煤礦尾礦充填技術(shù)

1、煤礦尾礦砂充填開采技術(shù)完善中,待補充,請等待,如需要進行交流,歡迎來電。聯(lián)系方式zoudayong177 或QQ137168404,電話: 139*。第一章概況一、礦井充填背景*煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力*萬噸/年,現(xiàn)開采煤層為10煤層,煤層厚度在2m3m。截止*年礦井累計探明儲量*萬噸,其中111級*萬噸,122*萬噸, 331*噸,332*噸,333*噸。由于礦井靠近村居,煤層埋藏較淺(埋深200m,主采煤層存在承壓水威脅,地面建設(shè)壓覆煤層,條帶開采回采率低等多方面原因,造成“三下”壓煤量*萬噸,剩余可采儲量*萬噸,并且“三下”壓煤呈現(xiàn)增加現(xiàn)象,按照礦井設(shè)計開采能力,服務(wù)年限只有*年。為延長礦井服務(wù)

2、年限,提高礦井回采率,最大限度的開采寶貴的煤炭資源,從2011年開始,對礦井開采技術(shù)進行多種試驗,先后采用多種開采方法,最終選擇尾礦砂、新型尾砂膠固粉配比料漿,該材料混合具有流動性好,初凝時間可控,凝固后強度大,工藝易于掌握,充填成本相對較低等優(yōu)點,確定該項充填開采技術(shù),進行充填開采試驗。二、充填工藝選擇根據(jù)我礦的時間條件,保障充填技術(shù)可行、操作簡單、成本低廉、保護環(huán)境、安全可靠等多方面考慮,在考察多個礦井的充填方法后,最終選擇似膏體充填技術(shù)。三、充填原料來源由于我礦是一個年產(chǎn)*萬t的小型礦井,且大多沿煤層掘進,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的矸石量較少,并且將矸石粉碎充填會增加充填站規(guī)模、加大充填開采成本和

3、造成揚塵的二次污染。選擇粉煤灰,附近電廠的粉煤灰相對價格較高,其他形成規(guī)模的尾礦不存在;通過周圍20公里內(nèi)的固體廢物考察,礦東部的鐵礦區(qū)所產(chǎn)生的尾礦砂,成為首選。鐵礦分級尾砂剩余的含泥和細(xì)粒級尾砂顆粒細(xì),所含成分不會對地下水造成二次污染,關(guān)鍵是原料供應(yīng)能有保障。四、充填原料可能造成污染分析粉塵:原料在運輸過程的跑、冒、滴、漏造成路面污染;原料堆造成的揚塵,包括因原料覆蓋不嚴(yán)密,原料表面因風(fēng)化形成粉塵,被風(fēng)吹起,形成揚塵,造成空氣污染,對工廣和礦周圍環(huán)境的二次污染等。水體:對對地下水污染。放射:充填材料微量元素放射,對工作人員的輻射。土壤:長期在固定地點存放充填原料,因長期的風(fēng)化、雨水淋濾、浸泡

4、作用,發(fā)生物理、化學(xué)變化,釋放出污染物,并可能隨淋濾水滲透進入土壤,造成土壤污染。綜合以上各種污染源分析,可能對礦區(qū)及礦區(qū)周圍人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生不良影響。五、充填工作面概況我礦現(xiàn)在主采10煤層,煤層厚度22.5m,局部可達3m;煤層傾角814°低瓦斯;頂板類型類,中硬巖體;底板為粘土巖和砂巖。掘進采用光爆或機掘方式。計劃充填的102采區(qū)東西走向長360 870m,平均670m;南北傾斜長590820m,平均720m,采區(qū)面積為48.2萬m2,采區(qū)生產(chǎn)能力220噸/日。10211充填工作面地面標(biāo)高+58m+60m,井下工作面標(biāo)高-95m -135m,傾斜長度200m,荒寬3.3m,煤層

