高水充填采煤講座

1、高水材料充填開采技術(shù)高水材料充填開采技術(shù) 2014年年5月月1 冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)有限公司冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)有限公司總工程師：孫春東總工程師：孫春東2匯報內(nèi)容匯報內(nèi)容項目背景項目背景超高水材料性能超高水材料性能制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)工作面充填工藝工作面充填工藝工程實踐與應(yīng)用效果工程實踐與應(yīng)用效果技術(shù)影響力技術(shù)影響力高水材料沿空留巷技術(shù)高水材料沿空留巷技術(shù)12345673項目背景項目背景1 141 1 項目背景項目背景 煤炭在我國一次性能源消費總量一直占據(jù)70%左右，處于主體地位。據(jù)我國能源賦存的結(jié)構(gòu)，專家預(yù)測未來30年內(nèi)，這一比例不會有大的改變。 雖然煤炭市場目前較為低迷，但是隨著國

2、民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗總量在不斷增加，煤炭所占的比例可能有所下降，但消耗總量在不斷增加。消費總量消費總量我國煤炭資源賦存特點我國煤炭資源賦存特點1 1 項目背景項目背景 由于煤炭資源的過度開發(fā)，使我國中東部地區(qū)煤炭資源瀕于枯竭，但建下壓煤數(shù)量較大。很多的“三下一上”呆滯資源成為礦井的主要開采對象。 根據(jù)上個世紀(jì)90年代末統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國“三下以上”壓煤約為137.9億t，其中建筑下壓煤為87.6億t。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，村鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新礦區(qū)和新井田不斷建設(shè)，實際壓煤量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這一數(shù)字。51 1 立項背景立項背景12341-冒 落 帶2-斷 裂 帶3-導(dǎo) 水 裂 隙 帶 4-彎 曲 下 沉

3、帶-超 前 移 動 角垮 落 法 開 采 地 表 沉 陷0W0 2011年我國煤炭產(chǎn)量達(dá)到35.2億t，其中有95%采用井工開采；井工開采的礦井主要采用傳統(tǒng)的全部垮落法開采，此種開采方法，導(dǎo)致了地表大幅沉降，礦區(qū)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。煤炭開采存在的主要問題煤炭開采存在的主要問題6煤炭開采存在的主要問題煤炭開采存在的主要問題煤炭開采對環(huán)境造成破壞煤炭開采對環(huán)境造成破壞 對水資源的破壞對水資源的破壞 造成土地資源的破壞造成土地資源的破壞 產(chǎn)生大量有毒有害氣體產(chǎn)生大量有毒有害氣體地表塌陷、積水建筑物損毀耕地沉陷河流干涸大氣污染1 1 項目背景項目背景7造成建筑物的破壞造成建筑物的破壞 充填開采，是在地下

4、采場將煤炭資源采出后，用另外一種廉價的物體充入已采完煤炭的空間，使充入的物體起到支撐作用，煤炭開采后地表不再塌陷，或大幅度減小下沉量，這是一種新的采礦方法。1 1 立項背景立項背景81 1 項目背景項目背景9 “十一五十一五”期間，在錢鳴高院士倡導(dǎo)煤礦綠色開采期間，在錢鳴高院士倡導(dǎo)煤礦綠色開采的背景下，充填開采技術(shù)在煤礦得到較快的發(fā)展，出現(xiàn)的背景下，充填開采技術(shù)在煤礦得到較快的發(fā)展，出現(xiàn)了如矸石、粉煤灰等固體充填及膏體充填等方法。了如矸石、粉煤灰等固體充填及膏體充填等方法。 冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)針對存在資源緊張的問題，冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)針對存在資源緊張的問題，自自20062006年年2008

5、2008年開始在陶一煤礦研究實施年開始在陶一煤礦研究實施高水材料高水材料沿空留巷技術(shù)研究沿空留巷技術(shù)研究、超高水材料礦山充填開采技術(shù)超高水材料礦山充填開采技術(shù)研究與應(yīng)用研究與應(yīng)用項目，取得成功。項目，取得成功。1 1 立項背景立項背景1）充填開采工藝減少了開采后的地表沉陷減少了開采后的地表沉陷，降低了對地表生態(tài)環(huán)境的影響，并且利用了一些廢棄物，解決了礦區(qū)環(huán)境的污染問題解決了礦區(qū)環(huán)境的污染問題。2）由于開采工藝的改變，可以改善井下安全條件，特別對水害、瓦斯水害、瓦斯突出和沖擊地壓事故突出和沖擊地壓事故的發(fā)生，能夠起到有效的防范作用。3）可以減少各類煤柱的留設(shè)量，提高資源采出率提高資源采出率；同時

6、減輕了開采對地表建筑物的破壞，緩解了開采沉陷引起的社會矛盾緩解了開采沉陷引起的社會矛盾。4）充填開采可以極大地縮短開采影響時間，減少了環(huán)境破壞的不確定減少了環(huán)境破壞的不確定因素因素?？傮w來說煤礦充填開采具有以下優(yōu)勢：總體來說煤礦充填開采具有以下優(yōu)勢：101 1 立項背景立項背景冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)針對存在資源緊張的問題，經(jīng)過充分調(diào)研論證，自冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)針對存在資源緊張的問題，經(jīng)過充分調(diào)研論證，自20082008年開始在陶一礦實施年開始在陶一礦實施超高水材料礦山充填開采技術(shù)研究與應(yīng)用超高水材料礦山充填開采技術(shù)研究與應(yīng)用項項目。主要技術(shù)優(yōu)勢：目。主要技術(shù)優(yōu)勢：（1）超高水材料充填固體資源用

7、量少固體資源用量少（固體料占充填體積的3%5%）；漿體凝固速度快而可調(diào)，早期強(qiáng)度高而可控漿體凝固速度快而可調(diào)，早期強(qiáng)度高而可控；充填體處于地下封閉的受力狀態(tài)下，基本不可壓縮，具有良好的承載性能具有良好的承載性能。（2）充填工藝系統(tǒng)簡單可靠，制漿和輸送系統(tǒng)具有自動化程度高、勞動強(qiáng)自動化程度高、勞動強(qiáng)度低、輸送距離遠(yuǎn)度低、輸送距離遠(yuǎn)（經(jīng)濟(jì)流速可達(dá)8000m/h）、輸送能力大輸送能力大等良好性能。（3）充填工藝適應(yīng)性強(qiáng)充填工藝適應(yīng)性強(qiáng)，可以根據(jù)煤層條件采用多種不同的充填開采工藝方法，可實現(xiàn)安全高效開采。（4）可大量使用礦井水可大量使用礦井水，將礦井廢水變?yōu)橘Y源充分利用，避免礦井水大量排放造成地表水污

