高水充填置換開采在埠村煤礦的應(yīng)用

1、高水充填置換開采在埠村煤礦的應(yīng)用(replacement of high water filled the application of coal mining in bucun)（山東淄礦集團(tuán)有限責(zé)任公司埠村煤礦）(shandong zibo mining group co., ltd. bucun mine)摘要 本項(xiàng)技術(shù)針對我國東部地區(qū)普遍存在的村莊建筑物下、水體下、鐵路下壓煤開采（簡稱三下開采），承壓水上開采難題，結(jié)合埠村煤礦9煤層直接頂是四灰，頂板堅(jiān)硬完整不易冒落的特點(diǎn)，自主研發(fā)了高水材料，采用開放式自流充填，對已條帶采采區(qū)911進(jìn)行了復(fù)采，成功復(fù)采煤炭31.5萬噸，解決了三下壓煤、

2、承壓水上開采的世界性難題，為我國乃至世界開采“三下”壓煤、承壓水上開采開辟了一條新的途徑，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。abstract ：this technology prevalent in our country villages in the eastern region under the building, water, railway under the coal mining (mining referred three times), confined water mining problems, combined with bucun coal mine immed

3、iate roof is a four-9 ash, hard roof the characteristics of a complete falling hard, independent research and development of high water, materials, use of open-gravity filling, have been strip mining district 911 were re-mining, mining of coal 315,000 tons a successful recovery, under pressure to so

4、lve the three coal pressure water mining worldwide problem for the exploitation of china and the world, three under pressure coal mining above aquifer opened up a new way, has important practical significance and far-reaching historical significance.朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容 關(guān)鍵詞 高水充填、“三下”壓煤開采不牽村、高

5、回收率、高承壓水上安全回采keywords：high water filling, three under village coal mining does not pull, high recovery, high pressure water safety mining1.前言埠村煤礦位于濟(jì)東煤田（章丘煤田）中南部，行政區(qū)劃屬山東省濟(jì)南市章丘市管轄。地理坐標(biāo)為東經(jīng)11724271173103、北緯363454364223。井田范圍東以文祖斷層（f13）為界，西以亭山斷層（f1）為界，南部以各煤層露頭，北（深部）以采礦許可證批準(zhǔn)的范圍為界，中部以f29斷層為界劃分為一、三兩個(gè)井田。礦區(qū)面積為

6、59.69km2，其中一井田9.13km2、三井田50.56km2。一號井1965年3月正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬t/年，由于資源枯竭，已于2003年12月31日閉坑。三號井1958年10月開始建設(shè)（期間19601966年停建），1970年7月簡易投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45萬t/年。1987年1994年對三井進(jìn)行改擴(kuò)建后，分為東、西兩區(qū)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力提高到90萬t/年。2007年核定生產(chǎn)能力120萬t/年，2009年實(shí)際產(chǎn)量106.3萬噸。礦井開拓方式為立井、斜井多水平開拓，暗斜井延深、上下山采區(qū)布置。礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式。采煤方法為走向長壁后退式，全部陷落法管理頂板。

7、采煤工藝為綜采、機(jī)采。埠村煤礦西區(qū)現(xiàn)有1個(gè)生產(chǎn)水平，既-390m水平，現(xiàn)有6個(gè)采區(qū)，其中生產(chǎn)采區(qū)有4個(gè)，即312采區(qū)、921采區(qū)、315采區(qū)、313采區(qū)，準(zhǔn)備采區(qū)有2個(gè)，即101采區(qū)、103采區(qū)。1.1高水材料充填的經(jīng)過及問題的提出目前，埠村煤礦西區(qū)正在開采1、3煤和9-1煤，截至2007年底，礦井儲量（111b）176.2萬噸，可采儲量（111）72.5萬噸，全部為1、3煤，資源量（331、332、333）3535.6萬噸，其中9煤702.6萬噸，10-1煤2244.9萬噸。9、10煤資源量占礦井資源量的80%，突水系數(shù)大于0.1mpa/m，受水威脅嚴(yán)重。如何安全有效的開采受水威脅的9、10