5、高度2.43.0m/2.7m,單條巷道預(yù)計充填面積1782m3。1、巷道布臵:在進行充填開采前,按照采區(qū)內(nèi)煤層條件,將采區(qū)運輸巷布臵在采區(qū)下盤,材料巷布臵在采區(qū)中間位臵,回風(fēng)巷在采區(qū)上盤,管子道盡量布臵在采區(qū)中間或者上盤即布臵在材料巷或回風(fēng)巷內(nèi),這樣可以不再設(shè)計布臵專門的管子道,減小掘進工程量。開采方式調(diào)整為上山方式,利于充填時充填體由上而下自然流動。由于是全煤掘進,經(jīng)過試驗,采用采寬3m、高度為全煤高度(機掘設(shè)計巷道凈高2.3m,留設(shè)煤柱10m的巷道布臵方式。相鄰兩個開采工作面間距10m,待上一個充填面凝固板結(jié)達到強度后,再沿充填體一側(cè)掘進,繼續(xù)掘進至預(yù)定位臵。(詳見充填巷道布臵示意圖2、支

6、護方式:掘進時采用DW柱徑100mm單體液體支柱配合7#型鋼長鋼梁支護頂板,一梁二柱方式。巷道掘至預(yù)定位臵后,由上而下對巷道內(nèi)支護進行回撤,如發(fā)現(xiàn)頂板離層、開裂現(xiàn)象,可在頂板出現(xiàn)冒落預(yù)兆段預(yù)先打設(shè)直徑18mm端錨固錨桿、錨索掛梁混合支護的方式管理充填區(qū)頂板,防止因頂板冒落造成充填時,似膏體充填物到達不到充填地點而產(chǎn)生充填不實的現(xiàn)象。第二章充填開采我礦采用的充填工藝,根據(jù)充填物體的特性,取名為似膏體充填技術(shù),其主要材料是水、鐵礦尾礦砂(也可以采用粉煤灰、鋁土礦赤泥等、膠固粉攪拌混合成高濃度膏體,通過物體的重力作用,經(jīng)過充填管道輸送到充填區(qū)域,充填工作面。充填骨料的選擇,以本地區(qū)材料選擇廣泛容易、

7、環(huán)保、可持續(xù)性等為基礎(chǔ)。由于我們選擇的是鐵礦尾礦砂為主要充填骨料,所以對該項技術(shù)進行簡單介紹。一、地面實驗室試驗:1、實驗室主要設(shè)備電子計重秤,數(shù)量1臺規(guī)格:ALH(C-3 3kg e=1g/d=0.2g 1/15000量杯:玻璃量杯 4只規(guī)格5mL,杯身直徑:90mm,高度:122mm,杯口直徑:95mm原料瓶:塑料瓶數(shù)只容量550mL標(biāo)簽紙二、材料膠固粉:物理特性:該材料由多種無機材料經(jīng)高溫煅燒,再與少量活化材料粉磨而成,物理形態(tài)呈灰白細(xì)粉末狀。主要化學(xué)成份為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 、MgO 、SO3,無毒、無害。易吸潮變質(zhì)膠結(jié),保質(zhì)期為60天鐵礦尾礦砂:粒徑在0.150

8、.6mm ,按照砂的分類屬于細(xì)砂,無可塑性。三、試驗室試驗常溫下制漿,制漿水采用自來水,冬季實驗室溫度保持在18°以上,(試驗證明,充填材料在室溫低于10°,凝結(jié)較慢,不能正確反應(yīng)材料的凝固效果按照膠固粉、尾礦砂、加水,手動攪拌制成膠結(jié)充填料漿,倒入原料瓶內(nèi),在標(biāo)簽紙上注明時間、配比、班次、人員等主要技術(shù)參數(shù),放臵到實驗室,按照2小時、4小時、8小時、24小時觀察原料瓶內(nèi)料漿的變化,并作必要記錄。限于礦井自身的技術(shù)力量,無法實現(xiàn)對材料作抗壓試驗,選用科大研究成果。以經(jīng)驗料漿配比1:6:3舉例說明:計算充填料漿質(zhì)量濃度為7275%, 2小時稠度變化初凝(參照物豆腐,4小時板結(jié)