8、染，能夠極大的提高資源利用率。（5）充填系統(tǒng)投資小充填系統(tǒng)投資小，初期投資是其它充填開采系統(tǒng)的10%20%；利用已有井巷敷設(shè)管道輸送，不需額外增加井巷工程投資。11超高水材料性能超高水材料性能2 21213超高水材料是該項成果的核心技術(shù)；將超高水材料通過試驗研究到應(yīng)用于礦山充填開采，需解決一系列關(guān)鍵技術(shù)，該項目在成功完成工業(yè)化及規(guī)?；瘧?yīng)用過程中，解決了以下幾方面的關(guān)鍵技術(shù)：2 2 超高水材料性能超高水材料性能（一）研制出了水體積高達(dá)97%的超高水材料；（二）研發(fā)制造了全自動大流量漿體制備系統(tǒng)；（三）研發(fā)了大流量遠(yuǎn)距離雙液自動調(diào)控漿體輸送系統(tǒng)（配套風(fēng)水聯(lián) 動管路清洗系統(tǒng)）；（四）研究應(yīng)用了多種充

9、填開采工藝技術(shù)方法和配套裝備；（五）研究改造了普通水泥生產(chǎn)線加工生產(chǎn)超高水材料。14 我國在上個世紀(jì)80年代由英國引進(jìn)并研制了水體積在90%左右的高水材料。本項目研究的高水材料水體積可達(dá)97%，為了便于研究和稱謂，該項目將水體積高于95%的固水性材料稱為超高水材料。 高水材料固結(jié)體主要以鈣礬石（分子式為：CaOAl2O33CaSO432H2O）為主，其余為膠凝物質(zhì)和極少量的游離水。其性能主要取決于鈣礬石生成量的多少、鈣礬石的結(jié)晶形態(tài)、形成速率及穩(wěn)定性。 2 2 超高水材料性能超高水材料性能 超高水材料的固體物料有超高水材料的固體物料有A A、B B兩種主料和兩種主料和A-AA-A、B-BB-B

10、兩種兩種輔料共輔料共4 4種組分構(gòu)成：種組分構(gòu)成：（一）基本組成（一）基本組成A料為類水泥熟料，原料主要由鋁礬土、石灰石和其它少量礦物燒制研磨制成；B料原料主要由生石膏、生石灰和其他少量礦物按照一定比例混合研磨制成；A-A料是由緩凝劑、懸浮分散劑等成分組成的復(fù)合緩凝劑；B-B料是由促凝劑、懸浮分散劑等成分組成的復(fù)合促凝劑。152 2 超高水材料性能超高水材料性能16 典型SEM分析顯示，原高水材料結(jié)晶體多以團(tuán)狀或柱狀存在，針狀較少，且較稀疏；新型高水速凝材料多以針狀與樹枝狀結(jié)構(gòu)存在，且較密實。鈣礬石結(jié)晶型態(tài)的變化，使新型高水材料性能得到極大改善，并將水體積提高至97%時，固結(jié)體仍有一定強(qiáng)度。較

11、早高水材料較早高水材料新型高水材料新型高水材料（一）基本組成（一）基本組成2 2 超高水材料性能超高水材料性能1794%95%96%97% 圖中所示，不同水體積超高水材料固結(jié)體形成的鈣礬石晶體形態(tài)差異較大。鈣礬石晶體的粗大程度、密度是影響固結(jié)體強(qiáng)度、初凝、穩(wěn)定性等性質(zhì)的關(guān)鍵。SEMSEM（電子顯微鏡）圖（放大（電子顯微鏡）圖（放大30003000倍）倍）（一）基本組成（一）基本組成2 2 超高水材料性能超高水材料性能18 A、B兩種材料漿在未混合前24小時以上不可固結(jié)。一旦兩者混合，則可在10分鐘至90分鐘內(nèi)凝結(jié)。 超高水充填材料凝結(jié)時間是確定充填工藝的基本參數(shù)。該材料屬于早強(qiáng)、快硬型膠結(jié)材料

12、，初凝與終凝時間很近。一般情況下，在其它條件相同的前提下，超高水材料的凝結(jié)主要受水灰比與外加劑的影響。 水體積，/%91929394959697凝結(jié)時間，/min8111316192122不同水體積超高水材料測得的凝結(jié)時間（外加劑相同） （二）凝結(jié)特性（二）凝結(jié)特性2 2 超高水材料性能超高水材料性能19u 強(qiáng)度強(qiáng)度 如圖所示為不同水體積下超高水充填材料固結(jié)體抗壓強(qiáng)度隨時間變化的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，超高水充填材料固結(jié)體早強(qiáng)特征明顯，早期強(qiáng)度2小時、8小時和7天強(qiáng)度分別占最終強(qiáng)度的1.96%21%、15%35%和66%90%。這些為提高采充效率、改善充填體的早期承載能力奠定了基礎(chǔ)。（三）力學(xué)性能

13、（三）力學(xué)性能2 2 超高水材料性能超高水材料性能20 齡期齡期體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)2h/MPa8h/MPa1d/MPa3d/MPa7d/MPa28d/MPa97%0.0450.1180.250.3160.3210.3396%0.090.2040.340.4320.470.5495%0.180.2940.630.6580.6810.722 2 超高水材料性能超高水材料性能（三）力學(xué)性能（三）力學(xué)性能u 強(qiáng)度強(qiáng)度21u 形變特性形變特性固結(jié)體體積應(yīng)變固結(jié)體體積應(yīng)變隨時間變化規(guī)律隨時間變化規(guī)律 超高水充填材料用于采空區(qū)充填后，固結(jié)體受到上覆巖層的作用。在這種封閉狀態(tài)下，固結(jié)體體積是否會發(fā)生收縮或膨脹，

14、直接影響對上覆巖層的有效控制。如圖所示，不同水體積的超高水材料固結(jié)體其體積應(yīng)變隨時間變化非常小，說明了在三向受力狀態(tài)下表現(xiàn)不可壓縮性。 （三）力學(xué)性能（三）力學(xué)性能2 2 超高水材料性能超高水材料性能 為了研究井下實際充填效果，將超高水材料按水體積比95%分成四類情礦研究了工程力學(xué)特性，即：純超高水材料固結(jié)體（1組）、上（下）半部是超高水材料和矸石混合材料,下（上）半部是純超高水材料固結(jié)體（2.3組）、組超高水材料和矸石整體混合材料（4組）?？箟涸嚰箟涸嚰?抗剪試件抗剪試件 抗拉試件抗拉試件 u 工程力學(xué)特性工程力學(xué)特性22（三）力學(xué)性能（三）力學(xué)性能2 2 超高水材料性能超高水材料性能試驗

15、結(jié)果試驗結(jié)果：不同材料相同時間下的抗壓強(qiáng)度變化情況抗壓強(qiáng)度對比（抗壓強(qiáng)度對比（1 1天）天）抗壓強(qiáng)度對比（抗壓強(qiáng)度對比（2 2天）天）各個時間段中加壓過程中第4組材料的應(yīng)力增加最快，且強(qiáng)度最高232 2 超高水材料性能超高水材料性能u 工程力學(xué)特性工程力學(xué)特性膠結(jié)矸石強(qiáng)度情況膠結(jié)矸石強(qiáng)度情況不同時間抗壓強(qiáng)度對比不同時間抗壓強(qiáng)度對比隨時間延長，抗壓強(qiáng)度逐漸增加。第4組材料（超高水和矸石混合材料）強(qiáng)度最高，第2組（上半部是超高水和矸石混合材料與下半部是純超高水材料）和3組（下部是超高水和矸石混合材料與上部是純超高水材料）強(qiáng)度基本一致，試驗表明高水材料混入矸石后對提高充填體強(qiáng)度有利。242 2 超高

