城鎮(zhèn)建筑群下矸石充填開采新技術(shù)與實踐

煤炭是我國的重要資源和主要能源之一,隨著近些年來煤炭產(chǎn)量的不斷提高,使得采掘作業(yè)面逐步向縱深方向發(fā)展,由此產(chǎn)生的矸石量也隨之不斷增多,大量矸石在升井后,對環(huán)境造成了一定的損害。針對這一問題,相關(guān)的專家學(xué)者將研究重點放在了矸石直接充填采煤技術(shù)上,并在不斷的研究中取得了一定的成績,這為我國煤礦實現(xiàn)綠色開采提供了條件?；诖它c,本文就矸石直接充填采煤的技術(shù)框架、關(guān)鍵設(shè)備及充填開采工藝進(jìn)行淺談。

文中針對開灤某礦壓煤試采區(qū)地質(zhì)采礦條件和地面建筑情況,進(jìn)行了建筑群下多煤層條帶開采方案設(shè)計,并進(jìn)行了開采試驗,通過實際開采和地表觀測站觀測發(fā)現(xiàn),煤層條帶開采后地表移動變形輕微,未對該區(qū)域建筑群產(chǎn)生明顯影響,說明條帶開采設(shè)計方案是科學(xué)合理的,該研究成果對類似條件下的建筑物下采煤具有借鑒作用。

針對陽泉東坪煤礦建筑物下壓煤多、埋藏較淺的特點,基于綜合機(jī)械化長壁矸石充填工藝技術(shù),提出了間歇分層長壁矸石充填開采采出建筑物下壓煤的技術(shù)途徑。在分析長壁矸石充填開采沉陷控制機(jī)理的基礎(chǔ)上,利用等價采高的概念設(shè)計了試驗區(qū)分層開采厚度分別為3.1和3.0m,并對方案進(jìn)行了地表沉陷預(yù)計。結(jié)果表明,第1分層開采后地表的移動變形值均在設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi);第1分層開采穩(wěn)定后,對建筑物進(jìn)行簡單的維修和加固,可進(jìn)行下一分層開采,地表移動變形仍在設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),為該礦井最大限度地解決建筑物下壓煤問題提供了一種安全、經(jīng)濟(jì)的合理開采方法。

為了研究固體充填開采地表沉陷影響因素,實現(xiàn)建筑物下安全開采,以唐山礦t3281n工作面為工程背景,運用現(xiàn)場實測和flac3d數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,分析了地表變形參數(shù)與充填體壓縮率、充填率的關(guān)系。結(jié)果表明:實測地表最大下沉值為38mm,僅占采高的1%,充填開采地表變形較??；充填率從70%增加到95%時,地表下沉峰值和水平變形峰值分別減小了67.1%和70%。；壓縮率由25%減小至5%時,地表下沉峰值和水平變形峰值分別減小了61.8%和61.3%；合理提高充填率與壓實度能夠有效降低開采沉陷程度,充分保護(hù)地表建(構(gòu))筑物。

礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須適應(yīng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和資源高效利用的國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,推廣和采用充填法采礦是實現(xiàn)該發(fā)展戰(zhàn)略的主要內(nèi)容之一.當(dāng)前采用充填法開采破碎礦體存在的普遍問題是生產(chǎn)效率低、充填成本高,企業(yè)擔(dān)心影響經(jīng)濟(jì)效益而有所顧慮.某鉛鋅多金屬礦,大部分礦巖破碎,前期采用淺孔留礦法,采場垮塌嚴(yán)重,貧化損失大,生態(tài)環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)條件差.針對該礦的開采技術(shù)條件,設(shè)計改為廢石分段充填法開采,通過優(yōu)化改進(jìn),提高了生產(chǎn)能力,降低了貧化損失,安全生產(chǎn)條件和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境得到了改善,并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益.

根據(jù)充填開采的特點,針對某煤礦的煤層地質(zhì)條件,對不同配比的充填體進(jìn)行了實驗室試驗,結(jié)合現(xiàn)場最終確定了科學(xué)的充填材料配比和"見七充四"的泵送矸石充填方式?，F(xiàn)場工業(yè)性試驗表明該技術(shù)是成功且高效的,該成果已取得了明顯的社會經(jīng)濟(jì)效益,對類似礦井有一定的借鑒作用。

南陽坡礦就工作面過空巷時，采用高水速凝材料充填法和煤體再造法加強(qiáng)空巷支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行了技術(shù)可行性分析，并就傳統(tǒng)方法、高水充填法和煤體再造法進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)和安全性對比分析，得出高水速凝材料充填法技術(shù)可行，成本更低，施工安全性更高的結(jié)論。