9、(參照物明膠,8小時凝固,24小時固化良好。充填材料照片實驗室溫度常溫,但冬季保持實驗室室溫不低于18°。四、強度測試方法強度試驗技術(shù)評價指標(biāo)主要測定單軸抗壓強度,受檢試件的抗壓強度采用軸心受壓形式,計算公式為:S P c =式中:P 破壞載荷,N ;S承壓面積,m2。五、試驗儀器與器材試模:70.7×70.7×70.7mm3標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)試模10套;天平:1kg雙皿天平一臺;磅秤:10kg單盤磅秤一臺;小型攪拌器:小型電動攪拌器兩臺;量筒:1000ML、2000ML各兩個;溫濕度表:直接讀數(shù)溫濕度表一只;恒溫箱。六、強度測試儀器:采用Instron 250KN 剛性液

10、壓伺服材料試驗機測定各齡期試塊的單軸抗壓強度。試驗結(jié)果及分析根據(jù)配比試驗安排,在室內(nèi)常溫下進行試塊制作,到相應(yīng)養(yǎng)護齡期后測定其單軸抗壓強度并繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線,強度試驗結(jié)果如表3-1所示。表3-1 配比試驗結(jié)果 分析表3-1中各組強度特性,綜合考慮經(jīng)濟和技術(shù)兩個方面,可以得出如下結(jié)論:尾砂3充填體早期強度明顯高于尾砂1(對比分析8、14和16號試塊以及10、13和15號試塊,優(yōu)于尾砂1。同條件下尾砂3號7d 充填體強度比尾砂2提高30%,比尾砂1提高了5070%。;添加粉煤灰可有效抑制尾砂沉淀,明顯改善漿體流動性能,減少泌水率(僅為3%左右,而不加粉煤灰的尾砂膏體泌水率在10%以上,有利于井下

11、采場脫濾水;早強劑雖可在一定程度上提高充填體的強度,但添加后使工藝復(fù)雜,不予推薦;添加復(fù)合減水劑可明天改善漿體的和易行,有利于提高充填體質(zhì)量濃度和強度,降低管道磨損,添加量為水泥和粉煤灰質(zhì)量和的1.5%為宜;不加水泥試塊在早期難以自立(24、25號;分析尾砂膏體應(yīng)力-應(yīng)變曲線,可以發(fā)現(xiàn)充填器具有較高的殘余強度,即充填體達到強度極限后,仍能維持一定的承載性能。綜合經(jīng)濟技術(shù)兩方面要求,推薦尾砂充填材料配比及技術(shù)參數(shù)如下:水泥:粉煤灰:尾砂為1:4:15;質(zhì)量濃度:7275%;復(fù)合減水劑添加量:1.01.5%(水泥和粉煤灰質(zhì)量和的百分比;8h充填體強度:0.1Mpa;7d充填體強度:1Mpa。沒有2

12、8d充填體強度(備注:限于我礦試驗室及人員技術(shù)能力,無法單獨完成,試驗材料強度試驗,該章4、5、6項,選擇科大編制的淄博市張店區(qū)灃水鎮(zhèn)煤炭公司張趙煤礦102采區(qū)10煤膏體充填試采方案設(shè)計第三章地面充填站按照礦井生產(chǎn)能力,確定充填站充填規(guī)模。以我礦12萬噸/年設(shè)計生產(chǎn)能力,日生產(chǎn)原煤能力200噸,理論上需要采出與充填同量,充填站設(shè)計充填規(guī)模200噸/日,日充填工作量6小時計算,充填能力:35m3/h,滿足礦井充填要求。一、人員組成總共7人,其中地面充填站4人,井下充填工作面3人。充填組長1人,負(fù)責(zé)地面及井下充填人員安排及安全、質(zhì)量監(jiān)督;副組長1人,負(fù)責(zé)井下管路巡查及安全、質(zhì)量監(jiān)督;地面成員4人,