16、水材料性能超高水材料性能u 工程力學(xué)特性工程力學(xué)特性 利用自行研制的10000 kN大尺寸(長寬高=1500 mm600 mm900 mm)試驗系統(tǒng)對試件力學(xué)特性進(jìn)行分析約 束 鋼 棒承 壓 板液 壓 枕大 試 件高 壓 油 管計 算 機(jī)靜 態(tài) 電 阻 應(yīng) 變 儀穩(wěn)壓系統(tǒng)電 橋 盒PYHD型 位 移 傳 感 器（a a）系統(tǒng)）系統(tǒng)示意示意（b b）實）實照照u 大尺寸超高水材料大尺寸超高水材料固結(jié)固結(jié)體體蠕變特性蠕變特性25（三）力學(xué)性能（三）力學(xué)性能2 2 超高水材料性能超高水材料性能(a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)(e)(e)(f)(f)裂隙裂隙破壞破壞26（三）力學(xué)性能（

17、三）力學(xué)性能2 2 超高水材料性能超高水材料性能27置于空氣中的材料固結(jié)體，游離水的失去與凝膠的失穩(wěn)，使固結(jié)體表面松散，固結(jié)體中的鈣礬石與空氣接觸，造成鈣礬石的崩解，最終強(qiáng)度喪失。鈣礬石在加熱情況下，會發(fā)生失水。說明材料不適合用于地面及干、熱環(huán)境。材料固結(jié)體材料固結(jié)體2828天時的質(zhì)量損失與水體積關(guān)系天時的質(zhì)量損失與水體積關(guān)系固結(jié)體烘烤時質(zhì)量降低隨時間的變化情況固結(jié)體烘烤時質(zhì)量降低隨時間的變化情況（四）風(fēng)化性與熱穩(wěn)定性分析（四）風(fēng)化性與熱穩(wěn)定性分析2 2 超高水材料性能超高水材料性能28A料漿實測表觀粘度與時間的變化關(guān)系，料漿實測表觀粘度與時間的變化關(guān)系，mPa.sB料漿實測表觀粘度與時間的變

18、化關(guān)系，料漿實測表觀粘度與時間的變化關(guān)系，mPa.s（五）流變特性研究（五）流變特性研究2 2 超高水材料性能超高水材料性能29 混合漿體流變共同特點：當(dāng)材料臨近凝結(jié)時間時，其粘度各曲線均存在拐點，漿體粘度在極短的時間內(nèi)迅速攀升，混合漿體很快失去流動性。（五）流變特性研究（五）流變特性研究2 2 超高水材料性能超高水材料性能30（五）流變特性研究（五）流變特性研究單漿流體的流變性能研究： 由單槳體表觀粘度隨時間變化關(guān)系（均小于1.5）可以看出，從工程應(yīng)用角度考慮，超高水充填材料A與B漿液粘度屬低粘度似水流體，可把它們看作牛頓流體?；旌蠞{體流動性研究： A、B料漿混合后，其性能除與各自配比有關(guān)外

19、，其含水量顯然是影響粘度的顯著因素?；诖耍ㄟ^調(diào)整材料成分配比及水體積含量，控制材料在不同的水體積下凝結(jié)時間可以大致相等。2 2 超高水材料性能超高水材料性能31料漿制備與輸送料漿制備與輸送系統(tǒng)系統(tǒng)3 33 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng) 為了提高充填系統(tǒng)效率，項目先后研制了用于井下使用和地面使用的不同制漿能力的漿體制備系統(tǒng)。（專利號：ZL2009 2 0036447.9） 32儲儲料料系系統(tǒng)統(tǒng)自動配比系統(tǒng)自動配比系統(tǒng)攪拌系統(tǒng)攪拌系統(tǒng)建在地面或建在地面或自溜充填自溜充填輸送系統(tǒng)輸送系統(tǒng)（一）（一）井下制漿系統(tǒng)井下制漿系統(tǒng)33井下制漿系統(tǒng)平面圖井下制漿系統(tǒng)平面圖投料投料上料上料攪拌攪拌儲漿儲

20、漿輸送輸送3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)34雙泵系統(tǒng)充填能力（m3/h）輸送距離（km）輸送管路直徑（mm）144320基本不受限制100150（一）（一）井下制漿系統(tǒng)井下制漿系統(tǒng)井下制漿設(shè)備照片井下制漿設(shè)備照片制漿系統(tǒng)控制圖制漿系統(tǒng)控制圖3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)35（一）（一）井下制漿系統(tǒng)井下制漿系統(tǒng)井下系統(tǒng)的優(yōu)勢：井下系統(tǒng)的優(yōu)勢： 1、充填系統(tǒng)簡單、投資較?。?2、根據(jù)充填地點不同，充填站位置可就近，選擇余地大； 3、無需考慮地面建設(shè)用地，減少工農(nóng)矛盾；井下系統(tǒng)的劣勢：井下系統(tǒng)的劣勢： 1、需要開掘較大的硐室，施工難度大； 2、不易實現(xiàn)自動化，需人工上料，效率低； 3、粉

21、塵較大，勞動環(huán)境差，工人勞動強(qiáng)度大。3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)超高水材料地面充填系統(tǒng)，分為：儲料、儲水、制漿、儲漿、流量控制和雙液匹配系統(tǒng)。其中制漿系統(tǒng)是該系統(tǒng)的核心，其又包括上料系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等。（二）地面漿體制備系統(tǒng)（二）地面漿體制備系統(tǒng)36制漿準(zhǔn)備制漿準(zhǔn)備制漿制漿輸送輸送3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)蓄水池A料料倉AA料料倉稱料斗稱料斗稱料斗攪拌桶攪拌桶儲漿池蓄水池B料料倉BB料料倉稱料斗稱料斗稱料斗攪拌桶攪拌桶儲漿池充填管路充填混合管路充填工作面 目前充填站設(shè)計能力為320m3/h，滿足了充填工作面年產(chǎn)百萬噸的需求。 地面充填

22、泵站的建立，減小了充填時間，增大了凝結(jié)時間，優(yōu)化了充填采充循環(huán)作業(yè)。37（二）地面漿體制備系統(tǒng)（二）地面漿體制備系統(tǒng)3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)38（二）地面漿體制備系統(tǒng)（二）地面漿體制備系統(tǒng)地面制漿系統(tǒng)的優(yōu)勢：地面制漿系統(tǒng)的優(yōu)勢： 1、系統(tǒng)能力大，充填系統(tǒng)設(shè)計無需考慮空間大??； 2、易于形成自動化控制，減少人工投入； 3、管理較為簡單； 4、工人勞動作業(yè)環(huán)境大為改善。地面制漿系統(tǒng)的輸送的選擇：地面制漿系統(tǒng)的輸送的選擇： 目前地面系統(tǒng)輸送分為兩種方式：一種為泵送輸送；另一種為自流方式。 由于自流方式操作簡單，易于控制，已普遍推廣。3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)（三）大流量雙液匹配

