Lead and ZincMine) 进行的。 试验成功以后, 膏体充填技术在澳大利亚、奥地利、加拿大、英国、摩洛哥、葡萄牙、俄罗斯、南非、美国等国家得到了推广应用。 国内金川有色金属公司二矿区、大冶有色金属公司铜绿山矿近年成功试验并应用了膏体充填技术 2 。 但是, 在我国煤炭系统, 固体废物膏体充填技术目前还处于研究阶段, 煤矿不迁村膏体充填与金属矿山膏体充填相比, 在充填材料、充填目的和充填要求等方面均不相同, 本文就煤矿膏体充填不迁村采煤技术的若干重大问题进行了分析研究, 以期对此项技术的研究与发展有所裨益。5.3.1固体废物膏体充填不迁村采煤的意义 村庄等建筑物下采煤一直是困扰我国煤矿生产正常接续和持续发展的重大问题。 特别是我国东部地区, 人口多, 村庄密度大, 村庄压煤尤为严重。以山东省为例, 截止2001 年底, 山东全省村庄等建筑物下压煤达44 亿t, 占可采煤量的53 %( 倪永康, 2002) 。 前些年资源充足时, 一般都尽量绕过村庄开采, 现在资源越来越少, 如果村庄压煤开采解决不好, 许多矿井将难以维持生产正常接续, 面临过早停产报废的被动局面, 影响地方经济健康稳定发展和矿区职工的生产生活。长期以来, 我国煤矿村庄压煤主要采用迁村或条带开采的方法进行开采, 这两种方法已经越来越难以满足村庄压煤开采的需要。 采用迁村法开采村庄压煤, 不需要改变采煤方法与工艺, 煤炭采出率较高, 但是存在以下问题: 其一, 村庄搬迁成本不断上升, 经济上使煤矿越来越难以承受。 如, 迁村采煤在兖州矿区吨煤增加成本高者已达20 元/ t, 将来还会更高。 其二, 迁村需要新占大量土地, 使本已严重的人多地少的矛盾更加突出。 其三, 开采过程中对上覆岩层及地表造成严重破坏, 破坏土地, 甚至导致大量地下水流失。 其四, 迁村选址越来越困难,许多矿井搬迁距离大于5( 6 km, 有的甚至达到10km, 超出了原来耕作半径, 给农民带来许多生产和生活的不便, 农民不愿意搬迁, 引发复杂的工农矛盾。 其五, 迁村过程耗费时间长, 通常搬迁一个村庄需要数年时间。 采用条带开采, 虽然能够实现不迁村采煤, 但是煤炭采出率低, 一般条件下只有40( 60 % , 在厚煤层、薄基岩条件下采用条带开采, 采出率更低, 如山东太平煤矿在煤层厚度8 m, 大部分基岩厚度小于40 m 条件下, 采用条带开采, 采出率只有15 %左右, 资源浪费十分严重。所以, 我国急需发展新的不迁村采煤方法。 新的不迁村采煤方法应该具有高产、高效、高采出率、环保、安全的技术特征。(1)膏体充填的特点与技术优势 与煤矿曾经采用过的普通水砂充填等比较, 膏体充填材料具有以下特点: 1) 浓度高一般膏体充填材料质量浓度大于75 %, 目前最高浓度达到88 %。 而普通水砂充填材料浓度低于65 %, 如, 我国阜新矿区水砂充填水砂比, 新平安矿为2。 715。 31, 新邱一坑为1。212。 11, 高德八坑为21, 按照质量浓度小于50%。 3 2) 流动状态为柱塞结构流普通水砂充填料浆管道输送过程中呈典型的两相紊流特征, 管道横截面上浆体的流速为抛物线分布, 从管道中心到管壁, 流速逐渐由大减小为零, 而膏体充填料浆在管道中基本是整体平推运动, 管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动, 称之为柱塞结构流。 3) 料浆基本不沉淀、不泌水、不离析膏体充填材料这个特点非常重要, 可以降低凝结前的隔离要求, 使充填工作面不需要复杂的过滤排水设施,也避免或减少了充填水对工作面的影响, 充填密实程度高。 而普通水砂充填, 除大部分充填水需要过滤排走以外, 常常还在排水的同时带出大量的固体颗粒, 其量高者达40 %, 只在少数情况下低于15% , 产生繁重的沉淀清理工作。 4 4) 无临界流速最大颗粒料粒径达到2535mm, 流速小于1 m/ s 仍然能够正常输送, 所以, 膏体充填所用的煤矸石等物料只要破碎加工即可,可降低材料加工费, 低速输送能够减少管道磨损。 5) 相同胶结料用量下强度较高可降低价格较贵的胶结料用量, 降低材料成本。 由于膏体充填材料具备上述特点, 固体废物膏体不仅能够解决不迁村采煤, 而且可以取得比传统水砂充填开采更好的效果, 一方面, 不需要复杂的过滤排水设施, 充填系统简单, 维护工程量少, 另一方面, 充填效率高, 充填密实程度高, 有利于提高控制覆岩沉降效果, 再则膏体充填工作面环境没有大量充填水滤排的影响, 有利于采煤机械化的应用,还有采用固体废物作充填料, 固体废物膏体充填完全有条件发展成为高产、高效、高采出率、环保、安全的不迁村采煤技术。