13、分別為:計算機員1人,負(fù)責(zé)充填計算機程序運行及與井下充填工作面的通訊聯(lián)系;裝載機司機1人,負(fù)責(zé)往喂料機上尾礦運輸;喂料機司機1人,負(fù)責(zé)喂料機及輸送機看護;立式攪拌桶操作工1人,負(fù)責(zé)看護皮帶秤運行及立式攪拌桶操作;井下工作面成員3人,分別為:巡線員1人:負(fù)責(zé)管路巡查及清管時閥門關(guān)閉工作,同時配合操作工做好現(xiàn)場充填工作;操作工2人,負(fù)責(zé)現(xiàn)場充填、管路固定及與地面充填站電話通訊聯(lián)系;第四章地面充填站輔助設(shè)施一、主要建筑物、構(gòu)筑物尾砂膏體充填站主要建(構(gòu)筑物包括尾砂堆場、皮帶走廊和料倉及攪拌桶基礎(chǔ)等,其中:(1尾砂堆場:鋼結(jié)構(gòu),高度必須高于運載原料車的最大升頂高度,最低有效空間體積800 m3(必須滿

14、足三天充填備用材料。也可采用露天存放,但必須硬化地面,并在料場邊緣設(shè)臵排水溝,能有效防止雨季積水和排水;冬季尾礦砂料堆表面結(jié)冰上凍,可將料堆表層部分去除后使用。(2皮帶走廊:單皮帶式,預(yù)計12m,按照寬度0.8m計算,合9.6m2。(5料倉及攪拌桶基礎(chǔ):鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。二、電力膏體充填站總裝機功率約120 kW。為確保充填用電,采用雙變壓器雙回路供電,既可以單臺變壓器供電,也可以兩臺變壓器同時供電,確保充填站供電可靠。三、通訊地面充填站與井下工作面、調(diào)度室等關(guān)鍵地點和部門通過安裝調(diào)度電話進行通訊聯(lián)系,另外在充填站安設(shè)一臺行政電話。四、給排水地面膏體充填站用水包括兩部分,一是膏體充填制漿用水,二

15、是管道沖洗用水,三是地面防塵用水,四是充填站生活用水。其中:(1膏體充填制漿用水:200m3/d;(2管道沖洗用水:20m3/d;(3充填站防塵用水:考慮2m3/d;(4生活用水:考慮1m3/d;綜合考慮,張趙煤礦充填站總用水量為156m3/d。上述用水中,除生活用水采用礦自來水外,其它均為礦井外排廢水,礦井外排廢水由井口排水點直接管道輸送到充填站。在充填站排水方面,因充填能力較小,排水量較少。五、充填材料質(zhì)量檢測充填工作開展起來以后,必須安排專人對充填原材料、充填料漿進行取樣實驗,主要檢測內(nèi)容包括尾砂水分、充填料漿坍落度、泌水率、可泵時間、各齡期抗壓強度等,過檢測保證有關(guān)指標(biāo)滿足設(shè)計要求,指

16、導(dǎo)充填時配比的合理調(diào)整。KJ216煤礦動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)硬件平臺開發(fā)了充填體在線監(jiān)測系統(tǒng)并開發(fā)了在線監(jiān)測、分析軟件,實現(xiàn)了充填體壓力、位移及溫度等的監(jiān)測。鉸刀葉片角度一、地面充填站主要機械設(shè)備 1二、井下充填主要機械設(shè)備 2蓄水池一個,容量600m3,(考慮到防凍、占用面積等因素,可建在地下,減小占地面積,并用預(yù)制板覆蓋,在上面建造其他設(shè)施。第五章充填工藝一、充填施工流程與方法1、充填工藝流程:當(dāng)充填巷道掘進完成后,進行充填準(zhǔn)備工作包括:回柱和砌筑擋漿墻、支設(shè)加固支柱,安裝注漿管。與此同時地面根據(jù)本次充填空間、距離進行制漿前準(zhǔn)備工作,調(diào)好漿液配比,備足本次用料,待井下完成準(zhǔn)備工作后電話通知開始下放配