23、自動控制漿體輸送系統(tǒng)（三）大流量雙液匹配自動控制漿體輸送系統(tǒng) 超高水材料充填要求A、B料漿等量混合才能保證其性能穩(wěn)定，為實現(xiàn)等量輸送，利用超高水材料漿體流動性好的優(yōu)點，設(shè)計和應(yīng)用了大流量雙液匹配自動控制漿體輸送系統(tǒng)。39流量自動控制示意圖系統(tǒng)控制界面3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)（三）大流量控制技術(shù)及雙液匹配系統(tǒng)（三）大流量控制技術(shù)及雙液匹配系統(tǒng) 該系統(tǒng)主要構(gòu)成有電動閥門、電磁閥門、PLC控制系統(tǒng)。主要靠電磁閥門的開啟度控制儲漿池的卸料量。40（三）大流量雙液匹配自動控制漿體輸送系統(tǒng)（三）大流量雙液匹配自動控制漿體輸送系統(tǒng) 為了使得無泵自溜充填能夠達(dá)到流量可控、雙液匹配的效果，在管路上安

24、裝流量計、電磁閥。通過流量計測得兩管的流量，然后將信號返回，調(diào)節(jié)電磁閥，以控制雙液的流量。目前，陶一煤礦實際應(yīng)用的單管流量為160m3/h，最遠(yuǎn)輸送距離達(dá)到3300m。3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng) 采用地面充填站進(jìn)行充填，管路距離較長，目前陶一煤礦12706工作面充填管路長度達(dá)到3300m以上，如果采用傳統(tǒng)的壓水進(jìn)行清洗管路，產(chǎn)生的尾漿量可能達(dá)到100m3，通過不斷研究和試驗，采用風(fēng)水聯(lián)動進(jìn)行管路的清洗，用水量不超過20m3，解決了尾漿處理困難的問題。41（四）風(fēng)水聯(lián)動清洗系統(tǒng)（四）風(fēng)水聯(lián)動清洗系統(tǒng)地面空壓機(jī)3 3 制漿及輸送系統(tǒng)制漿及輸送系統(tǒng)42工作面充填工藝工作面充填工藝4 44

25、4 工作面充填工藝工作面充填工藝（一）袋式充填工藝技術(shù)（一）袋式充填工藝技術(shù)1-采煤機(jī)；2-刮板輸送機(jī)；3-液壓支架4-轉(zhuǎn)載機(jī)；5-充填體；6-開切眼位置41356L561232采空區(qū)袋（包）式充填示意圖采空區(qū)袋（包）式充填示意圖 采空區(qū)全袋式充填方式是在采空區(qū)范圍內(nèi)全部布置充填袋，袋內(nèi)充入超高水充填材料，凝固后對上覆巖層直接進(jìn)行支撐。 該工藝取得了國家發(fā)明專利：ZL200910185319.5 4344（四）研發(fā)了充填采煤工藝技術(shù)（四）研發(fā)了充填采煤工藝技術(shù)充填體后頂梁后擋板 超高水材料袋式充填支架研制了適合袋式充填開采的成套專用充填液壓支架實用新型專利：“一種采空區(qū)袋式充填液壓支架”專利號

26、：ZL201020137065.8u袋式充填支架研制袋式充填支架研制（四）充填采煤工藝技術(shù)多樣化（四）充填采煤工藝技術(shù)多樣化5m5m4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝45（一）袋式充填工藝技術(shù)（一）袋式充填工藝技術(shù) 充填支架的支護(hù)強(qiáng)度與工作面礦壓相適應(yīng)；支架結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相適應(yīng)；支護(hù)斷面與通風(fēng)要求相適應(yīng)；推移連接裝置與采煤機(jī)，刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配。另外，充填液壓支架后部必須提供可供進(jìn)行袋式充填需要的空間，且后頂梁要盡量的薄，減小未接頂量。足夠足夠支撐支撐強(qiáng)度夠，強(qiáng)度夠，厚度薄。厚度薄。4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝46（一）袋式充填工藝技術(shù)（一）袋式充填工藝技術(shù) 由于工作面較長，

27、封閉的充填袋不能一次全長布置，一般每8-10個支架為一個單元，布一個充填袋，每個袋之間需設(shè)隔板支架。隔板支架的前部與基本支架相同，后部頂梁下和底座上均安裝有橫向的隔板，與基本支架后部的擋板共同組成一個四方體的空間，懸掛充填袋進(jìn)行充填。隔板支隔板支架擋板架擋板4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝47 袋式充填的優(yōu)勢： 1、工藝適應(yīng)性較強(qiáng)，能夠進(jìn)行傾斜長壁開采、走向長壁開采；采高目前最大達(dá)到5.0m（邯鄲礦業(yè)集團(tuán)亨健煤礦）。 2、充填率可控，能夠?qū)Τ涮钋闆r較好的掌控，效果較為直觀。 3、機(jī)械化程度較高，可以實現(xiàn)采煤充填的正規(guī)循環(huán)。陶一煤礦采用“四六”工作制，實際月產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到8.3萬t，基本實現(xiàn)了“

28、百萬噸充填工作面”的目標(biāo)。 目前袋式充填與采煤還有些影響。但是隨著充填支架的改進(jìn)、充填材料的改良，逐步會實現(xiàn)采充互不影響這個目標(biāo)。4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝12451-采煤機(jī)；2-刮板輸送機(jī)3-液壓支架；4-轉(zhuǎn)載機(jī)；5-充填體5A-A3 自開切眼始，工作面推進(jìn)適當(dāng)距離后，即對采空區(qū)實施充填。隨著充填工作面的不斷推進(jìn)，充填漿體液面不斷上升，逐漸將低于工作面位置水平以下的采空區(qū)充填密實，并將部分垮落下來的矸石（若存在）膠結(jié)起來，形成整體支撐上覆巖層的充填膠結(jié)承載體。 48（二）采空區(qū)開放式充填（二）采空區(qū)開放式充填4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝 開放式充填的技術(shù)核心是控制基本頂（老

29、頂）不垮落。由此，在采高較大或傾角較緩時，通過抬高充填液面，縮小懸頂跨度，控制基本頂頂不垮落，來控制覆巖下沉，進(jìn)而減小地表下沉量。49（二）采空區(qū)開放式充填（二）采空區(qū)開放式充填4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝50開放式充填的優(yōu)勢： 1、適合仰斜開采的煤層，坡度在8以下的緩傾斜、大采高工作面可采用抬高液面的方法，提高即時充填率。 2、可采取采空區(qū)打鉆、埋管等方法進(jìn)行專門的補注充填，保證充填率達(dá)到較高水平。 3、超高水材料能夠較好的膠結(jié)垮落的矸石，灌注裂隙帶，保證三帶發(fā)展控制在較小的范圍。 4、可以采用常用支架，充填與回采互不影響。 開放式充填對地質(zhì)條件適應(yīng)能力較差，充填率相對較低，特別是在