文中針對濕陷性黃土地區(qū)村莊建筑群下煤炭開采的特殊地質(zhì)環(huán)境條件,采取分階段條帶開采、觀測的方式,結(jié)合現(xiàn)場條帶開采實例和觀測數(shù)據(jù),總結(jié)了濕陷性黃土覆蓋條件下的條帶開采地表移動規(guī)律,取得了建筑物不搬遷無損條帶開采和不搬遷微損條帶開采兩項研究成果。

分析了充填開采支架與圍巖關(guān)系和上覆巖層移動特征,確立頂板載荷估算方法,并通過充填開采實例進(jìn)行驗證。研究表明:充填工作面周期來壓步距大,來壓強(qiáng)度不明顯;直接頂隨著工作面推進(jìn)逐漸冒落,垮落步距相比于普通綜采工作面顯著增大;基本頂以緩慢下沉形式發(fā)生彎曲變形,上覆巖層移動范圍明顯減小。支架高工作阻力可以控制頂板的下沉量,保證良好的充填效果,進(jìn)而減小覆巖破壞高度,控制地表變形。

應(yīng)用采動地表位移變形的極坐標(biāo)模型,通過計算機(jī)預(yù)計模擬和全盆地位移變形等值線圖優(yōu)化分析,結(jié)合離層帶注漿充填技術(shù),得出采動對建筑物影響最小的工作面布置方式及其有關(guān)參數(shù),通過改變工作面的布置方式和參數(shù),有效地減少地表位移變形程度和控制覆巖下沉,從而達(dá)到保護(hù)建筑物,提高回采率的目的。這種方法安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)管理簡單可行。

本文通過韓橋煤礦多年來在建筑群下采用大采面走向?qū)挆l帶開采法試驗取得成功，從理論和實測兩方面對條帶煤柱的受力分析和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，為推廣應(yīng)用大采面寬條帶開采方法提供了理論依據(jù)。

近些年來,隨著社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,我國煤礦開采事業(yè)也獲得了更大的發(fā)展空間。煤炭資源是社會生產(chǎn)中一項重要的資源,煤礦開采的效率直接影響煤炭資源的使用效率和礦井的可持續(xù)發(fā)展。在市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下,煤礦開采技術(shù)也向著多樣化的方向發(fā)展,尤其是建筑物下壓煤充填開采技術(shù)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢,而且受到了廣泛的應(yīng)用。文章主要針對建筑物下壓煤充填開采的相關(guān)問題進(jìn)行簡要探討。

簡要介紹了臥牛山煤礦在徐商公路下７８９工作面采用帶開采法有效保護(hù)地面建筑物的方法。

礦山地下開采引起的圍巖應(yīng)力變化及地表變形影響著地面建筑物的安全；采用abaqus有限元軟件對金屬礦山充填開采引起的巖體變形及地表移動規(guī)律進(jìn)行了研究；以礦山實際開采現(xiàn)狀及實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)；建立了具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的三維地層模型；利用子程序sigini編程施加地應(yīng)力；采用修正mohr-coulomb模型模擬巖體；計算得出:由于圍巖力學(xué)強(qiáng)度較高；開采引起頂板下沉量相對較??；充填對于控制底鼓具有一定抑制作用；預(yù)留礦柱主要承受較大豎向壓應(yīng)力；礦柱尺寸越小壓縮量越大；地表充填站位于采空區(qū)邊緣位置；水平及豎向位移相對較小；地表變形主要集中在采空區(qū)中部位置；研究成果可為礦山安全開采提供依據(jù)；為地面監(jiān)測點的選擇提供參考；

充填支架是充填開采中的關(guān)鍵設(shè)備。充填支架不僅支護(hù)頂板,維護(hù)安全作業(yè)空間,推移工作面輸送機(jī)和采煤機(jī),而且擔(dān)負(fù)采空區(qū)充填、物料夯實及物料在采空區(qū)的輸送任務(wù)。針對目前充填支架在充填開采中的關(guān)鍵作用,根據(jù)邢臺礦的具體地質(zhì)條件進(jìn)行充填支架設(shè)計,重點對支架后部尾梁的支護(hù)機(jī)構(gòu)及其強(qiáng)度,充填結(jié)構(gòu)、夯實機(jī)構(gòu)的設(shè)計及物料運輸系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討。通過在邢臺礦的工業(yè)性試驗表明物料充填開采液壓支架設(shè)計合理,充填效果良好,經(jīng)地面及井下觀測數(shù)據(jù)分析,地表沉陷量達(dá)到了預(yù)期效果。