17、臵好的充填料進行充填。充填前首先對輸漿管進行清水實驗,使清水到達充填工作面,專門安排人員巡視充填管路,查看是否出現(xiàn)跑漏液現(xiàn)象,保證管路暢通,然后電話通知地面制漿站,開始下放充填膏體。其工藝流程為:清管配料-備料-制漿-下料充填清管。為保障擋漿墻墻體不被料漿沖毀,充填工作采用分次充填的方式,即第一次充填料在4050噸,完全充實到頂板后(一般長度在18 25m之間,按照充填高度2.8m,巷道傾角8°計算,初凝時間大于16小時后,再進行第二次充填,二次充填量可達到所需要充填總量的1/2;再次凝固膠結(jié)時間可根據(jù)充填工作進程縮小間隔時間,但一般不小于8小時;第三次完成該條巷道全部充填任務(wù)。在前

18、一個充填巷道初凝段,對相鄰的其他充填工作面進行充填工作,充填過程中間無特殊情況不作停留。為方便工作面管路的拆解、安裝,采用兩個相鄰的充填工作面交替進行。2、砌筑擋漿墻當(dāng)巷道完成后,將支柱從工作面由下而上進行回撤,支護方式改為錨網(wǎng)梁、錨索梁混合支護管理頂板,可根據(jù)頂板情況選擇性打設(shè),不需要對巷道全部用錨桿支護方式代替原巷道支護。但在頂板有冒落預(yù)兆段,必須嚴(yán)格按照規(guī)定設(shè)計打設(shè)錨網(wǎng)梁支護頂板,防止因全部撤出支護,造成巷道大面積冒落,導(dǎo)致充填料不能順利到達充填地點。支護撤換完畢后,開始在充填巷道的兩端砌筑擋漿墻。墻體位臵一般進入巷道口3m,防止留設(shè)距離較小,充填漿液滲出,造成巷道兩幫松動,從而造成潰幫

19、現(xiàn)象;擋漿墻墻體使用加氣混凝土砌塊水泥砂漿構(gòu)筑,墻體厚度0.6m,墻四周掏槽深度不小于0.3m(如果煤壁比較松軟,必須加大掏槽深度,并將墻體內(nèi)側(cè)墻面抹面處理,抹面水泥砂漿層厚度不小于10mm。位于所要充填巷道下部的擋漿墻要進行密閉,以不能漏水跑漿為標(biāo)準(zhǔn)。墻外支設(shè)一排單體液壓支柱,柱與墻之間要留有0.2m左右的間隙,中間用木板加實,防止墻體傾倒和跑漏漿。并根據(jù)情況打設(shè)2 4棵戧柱,增加墻體強度。充填巷道上部砌筑擋漿墻時要預(yù)埋注漿管和出氣管。出氣管墻體內(nèi)段要緊靠巷道頂板,便于將所有空氣放出,同時起到回漿作用。詳見擋漿墻示意圖 (3管路檢查及清管管路檢查:為保證充填順利進行,在充填前、后必須對管路、

20、閥門進行全面檢查,防止管路脫節(jié)、閥門未關(guān)閉、管路被溜幫渣石砸斷等異?，F(xiàn)象發(fā)生;清管:在充填前后對管路、閥門進行清管,以管路盡頭見清水為準(zhǔn);在工作面上、下兩巷設(shè)有沉淀池,或者利用事先準(zhǔn)備的下幫巷道將清管用水溢滿經(jīng)沉淀后沿巷道排水溝流出。(4充填在一切充填工作準(zhǔn)備就緒后,現(xiàn)場指揮人員與地面指揮人員電話聯(lián)系,進行充填,嚴(yán)禁約時充填和停止充填工作;料漿由地面攪拌均勻后經(jīng)充填管路無壓自流到工作面;由現(xiàn)場充填操作工控制料漿流量,使料漿均勻流入充填帶,直至上出口出氣孔向外溢漿為止,一個循環(huán)充填完畢。(5充填材料與制漿設(shè)備在地面建立充填制漿站,利用粉煤灰、鐵礦尾礦砂配上新型尾砂膠固粉制成具有高流動性的漿體(水