30、工作面有明顯涌水的情況下不宜采用。 （二）采空區(qū)開放式充填（二）采空區(qū)開放式充填4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝 混合式充填法，即袋式充填和開放式充填間隔應(yīng)用的一種方式，在條件允許時，能降低采充相互影響，提高充填率和生產(chǎn)效率。4BBL1L2 1-采煤機(jī);2-刮板輸送機(jī);3-液壓支架 4-轉(zhuǎn)載機(jī);5-袋式充填體;6-充填體5A-AB-B5523167623123165袋間頂板局部冒落袋間頂板局部冒落充填包充填包51（三）混合式充填開采（三）混合式充填開采4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝52（四）充填開采精細(xì)化管理（四）充填開采精細(xì)化管理4 4 工作面充填工藝工作面充填工藝 技術(shù)上的創(chuàng)新和

31、進(jìn)步是充填開采工藝發(fā)展、推廣的前提，但是充填開采工序相比較完全垮落依然繁瑣，因此需要加大充填開采管理力度，需要按照標(biāo)準(zhǔn)的工作程序進(jìn)行操作，保證充填效果能夠達(dá)到預(yù)期目的。 充填開采的主要目的是減少地表下沉。因此主要從兩個方面加強(qiáng)管理：首先，加強(qiáng)充填材料質(zhì)量，保證充填體強(qiáng)度達(dá)標(biāo)；其次，加強(qiáng)充填率監(jiān)督考核管理，保證充填效果。工程實踐與效果工程實踐與效果5 55354（一）邯鄲礦業(yè)集團(tuán)充填情況（一）邯鄲礦業(yè)集團(tuán)充填情況5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證 陶一煤礦從陶一煤礦從20082008年開始進(jìn)行超高水材料充填，已年開始進(jìn)行超高水材料充填，已經(jīng)充填開采了經(jīng)充填開采了1111個充填工作面，其中邯長鐵

32、路下的個充填工作面，其中邯長鐵路下的1270612706工作面、工作面、1270212702工作面屬于規(guī)模化開采；亨健工作面屬于規(guī)?；_采；亨健公司也從公司也從20122012年進(jìn)行年進(jìn)行5.0m5.0m大采高充填規(guī)模開采，已大采高充填規(guī)模開采，已開采了開采了25152515和和25132513兩個工作面。目前全公司累計采兩個工作面。目前全公司累計采出煤炭資源出煤炭資源200200余萬噸。余萬噸。 工作面名稱充填方式工作面長度/m采高/m采出煤量/萬t充1開放式504.211.34充2袋式504.210.96充3開放式504.210.86充4袋式504.210.09充5開放式504.212.1

33、3充6開放式1202.416.64充7袋式504.210.20充8袋式504.210.96充9袋式504.211.3212706袋式1003.537.7212702袋式1003.526.87（一）邯鄲礦業(yè)集團(tuán)充填情況（一）邯鄲礦業(yè)集團(tuán)充填情況5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證56（一）邯鄲礦業(yè)集團(tuán)充填情況（一）邯鄲礦業(yè)集團(tuán)充填情況5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證 邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶一礦、亨健礦井田一礦、亨健礦井田邊界相鄰，地質(zhì)條邊界相鄰，地質(zhì)條件相似，主采煤層件相似，主采煤層2#2#煤，煤厚煤，煤厚3 35m5m，局部有火成巖侵入，局部有火成巖侵入，直接頂為泥巖，老直接頂為泥巖

34、，老頂為泥巖砂巖。工頂為泥巖砂巖。工作面埋深為作面埋深為230m420m230m420m。 首個試驗面在陶一礦充首個試驗面在陶一礦充1 1面進(jìn)行，采用開放式充填。采面進(jìn)行，采用開放式充填。采取多種手段對充填效果進(jìn)行了探查與驗證取多種手段對充填效果進(jìn)行了探查與驗證（如沿工作面（如沿工作面正上方掘觀測巷、鉆打窺視孔、在被充填的采空區(qū)中掘正上方掘觀測巷、鉆打窺視孔、在被充填的采空區(qū)中掘探巷、工作面礦壓觀測及地表變形觀測等探巷、工作面礦壓觀測及地表變形觀測等）。）。57運輸巷回風(fēng)巷觀巷測一 階 段二 階 段三 階 段四 階 段第一探巷第二探巷鉆 孔 (探 眼 )123456789101-11-21-3

35、2-12-22-3理 論 液面 高 度探 巷 1觀 測 巷探 巷 2補 充 注 漿（二）開放式充填效果驗證（二）開放式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證充填體開放式充填開采后，向采空區(qū)方向打鉆孔攝像觀測、掘進(jìn)巷道等手段，如圖所示，超高水漿體能夠灌注到細(xì)微的縫隙中，較好的膠結(jié)了圍巖裂隙，灌縫效果明顯。（二）開放式充填工藝效果驗證（二）開放式充填工藝效果驗證2 2 主要技術(shù)內(nèi)容主要技術(shù)內(nèi)容58充填體膠結(jié)體a a）開掘老巷探測）開掘老巷探測b b）鉆孔探測）鉆孔探測c c）鉆孔取芯情況）鉆孔取芯情況充填體充填體充填體充填體探 巷 1探 巷 2探 孔 1-1探 孔 1-2探 孔 1-3探

36、 孔 2-1探 孔 2-2探 孔 2-316.4m16.5m18.7m17.6m18.919.2m開放式充填開采后，向采空區(qū)方向打鉆孔并對鉆孔進(jìn)行攝像觀測，如圖所示，超高水漿體能夠灌注到細(xì)微的縫隙中，較好的膠結(jié)了圍巖裂隙，灌縫效果明顯。（二）開放式充填效果驗證（二）開放式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證5960如圖為膠結(jié)鉆芯的膠結(jié)如圖為膠結(jié)鉆芯的膠結(jié)效果與漿體的充填效果。效果與漿體的充填效果。如圖所示，超高水材料如圖所示，超高水材料充填效果較好。充填效果較好。（二）開放式充填效果驗證（二）開放式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證61工作面液壓支架支護(hù)阻力變化曲線工

37、作面液壓支架支護(hù)阻力變化曲線支架阻力變化典型曲線如圖所示，由圖可知，在工作面推進(jìn)過程中，液壓支架最大支護(hù)阻力一般在30 MPa以下，沒有出現(xiàn)周期性的突然變化，說明在對采空區(qū)實施充填開采以后，采空區(qū)上覆巖層活動較為平穩(wěn)，上覆巖層沒有發(fā)生劇烈的回轉(zhuǎn)下沉，沒有出現(xiàn)明顯的周期來壓現(xiàn)象。（二）開放式充填效果驗證（二）開放式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證電磁法進(jìn)行底板破壞深度的試驗電磁法進(jìn)行底板破壞深度的試驗高水材料充填開采下的底板破壞深度約5m，超前破壞距離約為2m，滯后回采線約15m；通過斷層面附近，使用爆炸破巖方式回采時破壞范圍較大，底板破壞深度約7m， 超前破壞范圍約1020m。