8、煤，是決定埠村煤礦生死存亡的一大技術(shù)難題，因此，埠村煤礦決策層領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)工程技術(shù)人員在集團(tuán)公司有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持幫助下，通過幾次外出學(xué)習(xí)考察，對兄弟單位的高水充填、超高水充填置換開采技術(shù)，有了深刻的認(rèn)識，外出考察學(xué)習(xí)人員普遍認(rèn)為，高水充填置換開采技術(shù)，技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，適合埠村煤礦的水文地質(zhì)條件，借鑒其成功的高水充填置換開采經(jīng)驗(yàn)，可從根本上解決建下、承壓水上開采問題，實(shí)現(xiàn)無污染綠色開采，解放受徐奧灰承壓水威脅的9、10煤，提高礦井煤炭資源回收率、延長礦井服務(wù)年限，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，鑒于此，埠村煤礦在礦長張友明的帶領(lǐng)下，迅速成立了高水充填領(lǐng)導(dǎo)小組，落實(shí)了任務(wù)、時(shí)間，決定借鑒

9、兄弟單位高水充填的先進(jìn)技術(shù)，主要依托本礦城隆建材公司粉煤灰加氣混凝土砌塊的技術(shù)，走自主研發(fā)的道路，首先研制出高水充填所需的配方，再對充填材料的流動性和膨脹性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)成功后，首先在已回采結(jié)束（條帶采）的911采區(qū)進(jìn)行充填復(fù)采試驗(yàn)，待取的成功經(jīng)驗(yàn)后，推廣至其它采區(qū)。1.2高水材料充填的目的意義通過對采空區(qū)進(jìn)行充填，可有效的防治煤層上覆巖層的下沉及底板突水，從根本上解決建下、承壓水上開采問題，消除礦井水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯等各方面不利因素，實(shí)現(xiàn)無污染綠色開采，解放受徐奧灰承壓水威脅的9、10煤，提高礦井煤炭資源回收率、延長礦井服務(wù)年限，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.3高水充填的特點(diǎn)三下采煤和承壓水上采煤

10、一直是困擾我國煤礦生產(chǎn)正常接續(xù)和持續(xù)發(fā)展的重大問題，特別是我國東部地區(qū)、人口多村莊密度大，村莊壓煤尤為嚴(yán)重，長期以來我國煤礦村莊壓煤，主要采用遷村或條帶開采的方法進(jìn)行開采，然而遷村法存在搬遷成本高、侵占土地、選址困難以及開采后破壞環(huán)境等問題，承壓水上開采主要采用底板預(yù)注漿加固、矸石充填置換開采、水沙充填置換開采、條帶開采等，底板預(yù)注漿加固、矸石充填、水沙充填置換開采成本高、費(fèi)工費(fèi)時(shí)而且效果很差，條帶開采，采出率很低，而且萬噸掘進(jìn)率很高，所以以上方法基本被煤礦企業(yè)所拋棄，而高水充填可以從根本上解決三下壓煤和承壓水上開采的問題，所謂高水充填就是把煤礦附近的矸石、粉煤灰、工業(yè)爐渣、建筑垃圾等在地面加

11、工制作成漿體，采用充填泵或重力加壓，通過管道輸送到井下，利用漿體流動性好的特點(diǎn)適時(shí)充填采空區(qū)，形成以高水充填體為主的支撐體系，有效控制地表沉陷甚至沒有沉陷，有效控制受承壓水威脅的底板變形甚至不發(fā)生變形，實(shí)現(xiàn)村莊不搬遷和承壓水上安全開采。2.911采區(qū)開采情況及分析2.1 911采區(qū)開采條件1.煤層賦存及頂?shù)装迩闆r根據(jù)911采區(qū)實(shí)際開采情況，采區(qū)淺部煤層變薄至不可采、西部邊界煤層與頁巖成互層狀失去開采價(jià)值、開采范圍內(nèi)煤層賦存較穩(wěn)定，煤層厚度1.01.4m之間。911采區(qū)9-1煤頂、底板情況詳見下表。911采區(qū)9-1煤頂、底板情況表類別巖石名稱厚度（m）主要巖石特性頂板老頂砂質(zhì)頁巖6.64灰黑色，