21、含量27%以上膏體充填材料,通過管路輸送到井下,流入采空區(qū),在可控時間內(nèi)膠結(jié)、凝聚,達到設(shè)計強度,以實現(xiàn)充填采空區(qū),控制圍巖變形,避免地表下沉的目的。制漿系統(tǒng):設(shè)計在工業(yè)廣場南部建立充填制漿站,施工一個輸漿鉆孔,鉆孔標(biāo)高+58.8m,至-143m水平,輸漿鉆孔孔徑273mm,孔內(nèi)下108輸漿管,井下新掘充填管子道。設(shè)備設(shè)施有喂料機一臺、皮帶運料機一臺,電子皮帶秤一部,鏈?zhǔn)綌嚢柰耙粋€,立式攪拌桶一個,新型尾砂膠固粉倉一個,螺旋絞刀稱一部,蓄水池一處(容量大于充填一天用水量可選用用靜壓水池。漿液制作用罐車汽運方式將鐵礦尾礦砂(粉煤灰運至地面儲灰場,鐵礦尾礦砂經(jīng)鏟車裝入喂料機,由皮帶機輸送,經(jīng)電子皮

22、帶秤計量后至鏈?zhǔn)揭患墧嚢柰?喂料機,由皮帶輸送機輸送到鏈?zhǔn)綌嚢柰?加定量水制成料漿,通過鏈?zhǔn)綌嚢柰暗撞抗苈纷粤髦亮⑹綌嚢柰?同時通過螺旋鉸刀稱將新型尾砂膠固粉倉的新型尾砂膠固粉計量按配比輸送入立式攪拌桶,攪拌形成充填膏體,經(jīng)管路自流輸送至井下充填區(qū)。(詳見制漿工藝流程圖 考慮到充填巷道需求量較大,每條充填巷道長度在100m以上,需要充填膏體約700 m3,所以地面制漿站制備系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計能力為100m3/d。(5、輸漿管路要求高濃度膠結(jié)充填料漿,通過鉆孔和井下敷設(shè)的管道輸送到充填區(qū)進行充填。為了保證管路的暢通性,充填管路要盡量平直;在需要拐彎或遇有上下起伏時,要盡量保證管路的平緩性,不要出現(xiàn)急彎

23、;并且在拐彎或上下起伏處安設(shè)事故閥。(實際操作過程中,充填管路出現(xiàn)上下起伏不影響料漿的運輸能力管路輸送能力要求不低于100m3/h,根據(jù)實驗料漿輸送速度取3.263.8m/s,選擇內(nèi)徑為100mm的鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管。根據(jù)管路下井后至1021運料巷的管路內(nèi)存在的自然壓差,要求管路應(yīng)具有的抗壓能力不小于2.5MPa。5、充填路線地面充填站充填孔通道1022管子道1022運輸巷1021皮帶運輸巷聯(lián)絡(luò)巷(1011工作面或1021工作面。6、袋包式充填法由于煤層傾斜原因及膠體凝固后脫水出現(xiàn)塌落,造成工作面上出口充填不實,為擬補此缺陷,可在凝固期后,下次注漿前,采用袋裝式充填法進行擬補填不實的缺陷。(見圖2-3、2-4 圖2-3 充填料凝固后出現(xiàn)空區(qū)示意圖袋裝法就是用編織袋裝上粉煤灰與按配比固膠粉,用繩扎牢口,分層填到空區(qū)使其足頂。對沒有積水區(qū)的袋子要灑水,使其凝固。 圖2-4 袋裝法充填空區(qū)示意圖一、其它管路計算、閥門通過能力計算,可選用材料說明書中的參數(shù)。充填管線最長達1 km,同時102采區(qū)上下出口有近10m的高差,非常有利于巷道式充填開采,充填率較高,為方便充填和減少充填擋漿墻的砌筑,盡可能將工作面調(diào)整成上下山開采方式,利于料漿的流動;后期需要在地面建立沉降觀測系統(tǒng),井下現(xiàn)場在首個充填巷道充填后,分別選擇3天、7天、10天