38、（二）開放式充填效果驗證（二）開放式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證62巷道圍巖變形隨工作面推進(jìn)的變化曲線，由圖可知，充填開采條件下，巷道圍巖變形量總體較小。巷道圍巖變形主要是巷道兩幫變形，兩幫最大移近量為222 mm，頂?shù)装逑鄬σ平孔畲鬄?0 mm，工作面距測站46 m時圍巖變形較為劇烈。 工作面兩巷移近量觀測工作面兩巷移近量觀測5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證（二）開放式充填效果驗證（二）開放式充填效果驗證6364（三）袋式充填效果驗證（三）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證KJ550KJ550型微震監(jiān)測系統(tǒng)實物圖型微震監(jiān)測系統(tǒng)實物圖檢波器錨桿示意圖

39、檢波器錨桿示意圖采用KJ550微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測圍巖破斷情況，全部數(shù)據(jù)自動上傳地面，并且自帶數(shù)據(jù)分析軟件，是采場上覆巖層破壞監(jiān)測的較好手段。頂錨桿頂錨桿檢波器檢波器萬向萬向頭頭頂錨桿頂錨桿檢波器檢波器運輸巷運輸巷回風(fēng)巷回風(fēng)巷接線盒接線盒接線盒接線盒運輸軌運輸軌道道皮皮 帶帶65（三）袋式充填效果驗證（三）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證KJ550微震監(jiān)測工作面布置方案。66（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證67微地震監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)頂?shù)装鍘r層破裂過程的三維、實時監(jiān)測以及破裂場的空間分布范圍和分布規(guī)律。每個藍(lán)色的點顯示一次微震事件，震

40、源定位的最小震動能量為10J，根據(jù)微震事件密集程度、能量大小等分布特點，能夠監(jiān)測采掘工作面推進(jìn)過程中移動支承壓力和側(cè)向支承壓力的發(fā)展規(guī)律，煤柱（礦柱）失穩(wěn)，斷層、陷落柱等構(gòu)造活化情況，以及頂?shù)装鍘r層破裂情況等。（二）袋式充填效果驗證（二）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證68u每日微震事件在傾向上的分布圖中可以看出，工作面附近覆巖微震事件在高度上的分布呈現(xiàn)分區(qū)性發(fā)展的規(guī)律，頂板高度主要在距離煤層40m以內(nèi)，底板高度在距離煤層15m以內(nèi)。u 低位巖層的微震事件則密集分布，集中在運輸巷和回風(fēng)巷周圍的煤巖體中，主要表現(xiàn)為工作面開采擾動導(dǎo)致頂板及巷道周為巖體破碎。u 高位巖層的微震事

41、件集中在2040m范圍內(nèi)，多表現(xiàn)為低能量微震事件，巖體發(fā)生破裂及彎曲形成的離層。u 在時間上，微震事件每隔幾天便會出現(xiàn)一次事件較多、分布范圍相對較大的12次，反映了巖層周期性運動的規(guī)律。（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證69（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證煤層超前應(yīng)力傳感器煤層超前應(yīng)力傳感器應(yīng)力應(yīng)力- -信號轉(zhuǎn)換器信號轉(zhuǎn)換器超前支承應(yīng)力的大小與工作面礦壓顯現(xiàn)程度有重大關(guān)系，因此采用超前煤層鉆孔應(yīng)力監(jiān)測支承應(yīng)力的變化。70 煤體應(yīng)力計安裝在702工作面副巷，順槽內(nèi)布置8組應(yīng)力傳感器，每組兩個傳感器，深度分別

42、為7和14米。組間距30米，安裝在靠工作面一幫。（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證分站安放分站安放區(qū)域區(qū)域7120 10057L/mP/Mpa2Mpa20 10057L/mP/Mpa2Mpa20 10057L/mP/Mpa2Mpa20 10057L/mP/Mpa2Mpa（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證72工作面距離鉆孔應(yīng)力計距離(超前影響距離L)L25m，煤體應(yīng)力計大小基本保持不變，此時定義為初始支承壓力P0，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)果的平均值P05Mpa。 工作面距離鉆孔應(yīng)力計距離(超前影響距離L)L20m，支

43、承壓力由5Mpa逐步上升到7Mpa,增幅大小為P，主要力源是工作面推進(jìn)產(chǎn)生的走向支承壓力，P2Mpa，增幅率PP040%。（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證73（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證 如圖為12706工作面支架工作面阻力圖， 工作面支架工作阻力在在40 MPa以內(nèi)，安全閥沒有開啟，支架工作阻力分布較平緩，沒有來壓現(xiàn)象。74（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證（1）充填開采二次增阻約占80%，其中增阻小于20%的占全部二次增阻的60%以上；一次增阻約占12

44、%，數(shù)據(jù)整理過程中沒有出現(xiàn)三次增阻現(xiàn)象；（2）大部分支架都處于二次增阻，即達(dá)到支架初撐力后，支架增阻一次，增阻過程沒有臺階，說明支架增阻緩慢，屬于逐漸加載。75（三三）袋式充填效果驗證）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證 第一個過程，距離工作面020 m范圍內(nèi)，充填體增壓速率較小，測點距離巷道越遠(yuǎn)越明顯； 第二個過程，距離工作面2050 m范圍內(nèi)，充填體增壓速率增大，測點距離巷道越遠(yuǎn)越明顯； 第三個過程，在距離工作面50 m以外，充填體增壓速率逐漸降低，直到平衡。76（三）袋式充填效果驗證（三）袋式充填效果驗證5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證 工作面前方20 m以外圍巖基

45、本穩(wěn)定，巷道維護(hù)狀況良好；520 m范圍內(nèi)，巷道受前支承壓力的影響，巷道頂?shù)滓平恐饾u增加，從前方5 m開始，頂?shù)滓平亢鸵平俣壤^續(xù)增加，直到工作面后方10 m處頂?shù)滓平俣冗_(dá)到高峰值。（有留巷的工作面數(shù)據(jù)）（四四）地表下沉情況）地表下沉情況 陶一礦先期試驗開采區(qū)域采用了多種充填工藝方法跳采，開放式充填，充填率均達(dá)到了80%以上，袋式達(dá)到90%以上，通過多種方式驗證了實際充填效果。地表下沉觀測結(jié)果下沉量最大點為470mm，主要原因是開始試驗充填率控制不好。775 5 充填效果及驗證充填效果及驗證（四）地表下沉觀測（四）地表下沉觀測 超高水材料充填開采，袋式充填工作面長度達(dá)到100m,充填率達(dá)

46、到了93%。目前邯長鐵路下開采了兩個袋式充填工作面，地表下沉量最大點為265mm，在級變形以內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計要求。開采期間，鐵路僅采用減速運行，簡單維護(hù)措施。785 5 充填效果及驗證充填效果及驗證79（五）發(fā)展趨勢（五）發(fā)展趨勢1、充填大采高工作面、充填大采高工作面 隨著充填開采技術(shù)和充填支架技術(shù)的不斷發(fā)展，充填大采高工作面成為現(xiàn)實。目前亨健煤礦采用5.0m的支架進(jìn)行了超高水袋式充填開采，充填率達(dá)到了93%以上，取得了良好效果。5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證80（二）發(fā)展趨勢（二）發(fā)展趨勢2、充填高產(chǎn)高效工作面、充填高產(chǎn)高效工作面充填工作面高產(chǎn)高效需要有三個條件： 第一，充填能力，能夠滿