12、含砂少，垂直節(jié)理發(fā)育。直接頂五灰2.50灰色致密，含海百合莖化石。底板直接底細(xì)砂巖6.07灰灰黑色，含粘土質(zhì)長石石英砂巖，含黑云母片。老底砂質(zhì)頁巖3.00黑灰色、細(xì)致，層理不發(fā)育。煤層頂?shù)装逶诓蓞^(qū)內(nèi)變化較小2.開采情況911采區(qū)是埠村煤礦西區(qū)9-1煤首采區(qū)。地面位于山后寨以南、危山北麓，對應(yīng)的地表建筑主要為圣井廣場、圣井鎮(zhèn)政府、山后寨村、309國道橫穿而過。地勢南高北低，地面標(biāo)高97.1114.72m；井下位置，東至煤層可采邊界，西至f17斷層防水煤柱，南至f13斷層防水煤柱及圣井一號煤礦礦界煤柱，北至九十行大巷保護(hù)煤柱。采區(qū)上限標(biāo)高-286.6m，下限標(biāo)高-380.7m。采區(qū)走向長26014

13、30m、傾斜寬400780m，煤層厚度1.01.5m、平均1.3m，煤層傾角514、平均9.5，開采面積733299m2，資源量為143.2萬噸，為防止底板徐奧灰突水，采用傾向小條帶開采的方法，已安全采出49.0萬噸（其中東翼5個(gè)回采工作面共采出23.9萬噸、西翼3個(gè)回采工作面共采出25.1萬噸），剩余資源量為94.17萬噸（包括采區(qū)軌道及皮帶上山保護(hù)煤柱、斷層煤柱、條帶煤柱），采用高水材料對采空區(qū)充填后，按照原工作面采留比，對原條帶煤柱進(jìn)行回采，尚有31.5萬t煤柱儲量可以采出（其中東翼可采出13.0萬噸、西翼3個(gè)回采工作面共采出18.6萬噸）。911采區(qū)東翼共布置5個(gè)回采工作面，其中911

14、0工作面為保護(hù)地面建筑物，于2004年8月15日采用走向條帶開采(采寬40m)進(jìn)行試采，2004年7月15日上條帶采至32m處時(shí)，老頂初次來壓垮落，隨后發(fā)生底板突水，初期涌水量150m3/h，最大涌水量351.6m3/h，穩(wěn)定涌水量331.2m3/h。根據(jù)水質(zhì)化驗(yàn)和工作面周圍觀測資料分析出水水源為底板徐灰水。出水后立即停止工作面回采，研究治水方案，確定采取井上下相結(jié)合的方法進(jìn)行堵水工程。工程設(shè)計(jì)井下5道水閘墻隔離突水工作面，為注漿創(chuàng)造靜水條件，地面注漿孔1個(gè)，終孔層位徐灰底板粘土頁巖。工程自2004年8月25日開始施工，至2005年3月29日注漿結(jié)束竣工。2005年4月5日對隔離工作面進(jìn)行放水

15、，檢驗(yàn)注漿效果，至2005年4月6日積水放出，穩(wěn)定涌水量24m3/h，堵水效果良好，堵水率達(dá)92%。堵水成功后經(jīng)研究，為有效防止底板突水，同時(shí)保護(hù)地面建筑，工作面回采方式改為傾斜條帶開采，工作面里段徐上砂巖富水區(qū)內(nèi)，采用采寬6m，留寬10m；在徐上砂巖富水區(qū)以外，采用采寬15m、留寬25m實(shí)現(xiàn)安全回采；9112工作面借鑒9110面安全回采經(jīng)驗(yàn)，工作面回采方式采用傾斜條帶開采，工作面里段徐上砂巖富水區(qū)內(nèi)，采用采寬6m，留寬10m；在徐上砂巖富水區(qū)以外，采用采寬15m、留寬25m；9114及9116工作面在徐上砂巖富水區(qū)以外，采用傾斜條帶開采，采寬15m、留寬20m；9118工作面位于采區(qū)的最淺部

16、，采用傾斜條帶開采，采寬20m、留寬20m，均實(shí)現(xiàn)安全開采。911采區(qū)西翼共布置3個(gè)回采工作面，其中9111及9113工作面為有效防止底板突水，同時(shí)保護(hù)地面建筑，采用傾斜條帶開采，采寬15m、留寬20m；9115工作面，采用傾斜條帶開采，采寬15m、留寬20m，部分條帶采用采寬20m、留寬20m，均實(shí)現(xiàn)安全開采。2.2地面建筑物影響情況及分析根據(jù)埠村煤礦三井東、西區(qū)部分采區(qū)村莊下壓煤開采方案設(shè)計(jì)，考慮對地面建筑進(jìn)行保護(hù)，設(shè)計(jì)采用條帶法開采方案，其中9煤層采寬40m、留寬36m，10煤層采寬38m、留寬38m，預(yù)計(jì)采后地面村莊建筑物變形控制在級范圍內(nèi)，符合“三下”規(guī)程的相關(guān)規(guī)定。由于911采區(qū)受

