綜合機械化充填采煤技術及裝備—42頁

1、一一中國充填開采的背景與意義中國充填開采的背景與意義二二充填開采技術與裝備充填開采技術與裝備三三充填開采技術實踐充填開采技術實踐目目 錄錄目 錄一次能源生產總量一次能源生產總量一次能源消費總量一次能源消費總量1 1、中國煤炭、中國煤炭能源結構和地位能源結構和地位 煤炭煤炭是中國的是中國的主體能源，保障著國民經(jīng)濟快速發(fā)展。主體能源，保障著國民經(jīng)濟快速發(fā)展。一一、中國充填開采的意義、中國充填開采的意義2 2、煤炭生產過程中存在的問題煤炭生產過程中存在的問題n 全國規(guī)模較大的矸石山約有1600多座，矸石堆積量 在43億噸以上，占地1.5萬公頃左右；n 造成水資源破壞和污染；n 煤炭開采引起土地塌陷，

2、影響和破壞了地表生態(tài)；n 同時全國137億噸“三下”煤炭資源不能開發(fā)。一一、中國充填開采的意義、中國充填開采的意義2 2、存在問題、存在問題一一、中國充填開采的意義、中國充填開采的意義 近年來，中國在研究充填開采技術方面取得了突破，有效地解決上述問題：p 可有效控制開采過程中的礦壓顯現(xiàn)；p 控制地表下沉，減少對地面生態(tài)的破壞；p 可實現(xiàn)矸石不升井，煤礦不建矸石山；p 可避免采空區(qū)的瓦斯爆炸和殘留煤自然； 研究煤炭資源開采過程中的充填技術和裝研究煤炭資源開采過程中的充填技術和裝備對生態(tài)環(huán)境保護具有重要的理論與實踐備對生態(tài)環(huán)境保護具有重要的理論與實踐意義。意義。3 3、充填開采的意義、充填開采的意

3、義一一、中國充填開采的意義、中國充填開采的意義目 錄n 巖層雖然具有非均質性、各向異性和破碎性的基本特征， 仍可用極限值來確定巖層的變形的條件。n 巖層不斷裂的兩個必要條件是:1 1、充填開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究充填開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備n 充填支架和充填體支撐頂板變量關系研究充填支架和充填體支撐頂板變量關系研究二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備2max22rtqqLH 4332rrHqLhhEH 支架對頂板的支撐力支架對頂板的支撐力rqn 在液壓支架頂板控制區(qū)在液壓支架頂板控制區(qū)式中可見：式中可見： 在充填采煤中，液壓支架控制區(qū)支架對頂板的支撐

4、力在充填采煤中，液壓支架控制區(qū)支架對頂板的支撐力 決定著拉應力決定著拉應力 大小。大小。 直接頂處于限定變形狀態(tài)，支架支撐力允許的下沉量直接頂處于限定變形狀態(tài)，支架支撐力允許的下沉量約束著直接頂?shù)淖冃瘟俊＜s束著直接頂?shù)淖冃瘟俊?(1LL rqmax二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備式中可見：式中可見： 充填體高度充填體高度 和密實度和密實度 決定拉應力決定拉應力 大小；大??； 充填后的直接頂，也是限定變形狀態(tài)，充填體的高度充填后的直接頂，也是限定變形狀態(tài)，充填體的高度和密實度限制了直接頂變形量。和密實度限制了直接頂變形量。) 1(11AniicmKmchhhLhmhcniic20ma

5、x2)(2LL n 在充填體頂板控制區(qū)在充填體頂板控制區(qū)mmhc,充充填填體體高高度度充填密實度充填密實度cchcmax二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備 充填開采理論和實踐證明：支架支護強度和充填體密實度控制著直接頂下沉變形。正確地確定不同巖性條件下的液壓支架支護參數(shù)和充填密實度，就能控制了上覆巖層的移動，達到在采煤過程中控制地表下沉的目的。二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備n “矸石矸石+ +粉煤灰粉煤灰”固體充填材料固體充填材料 通過試驗室力學參數(shù)測試和現(xiàn)場試驗，研制出適合規(guī)模化開采和密實充填材料,成為消除地面矸石山污染源的有效方法。（配比1:0.31；粒度30mm；

6、含水率20% 25% ；采空區(qū)充實率90 % 97%）。351 01 52 02 53 03 54 04 55 05 56 06 502 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0CI/SC lC lC lC lOIFOSQFI/SQQQQQQQQIFFKKKKKKKKKKK K Q : 石英（ 多 ）K : 高 嶺石（ 多 ）I: 伊利石I/S : 伊蒙混 層S : 蒙皂 石（ 少）C l: 綠 泥石（ 少）C : 方 解石（ 少） F : 長 石（ 少）n o n : 非 晶物質O : 其它（ 少）衍射角度 (單 位 : 度 )衍 射 強