47、足快速充填的條件； 第二，充填材料的強(qiáng)度能夠滿足快速移架的要求； 第三，相關(guān)配套設(shè)施齊全，滿足正規(guī)循環(huán)要求。目前陶一煤礦月產(chǎn)量，有開始的3萬t,逐步提高到5萬t、6.2萬t、8.3t噸的水平，基本實現(xiàn)了充填工作面年產(chǎn)百萬噸的目標(biāo)。（五）發(fā)展趨勢（五）發(fā)展趨勢5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證813、充填工作面沿空留巷技術(shù)、充填工作面沿空留巷技術(shù) 充填工作面采用沿充填體留巷，取得了較好的效果。緩解了采掘銜接，節(jié)省了掘進(jìn)費用,為瓦斯治理實現(xiàn)Y型通風(fēng)提供了技術(shù)支撐。（五五）發(fā)展趨勢）發(fā)展趨勢5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證824、處理固體廢棄物、處理固體廢棄物 目前正在進(jìn)行超高水材料處理固體廢

48、棄物的工作，通過試驗可知添加粉煤灰后，強(qiáng)度上升較大，其中最大強(qiáng)度增長達(dá)到47%。添加矸石粉粒、水渣、尾砂、建筑垃圾等，都取得了較好的效果。（五五）發(fā)展趨勢）發(fā)展趨勢5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證835、充填自動化控制、充填自動化控制 根據(jù)目前的充填情況，發(fā)展自動控制技術(shù)已經(jīng)形成了較好的條件。 實現(xiàn)充填自動化、采充互不影響主要的途徑有以下幾個方面： 第一，優(yōu)化支架設(shè)計，取消充填袋； 第二，實現(xiàn)充填材料的速凝或工藝改造將失去流動性的漿體充入老空區(qū)； 第三，監(jiān)測監(jiān)控的完善； 第四，風(fēng)水聯(lián)動清洗管路技術(shù)的成熟。（五五）發(fā)展趨勢）發(fā)展趨勢5 5 充填效果及驗證充填效果及驗證技術(shù)影響力技術(shù)影響力84

49、6 6超高水材料固結(jié)體水體積可達(dá)97%；抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.66MPa,降低水體積比例可以提高所需強(qiáng)度。充填系統(tǒng)輸送距離不受限制，據(jù)需要可達(dá)5000米以上。充填系統(tǒng)輸送能力需要可達(dá)到320m3/h以上，工作面采煤能力具備100萬噸/年。采空區(qū)充填密實，據(jù)工藝不同，充填率可達(dá)90%以上。 充填效果觀測表明，根據(jù)實際充填并運用等效采高理論分析表明，在充填率達(dá)到90%以上時，完全可控制地表、建筑物破壞在級破壞范圍內(nèi)。85（一）技術(shù)評價（一）技術(shù)評價 6 6 技術(shù)影響力技術(shù)影響力86主要結(jié)論：（1）研究開發(fā)的超高水速凝材料具有含水量高，凝固速度快，早起強(qiáng)度高，并具有相應(yīng)的承載性能。（2）研制的大流量制漿充

50、填工藝系統(tǒng)（或國家專利），初期投資低，系統(tǒng)簡單，輸送距離遠(yuǎn)，輸送能力大的良好性能。（3）研究應(yīng)用的超高水材料采空區(qū)開放式充填工藝方法，具有施工容易，簡便，充填與回采互不影響的特點。（4）研究應(yīng)用的超高水材料采空區(qū)袋裝與混合式充填工藝方法，適應(yīng)能力強(qiáng)。（5）超高水充填材料采空區(qū)充填技術(shù)可大量使用礦井水，還可以降低排水費用。該技術(shù)屬國內(nèi)外首創(chuàng)，成果鑒定結(jié)論為國際領(lǐng)先水平。（一）技術(shù)評價（一）技術(shù)評價6 6 技術(shù)影響力技術(shù)影響力87（二）應(yīng)用情況（二）應(yīng)用情況序號應(yīng)用單位型號時間1冀中能源邯礦集團(tuán)陶一煤礦NJ60型2套2008年2臨沂礦業(yè)集團(tuán)田莊煤礦NJ80型2套2008年3山西大莊煤礦NJ60型2

51、套2009年4冀中能源邢礦集團(tuán)邢東煤礦NJ110型2套2010年5河南煤化永煤集團(tuán)城郊煤礦NJ160型2套2010年6新光集團(tuán)煤礦NJ110型2套2010年7冀中能源邯礦集團(tuán)陶一煤礦NJ160型2套2011年8冀中能源井陘礦業(yè)集團(tuán)NJ80型2套2011年9冀中能源邯礦集團(tuán)亨建煤礦NJ160型2套2012年10冀中能源臨城礦業(yè)集團(tuán)NJ80型2套2012年11冀中能源聚隆礦業(yè)NJ18型2套2012年12河南煤化永錦能源呂溝煤礦NJ140型2套2012年13山東東風(fēng)集團(tuán)NJ60型2套2012年 目前，根據(jù)目前，根據(jù)華威生產(chǎn)充填華威生產(chǎn)充填設(shè)備情況，該設(shè)備情況，該技術(shù)推廣到技術(shù)推廣到1313座煤礦以上

52、，座煤礦以上，已經(jīng)獲得了較已經(jīng)獲得了較好的推廣。好的推廣。6 6 技術(shù)影響力技術(shù)影響力88（三）（三） 經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益6 6 技術(shù)影響力技術(shù)影響力 根據(jù)目前冀中能源各礦應(yīng)用情況，超高水材料充填根據(jù)目前冀中能源各礦應(yīng)用情況，超高水材料充填增加成本為增加成本為112112元元/t/t。但隨著該技術(shù)的不斷推廣和充。但隨著該技術(shù)的不斷推廣和充填工藝的改進(jìn)，陶一礦已經(jīng)將成本控制在填工藝的改進(jìn)，陶一礦已經(jīng)將成本控制在8080元元/t/t9090元元/t/t。 到目前為止邯礦集團(tuán)內(nèi)部應(yīng)用該技術(shù)共產(chǎn)出煤炭到目前為止邯礦集團(tuán)內(nèi)部應(yīng)用該技術(shù)共產(chǎn)出煤炭200200余萬余萬t t，獲直接經(jīng)濟(jì)效益，獲直接經(jīng)濟(jì)效益近近