(2)膏体充填为固体废物资源化利用开辟新途径 长期以来, 我国煤矿采用垮落法开采, 开采的过程中除造成土地资源的沉陷破坏外, 还排放大量的煤矸石等固体废物, 对环境造成五个方面的危害, 包括侵占土地、污染土壤、污染水体、污染大气和影响环境卫生。 据统计, 2002 年全国工业固体废物产生量为9。 5 亿t , 综合利用率只有52。 0 % , 多年固体废物产大于用, 已经累计堆积了近100 亿t固体废物, 占用和污染了上100 万ha 的土地 5 。 固体废物膏体充填不迁村采煤试验成功以后,是一项固体废物需要量巨大的工程。 以一个年产30 万t 的工作面全部充填开采为例, 年充填需要的固体废物相当于一个200 万t 矿井一年的排矸量, 这为固体废物资源化利用开辟一条新途径, 对环境保护具有重要的意义。(3)膏体充填还可以解决许多其它开采环境与安全问题 固体废物膏体充填除能够实现不迁村采煤以外, 还可用以解决以下开采环境与安全问题: 1) 铁路下、水体下、水体上采煤; 2) 提高开采上限, 防治顶板透水和溃砂事故; 3) 防止采空区上方含水层破坏, 实现保水采煤; 4) 坚硬顶板煤层的安全开采; 5) 深井开采, 防治冲击地压。5.3.2不迁村采煤固体废物膏体充填方法 村庄等建筑物不搬迁安全采煤的原则是: 受开采影响后大部分建筑物不维修或小修, 少部分建筑物经中修和个别经大修能满足安全使用要求, 开采引起的地表变形控制在下列范围内: 水平变形E2。 0 mm/ m, 曲率K 0。 210- 3m- 1, 倾斜i3。0 mm/ m 6 。 煤层厚度、开采深度、覆岩条件和表土层厚度等开采条件不同, 达到上述村庄等建筑物不搬迁安全采煤所要求的开采下沉系数不尽相同, 对固体废物膏体充填的要求也不一样, 可以选择不同的充填方法。 根据采煤工作面采空区膏体充填程度、充填地点和工作面布置方式的不同, 不迁村采煤固体废物膏体充填可归纳为以下5 种方法: 1) 全采全充法在村庄压煤范围内每一个回采工作面都采用膏体充填开采, 随着回采工作面向前推进, 在直接顶板尚未垮落之前, 即用胶结性固体废物膏体材料把工作面后方的采空区全部充填起来。 全采全充法控制覆岩及地表变形效果最好,但充填量大, 一般适用于村庄下厚煤层分层开采,或同时要求提高开采上限等条件。 2) 短壁间隔充填法在村庄压煤范围内, 采煤工作面布置成短壁条带工作面开采, 每两个短壁开采条带安排一个工作面后方全部采用胶结性固体废物膏体充填, 另外一个工作面采用一般的垮落法管理顶板。 短壁开采条带之间保留窄煤柱, 形成一个以膏体充填体、关键层 7 、窄煤柱构成的支撑体系, 控制覆岩和地表变形, 达到保护村庄等建筑物的目的。 短壁间隔充填法是一种部分充填的方法, 充填量较少, 有利于降低充填成本, 一般适用于基岩较厚的薄及中厚煤层条件。 3) 长壁间隔充填法该方法指在村庄压煤范围内, 采用长壁工作面开采, 随着工作面推进, 在工作面后方用胶结性的固体废物膏体材料构筑数个沿工作面推进方向的充填条带, 充填条带之间的空间不充填或部分充填。 长壁间隔充填法也是一种部分充填方法, 支撑体系为充填体、关键层, 适用条件与短壁间隔充填法类似。 4) 冒落区充填法该方法把充填管道布置到采煤工作面冒落区底板, 充填管随工作面推进拖动前移, 在顶板冒落矸石未压实之前把非胶结性固体废物膏体料浆压入矸石空隙, 达到减少覆岩和地表变形、保护村庄等建筑物的目的。 冒落区充填法不需要隔离措施, 也不需要胶结料, 有利于降低充填材料成本, 德国Wallsum, Monopol 等数个煤矿曾经在薄煤层回采工作面后方冒落矸石还未压实之前向采空区充填固体废物膏体, 这种方法减沉效果有限, 地表下沉系数为0。 300。 40 8-9 。 所以, 冒落区充填法一般适用于采深较大的薄及中厚煤层条件。 5) 离层区膏体充填法该方法是把非胶结性的固体废物膏体料浆通过钻孔充填到回采工作面上方离层区, 达到减少覆岩和地表变形, 保护村庄等建筑物的目的。 与目前普通粉煤灰离层区注浆比较, 采用离层区膏体充填方法将大幅度减少浆体中水的流失, 充填量少, 减沉效果明显改善。 离层区膏体充填法一般实用于覆岩有厚层关键层, 采深较大的薄及中厚煤层。5.3.3固体废物膏体充填不迁村采煤的研究与发展 发展固体废物膏体充填不迁村采煤技术主要由三部分组成, 即膏体充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论。 由于固体废物膏体充填在我国煤矿还处于发展的初期
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