7、度 (單位: 每 秒 脈 沖 數(shù))2 2、綜合機械化矸石固體充填技術、綜合機械化矸石固體充填技術二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備 充填開采液壓支架把鉸接點設計在了中間，形成前后頂梁結構，整個頂梁對頂板進行積極支撐，沒有薄弱點，有效地支撐著頂板，且充填工作始終在支撐狀況下進行，相當于煤體、支架和充填體共同支撐頂板。n 矸石固體材料充填液壓支架矸石固體材料充填液壓支架2 2、綜合機械化矸石固體充填技術、綜合機械化矸石固體充填技術二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備 充填材料經(jīng)大垂深投料系統(tǒng)，運到支架后部的充填輸送機，投放到采空區(qū)，實現(xiàn)了采煤、充填在空間上分開，時間上平行，形成了

8、規(guī)模化開采能力。n 矸石固體材料充填技術矸石固體材料充填技術充填工藝充填工藝2 2、綜合機械化矸石固體充填技術、綜合機械化矸石固體充填技術二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備n 超高水充填材料制備超高水充填材料制備3 3、綜合機械化超高水材料充填技術、綜合機械化超高水材料充填技術 超高水充填：在沒有固體充填材料時，研究的一種材料充填技術。超高水材料試驗過程示意圖二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備 高水材料水化的主要產物是細針狀鈣礬石，鈣礬石大量吸收周圍水分變?yōu)楸旧淼慕Y晶水，在結晶過程中形成為一個堅固的鈣礬石網(wǎng)狀形骨架，網(wǎng)狀骨架像海綿體一樣吸附大量游離水，使高水材料具有凝結快、

9、固水率高的特性，形成固定形狀的支撐體，起到支撐頂板的作用。 鈣礬石的針柱狀結構交錯形成網(wǎng)狀骨架鈣礬石的針柱狀結構交錯形成網(wǎng)狀骨架n 超高水充填材料制備超高水充填材料制備二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備 凝固劑和助凝劑兩種材料制漿后，在未混合混合前24h以內不凝固、不結底；一旦兩者混合，則可在30分鐘內整體固化。固結體各齡期單軸抗壓強度隨時間變化曲線n 超高水充填材料制備超高水充填材料制備充填材料受力實驗二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備 四柱式四柱式: :支架前部滿足正常的綜合機械化開采，后部支架實現(xiàn)采空區(qū)超高水充填，同時滿足充填和采煤協(xié)調作業(yè)。 六柱式六柱式: 前、后分

10、體式支架的中間采用液壓缸連接，實現(xiàn)前支架走三個步距進行一次充填或者采煤與充填同時進行作業(yè)，提高工作效率。二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備n 超高水材料充填液壓支架超高水材料充填液壓支架矸石膏體充填站外觀矸石膏體充填站外觀投料系統(tǒng)設備緩沖器布置圖投料系統(tǒng)設備緩沖器布置圖 矸石膏體充填：先將固體破碎加工，然后用膠結料和水按比例混合攪拌制成膏體漿液，再通過充填泵把膏體漿液輸送到井下充填工作面進行充填。4 4、綜合機械化矸石膏體充填技術、綜合機械化矸石膏體充填技術二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備粉煤灰粉煤灰-80 -80 m m部分激光粒度分析部分激光粒度分析 膠結料膏體與膠結

11、料膏體與42.542.5級水泥膏體強度對比圖級水泥膏體強度對比圖粉煤灰質量與膏體強度關系粉煤灰質量與膏體強度關系-5mm-5mm矸石百分比與齡期強度關系矸石百分比與齡期強度關系4 4、綜合機械化矸石膏體充填技術、綜合機械化矸石膏體充填技術n 膏體充填材料制備膏體充填材料制備二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備矸石膏體充填支架示意圖矸石膏體充填支架示意圖矸石膏體充填支架矸石膏體充填支架 充填支架為四柱支撐式，采取特殊的四連桿掩護板結構設計，能夠起到隔離墻功能，達到快速構筑隔離墻的目的。二、充填開采技術與裝備二、充填開采技術與裝備n 膏體充填支架膏體充填支架目 錄邢臺礦邢臺礦7606760

12、6充填采煤工作面井上、下對照圖充填采煤工作面井上、下對照圖1 1、矸石固體材料充填技術矸石固體材料充填技術工業(yè)應用工業(yè)應用三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐1 1、綜合機械化充填采煤技術效果綜合機械化充填采煤技術效果綜合機械化矸石固體井下充填現(xiàn)場綜合機械化矸石固體井下充填現(xiàn)場三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐井下充填沉降監(jiān)測井下充填沉降監(jiān)測地表充填沉降監(jiān)測地表充填沉降監(jiān)測1 1、綜合機械化充填采煤技術效果綜合機械化充填采煤技術效果三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐n 2008 2008年全國第一個真正年全國第一個真正意義上的綜合機械化推壓意義上的綜合機械化推壓密實充填開采工作