針對建下條采煤柱回收和井下矸石處理的重大技術(shù)難題,提出矸石置換開采。通過闡述矸石充填巷集中與分散布置對地表移動的影響、分析置換開采留設(shè)煤柱的合理寬度,最終確定在條采煤柱中央集中布置2條矸石充填巷,充填巷尺寸為4.0m×5.0m(寬×高)、巷間煤柱寬4.0m;基于數(shù)值模擬方法分析置換開采留設(shè)煤柱的穩(wěn)定性、條采與置換開采老頂層面上垂直應(yīng)力分布,得出置換開采留設(shè)煤柱滿足煤柱強(qiáng)度設(shè)計要求、基本頂巖層結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定的結(jié)論。并運用相關(guān)的力學(xué)理論,分析置換開采后頂板的運動和變形特征,得出基本頂不會破斷,地表變形沒有超過建筑物允許變形范圍。設(shè)計矸石置換開采充填工藝,該研究成果已成功應(yīng)用于工程實踐。

用力學(xué)理論闡述了充填原理，矸石自溜充填法的使用條件，分析了各種充填狀態(tài)頂、底板的移動情況及自溜充填法不同于其它充填法減小地表移動與變形的機(jī)理，闡明了該充填方法在工藝上及綜合治理等方面的優(yōu)越性，并論述了該方法在建筑物下采煤的實用性及可推廣性。

根據(jù)村莊下條帶開采的經(jīng)驗,對城區(qū)密集建筑物下條帶開采進(jìn)行研究,合理確定采留比和寬深比,并對大斷層兩翼條帶布置方式進(jìn)行了合理確定,預(yù)計地表主體建筑物的移動與變形,對因采動影響引起斷層活化造成的影響進(jìn)行預(yù)計,采用協(xié)調(diào)開采方法予以消除,從而實現(xiàn)城區(qū)密集建筑物下的安全開采

針對許廠煤礦面臨的村莊建筑物下的壓煤、條帶煤柱的置換開采、井下矸石處理3個主要問題,在矸石物理力學(xué)指標(biāo)測試、數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上,提出了可行的矸石置換開采建筑物下條帶煤柱的方案。結(jié)果表明,在保證地表變形在ⅰ級保護(hù)范圍內(nèi)前提下,通過在條采煤柱中掘充填巷,并利用井下矸石進(jìn)行充填的技術(shù)手段,對條帶開采后留設(shè)的煤柱進(jìn)行置換開采,是一條節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效益的科學(xué)之路。

針對我國建筑物下壓煤量大以及地面矸石堆積污染環(huán)境的現(xiàn)狀,在分析現(xiàn)有建筑物下開采技術(shù)途徑的基礎(chǔ)上提出了采用矸石充填巷采進(jìn)行建筑物下壓煤開采。通過對矸石充填巷采地表沉陷控制原理的分析研究,確定了建筑物下矸石充填巷采地表沉陷控制方案設(shè)計的基本原則;為結(jié)合某礦地質(zhì)采礦條件,做出了實例分析,并就地表沉陷進(jìn)行了預(yù)計,結(jié)果表明:矸石充填巷采應(yīng)用于建筑物下壓煤開采是可行和可靠的。

《新編煤礦開采新技術(shù)實用手冊》 作者：編委會 出版社：煤炭科學(xué)出版社2010年出版 開本：16開精裝 冊數(shù)：全五卷 定價：1380元 優(yōu)惠價：620元 詳細(xì)目錄: 第一篇煤礦勘探與鉆井新技術(shù) 第一章煤礦勘探技術(shù) 第二章煤礦爆破技術(shù) 第三章煤礦鉆井工藝 第四章鉆孔灌注樁成孔技術(shù) 第五章反井鉆井技術(shù) 第六章凍結(jié)鉆井技術(shù) 第二篇煤礦支護(hù)新技術(shù) 第一章光爆錨噴支護(hù)技術(shù) 第二章圍巖松動圈錨噴巷道支護(hù)技術(shù) 第三章巷道金屬支架支護(hù)技術(shù) 第四章氣垛支架支護(hù)技術(shù) 第五章切頂支柱支護(hù)技術(shù) 第六章煤層堅硬頂板控制技術(shù) 第三篇綜合機(jī)械化長壁采煤工藝技術(shù) 第一章長壁采煤新工藝 第二章單—長壁采煤技術(shù) 第三章放頂煤長壁采煤工藝與技術(shù) 第四章掩護(hù)支架采煤技術(shù) 第五章水平分層與斜切分層采煤技術(shù) 第六章水平分段放頂煤采煤技術(shù) 第四篇綜合機(jī)械化放頂煤開

建筑物下煤層群開采的安全深度