17、底板徐灰承壓水嚴(yán)重威脅，為防止采后發(fā)生煤層底板滯后突水，采用傾向小條帶法開采，各工作面分別采用采寬6m留寬10m、采寬15m留寬25m、采寬15m留寬20m、采寬20m、留寬20m，均實(shí)現(xiàn)了安全回采，采后采空區(qū)基本不跨落，只有個(gè)別條帶局部塊段頂板冒落，對地面基本無影響。2.3受承壓水影響情況及分析2003年埠村煤礦與煤炭科學(xué)研究總院西安分院合作在-390水平進(jìn)行了9、10煤水文補(bǔ)勘工程，根據(jù)淄礦集團(tuán)埠村煤礦三井（西區(qū)）9、10煤水文地質(zhì)條件補(bǔ)充勘探成果報(bào)告井田徐灰含水層劃分為三個(gè)水文地質(zhì)塊段（f7斷層以西、f7f8斷層之間和f8斷層以東），4個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)（f7斷層西南區(qū)、f7斷層西北區(qū)、f7

18、f8斷層之間區(qū)、f8斷層以東為區(qū)），區(qū)內(nèi)又劃分2個(gè)亞區(qū)（第一放水孔組至f7斷層間為-1亞區(qū)，該區(qū)以南為-2亞區(qū)）。911采區(qū)的東翼位于水文地質(zhì)條件相對復(fù)雜的區(qū)。區(qū)水文特點(diǎn)是水位高，滲透性及徑流條件好，富水性強(qiáng)，存在極強(qiáng)的補(bǔ)給水源。西翼位于水文地質(zhì)條件相對復(fù)雜的區(qū)。區(qū)水文特點(diǎn)是徐灰含水層滲透性較強(qiáng)，橫向水力聯(lián)系密切，其補(bǔ)給水源主要來自奧灰水垂直補(bǔ)給，奧灰水補(bǔ)給有限。計(jì)算采區(qū)徐灰突水系數(shù)大于0.10mpa/m，工作面采用常規(guī)推采方式受底板徐灰承壓水嚴(yán)重威脅。為防止底板水害，采區(qū)采用小條帶開采，已安全回采結(jié)束，證明采用傾斜條帶開采（采6m留10m、采15m留25m、采15m留20m及采20m留20m

19、）對底板水防治非常有效，底板徐、奧灰突水的可能性很小。3.高水充填材料高水充填材料的主要成分是粉煤灰、石膏、水泥、石灰、發(fā)泡劑等，水料比約為0.6：0.4，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和生產(chǎn)條件下，料漿能產(chǎn)生大約30的膨脹，28天強(qiáng)度達(dá)到或超過2mpa左右。3.1高水材料的充填方法、目前我國采煤方法大體可分為兩種，一是走向長壁后退式采煤法，二是傾向長壁后退式采煤法，根據(jù)兩種采煤方法，可以選擇兩種充填方法，走向長壁后退式采煤法，可選用袋包式充填法（與工作面平行作業(yè)動態(tài)充填），傾向長壁后退式采煤法（仰采），可選用封堵開放式充填法（與工作面平行作業(yè)動態(tài)充填）。通過對911采區(qū)充填復(fù)采方法的論證分析，并結(jié)合充填區(qū)條件，確定采用分段封堵開放式充填（靜態(tài)充填）。911采空區(qū)充填方法：待工作面上下出口止?jié){墻建好后，按照規(guī)定的順序和程序接進(jìn)注漿管路往采空區(qū)注漿，實(shí)現(xiàn)開放自流式充填。具體詳見下圖。具體止?jié){墻的位置詳見下附圖3.2高水材料的充填工藝步驟制作擋墻粉煤灰、石膏、水、制漿攪拌池，制成粉煤灰料漿粉煤灰料漿、固化劑、膨脹劑-澆注攪拌機(jī)輸送充填料充填清管拆除擋墻。簡圖：制作擋墻- -清管-輸送充填料-充填清管拆除擋墻。粉煤灰、水-制漿攪拌池- 澆注攪拌機(jī)固化劑、膨脹劑-固化劑儲罐攪拌- 4.經(jīng)濟(jì)