13、面成功密實充填開采工作面成功生產。生產。n 2012 2012年年6 6月，工作面月月，工作面月產達到產達到 8.638.63萬噸萬噸 。1 1、矸石固體材料充填技術矸石固體材料充填技術工業(yè)應用工業(yè)應用三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐冀中能源陶一礦超高水材料充填工作面冀中能源陶一礦超高水材料充填工作面n 陶一礦工業(yè)應用陶一礦工業(yè)應用2 2、超高水材料充填技術超高水材料充填技術三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐 在陶一礦實施超高水材料采空區(qū)充填中，采取了多種手段對充填效果進行了鉆打窺視孔、在被充填的采空區(qū)中掘探巷、工作面礦壓觀測及地面觀測等探測與驗證。p 效果檢驗超高水材料充填礦壓

14、觀測超高水材料充填礦壓觀測2 2、超高水材料充填技術超高水材料充填技術三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐p 根據(jù)邢東礦工業(yè)廣場地面各類設施布局的實際情況，設計在試驗區(qū)上方布設兩條地表移動觀測線。地表移動觀測站布設示意圖地表移動觀測站布設示意圖n 邢東礦充填工作面地表移動邢東礦充填工作面地表移動三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐傾向線動態(tài)下沉曲線傾向線動態(tài)下沉曲線(mm)沿采空區(qū)傾向線動態(tài)下沉曲線沿采空區(qū)傾向線動態(tài)下沉曲線走向線動態(tài)下沉曲線走向線動態(tài)下沉曲線(mm)走向線動態(tài)水平變形曲線走向線動態(tài)水平變形曲線(mm/m)p 邢東礦充填工作面地表移動三、充填開采技術實踐三、充填開采技術

15、實踐觀測線Wm（mm）im（mm/m）km（mm/m2）U(mm)（mm/m）傾向方向431.8-0.140.1230-0.90.9走向方向371.3-0.10.0648-1.71.5 邢東煤礦1126充填工作面地表移動觀測站長期觀測結果地表移動變形最大值如下表：可見井下充填起到了控制或減少地表變形的作用。p 邢東礦充填工作面地表移動三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐在充填體上打的錨桿在充填體上打的錨桿充填體內的巷道高度充填體內的巷道高度3 3、綜合機械化充填采煤技術效果綜合機械化充填采煤技術效果三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐3 3、綜合機械化充填采煤技術效果綜合機械化充填采煤

16、技術效果三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐邢東礦和梧桐莊礦被河北省邢東礦和梧桐莊礦被河北省評為評為3A 3A 級工業(yè)旅游示范點級工業(yè)旅游示范點三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐n 2013年12月21日，中國工程院謝克昌院士到冀中能源參觀國家能源充填采煤技術重點實驗室，并詳細了解充填采煤技術和煤礦生態(tài)礦山建設情況。謝克昌院士（左二）參觀生態(tài)礦山模型謝克昌院士（左二）參觀生態(tài)礦山模型三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐劉建功給謝院士講解充填開采相似模擬劉建功給謝院士講解充填開采相似模擬n 20112011年年9 9月月2828日，日，“全國煤炭工業(yè)綠色開采生態(tài)礦山建設全國煤炭工業(yè)

17、綠色開采生態(tài)礦山建設現(xiàn)場會現(xiàn)場會”在冀中能源集團隆重召開，在全國推廣冀中能源在冀中能源集團隆重召開，在全國推廣冀中能源煤礦生態(tài)礦山建設經(jīng)驗。煤礦生態(tài)礦山建設經(jīng)驗?，F(xiàn)場會參觀人員到井下矸石充填綜采工作面現(xiàn)場參觀學習現(xiàn)場會參觀人員到井下矸石充填綜采工作面現(xiàn)場參觀學習三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐n 已經(jīng)為國內外已經(jīng)為國內外100100多家煤炭企業(yè)進行了技術指導和服務。多家煤炭企業(yè)進行了技術指導和服務。劉建功向國內外來訪人員講解劉建功向國內外來訪人員講解煤礦生態(tài)礦山關鍵技術煤礦生態(tài)礦山關鍵技術三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐劉劉建功向印度建功向印度MAHACOLMAHACOL公司董事公司董事長長SONGITSONGIT、高級顧問、高級顧問PANPAN先生講解先生講解超高水充填材料性能超高水充填材料性能n 多次應邀參加國內外交流會議。多次應邀參加國內外交流會議。三、充填開采技術實踐三、充填開采技術實踐 中國雖然在充填開采做了大量工作，并且取得成功，但中國雖然在充填開采做了大量工作，并且取得成功，但為使這項技術