53、5 5億元億元； 該成果在河北、河南、山東、山西、安徽、陜西等該成果在河北、河南、山東、山西、安徽、陜西等多省區(qū)多省區(qū)1010余對礦井推廣應(yīng)用，充填站裝機(jī)能力達(dá)余對礦井推廣應(yīng)用，充填站裝機(jī)能力達(dá)2000m3/h,2000m3/h,具具800800萬萬t t采煤能力，已安全采出建下壓煤采煤能力，已安全采出建下壓煤資源資源300300余萬余萬t t ，獲間接經(jīng)濟(jì)效益，獲間接經(jīng)濟(jì)效益1515億元以上億元以上。（四四） 社會效益社會效益896 6 技術(shù)影響力技術(shù)影響力 超高水材料充填開采技術(shù)的成功開發(fā)與應(yīng)用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的，社會效益是巨大的。 1、完成了由基礎(chǔ)研究到工業(yè)化生產(chǎn)的科研成果轉(zhuǎn)化過程，

54、建立了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。 2、超高水材料充填采煤方法，從根本上改變了傳統(tǒng)冒落法開采造成的地表沉陷，地表及地下水系的破壞；大幅度減少礦井水的涌出和瓦斯等有害氣體的排放，改善開采環(huán)境。具有潛在替代垮落法開采的技術(shù)優(yōu)勢。 3、該充填開采方法的成功及其高效、可靠、簡便的良好性能，是當(dāng)前解放“三下一上”煤炭資源的最有效的方法。90（五）（五） 獲獎情況獲獎情況 邯礦集團(tuán)是超高水材料充填采煤的發(fā)源地，獲得了省部級科技進(jìn)步獎勵： 2010 年煤炭工業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步一等獎； 2012 年河北省科技進(jìn)步一等獎。 6 6 技術(shù)影響力技術(shù)影響力中國科學(xué)技術(shù)獎勵中國科學(xué)技術(shù)獎勵雜志記者獲知該項成果雜志記者

55、獲知該項成果后，在后，在20112011年年0202期刊發(fā)期刊發(fā)了了“煤炭綠色開采的技煤炭綠色開采的技術(shù)革命術(shù)革命”的專題文章。的專題文章。文中稱該項成果文中稱該項成果“意義意義非凡非凡 技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)綠色技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)綠色開采開采。”91 媒媒 體體 評評 價價92高水材料沿空留巷技術(shù)高水材料沿空留巷技術(shù)7 793 為了解決以上這些問題，2006年冀中能源邯鄲礦業(yè)集團(tuán)與中國礦業(yè)大學(xué)合作，在陶一煤礦12701工作面進(jìn)行了新型高水材料沿空留巷技術(shù)，取得了成功，并推廣至集團(tuán)公司其它礦井，取得了良好的效果。 冀中能源邯礦集團(tuán)是一個老礦區(qū)，面臨著資源枯竭問題，并且由于礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，采掘銜接十分困難。集

56、團(tuán)內(nèi)部大部分礦井為高瓦斯礦井，并有部分煤與瓦斯突出礦井，瓦斯治理難度較大，且抽掘、采掘銜接緊張。7 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù)94（一）沿空留巷技術(shù)優(yōu)勢（一）沿空留巷技術(shù)優(yōu)勢u 提高采出率 沿空留巷技術(shù)可以提高采出率10%以上。u 采掘銜接緊張 可以降低巷道掘進(jìn)率30%以上，緩解采掘接替。u 突出礦井 不需要重掘巷道，減少鉆探工作量，大大緩解采掘銜接緊張問題。u 瓦斯治理及防滅火 實現(xiàn)Y型通風(fēng)，徹底治理隅角瓦斯問題；解決好充填體較煤柱密實接頂，減少空區(qū)漏風(fēng)，有利于采空區(qū)防火。7 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù)甲料甲料乙料乙料特種水泥燒制熟料特種水泥燒制熟料石膏石膏礦化劑礦化劑石

57、灰石灰復(fù)合超緩劑復(fù)合超緩劑復(fù)合礦化早強(qiáng)劑復(fù)合礦化早強(qiáng)劑復(fù)合懸浮劑復(fù)合懸浮劑復(fù)合懸浮劑復(fù)合懸浮劑95（二）高水材料簡介（二）高水材料簡介7 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù) 高水材料與超高水材料成分基本相同，主要區(qū)別為添加劑的添加量不同，使用水灰比不同。96 新型高水速凝充填材料固結(jié)體的基本性能新型高水速凝充填材料固結(jié)體的基本性能初凝時間及水灰比關(guān)系柱狀圖初凝時間及水灰比關(guān)系柱狀圖 初凝時間可達(dá)3 min6 min，與原高水材料(10min 35min)相比，初凝時間大大縮短。 05101520253035初凝時間(min)1.71.81.922.252.53水灰比(W/C)新型高水材料原高

58、水材料7 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù)齡期2h24h7d28d抗壓強(qiáng)度MPa原高水速凝充填材料1.03.04.54.5新型高水速凝充填材料2.84.87.28.2在水灰比為2.0:1條件下，兩種材料單軸抗壓強(qiáng)度對比。新型高水材料與原高水材料抗壓強(qiáng)度與時間關(guān)系曲線新型高水材料與原高水材料抗壓強(qiáng)度與時間關(guān)系曲線 977 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù)不同水灰比條件下單軸抗壓強(qiáng)度與時間關(guān)系曲線不同水灰比條件下單軸抗壓強(qiáng)度與時間關(guān)系曲線不同水灰比條件下帶錨栓抗壓強(qiáng)度與時間關(guān)系曲線不同水灰比條件下帶錨栓抗壓強(qiáng)度與時間關(guān)系曲線 02468100200400600時間（H）抗壓強(qiáng)度（MPa）w

59、/c=3.0w/c=2.5w/c=2.25w/c=2.0w/c=1.9w/c=1.8w/c=1.70246810120100200300400500600700時間（H）抗壓強(qiáng)度（MPa）w/c=3.0w/c=2.5w/c=2.25w/c=2.0w/c=1.9w/c=1.8w/c=1.7987 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù) 新型高水速凝充填材料固結(jié)體能形成更多的鈣礬石(3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O)。鈣礬石結(jié)晶體含水量高。它易形成網(wǎng)狀或樹枝狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)調(diào)配合理時，能形成更多針狀結(jié)構(gòu)鈣礬石，此情形固結(jié)體性能較好。 當(dāng)固化體被壓裂后，在一定條件下，其裂隙能夠再膠結(jié)起來。因為

60、鈣礬石晶體會再生長，能夠?qū)⒅車罹w連接起來。由此，固結(jié)體性能會得到恢復(fù)。實驗室研究表明，材料固化體破壞時間較早時，再膠結(jié)性能表現(xiàn)越好，反之則弱。 u膠結(jié)特性膠結(jié)特性997 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù)新型高水材料新型高水材料原高水材料原高水材料圖圖 原高水材料典型SEM分析顯示，結(jié)晶多以團(tuán)狀或柱狀存在，針狀較少，且較稀疏，而新型高水速凝材料多以針狀與樹枝狀結(jié)構(gòu)存在，且較密實。u 固結(jié)體固結(jié)體SEMSEM分析圖分析圖1007 7 高水沿空留巷技術(shù)高水沿空留巷技術(shù)新型高水速凝材料與原高水速凝充填材料相比，抗風(fēng)化性能得到提高，在同樣條件下其重量普遍比原高水速凝充填材料重量重10%左右，即