傾向條帶矸石膠結(jié)充填開采技術(shù)研究及應(yīng)用

介紹了新汶礦區(qū)在城鎮(zhèn)建筑群下以煤矸石為骨料似膏體管道充填、綜采工作面充填、矸石拋矸膠帶機(jī)充填方法。論述了其充填工藝機(jī)理流程、充填設(shè)備設(shè)施、充填工藝及充填效果。提出了3種矸石充填開采對提高資源采出率、延長礦井服務(wù)年限的重大意義及推廣應(yīng)用價(jià)值。

介紹了上向分段碎石膠結(jié)充填采礦法在大冶有色金屬公司豐山銅礦的開采試驗(yàn)情況。試驗(yàn)取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),其中的一些成功經(jīng)驗(yàn),對類似采礦技術(shù)條件的礦體開采具有一定的參考價(jià)值。

設(shè)計(jì)的新型矸石膠結(jié)充填機(jī)構(gòu)由拋矸帶式輸送機(jī)、舉升機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組成。為提高水平拋射和垂直拋射的距離,拋矸輸送機(jī)采用v形深槽托輥和花紋輸送帶。拋矸輸送機(jī)的舉升機(jī)構(gòu)采用前推連桿組合式,而回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)的四連桿機(jī)構(gòu)。利用作圖法得到舉升機(jī)構(gòu)和四連桿機(jī)構(gòu)的基本尺寸參數(shù),并用解析法求得關(guān)鍵部件的作用力。

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(gè)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(dòng)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(jì)要求、基本頂巖層結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定的結(jié)論。并運(yùn)用相關(guān)的力學(xué)理論,分析置換開采后頂板的運(yùn)動(dòng)和變形特征,得出基本頂不會(huì)破斷,地表變形沒有超過建筑物允許變形范圍。設(shè)計(jì)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(shí)踐。

以煤矸石為主要原料(65%以上),摻入適量的硅酸鹽水泥熟料、石膏(亦可摻一定量的礦渣),制得的干混砂漿膠結(jié)料,其1∶3砂漿標(biāo)號一般達(dá)m10左右,可廣泛用于砌筑砂漿及其他普通砂漿。

在云錫老廠14-5#礦體下部進(jìn)行了分段空場嗣后塊石膠結(jié)充填采礦法的生產(chǎn)實(shí)踐。介紹該方法的采場結(jié)構(gòu)、回采工藝,充填工藝及地壓管理,并對存在的問題進(jìn)行了分析,提出了一些建議。

研究開發(fā)金川二礦區(qū)廢石混凝土攪拌和輸送技術(shù),充分利用井下產(chǎn)生的廢石、廢水和地表產(chǎn)生的細(xì)顆粒物料等,將井下的廢石破碎到一定的程度,與地表的細(xì)顆粒物料、水泥和井下的廢水等進(jìn)行混合,制成能夠滿足下向膠結(jié)充填人工假頂強(qiáng)度要求的廢石混凝土,泵送到采空區(qū)進(jìn)行充填,不僅是解決目前金川礦山生產(chǎn)與充填材料嚴(yán)重不足矛盾的有效途徑,而且是金川二礦區(qū)向現(xiàn)代化無廢礦山發(fā)展的必然選擇,具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保意義。

回顧我公司４０年來建筑物下保安煤柱開采史，介紹近年來我公司建筑物下條帶試采情況，并扼要總結(jié)了條帶試采技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和所取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

林西礦業(yè)公司近年來進(jìn)行了建筑物下條帶二次協(xié)調(diào)開采技術(shù)研究,取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果,為探索建筑物下開采尋求到一條新途徑。

通過大型采場模型模擬試驗(yàn),得出了塊石膠結(jié)充填新工藝實(shí)施中的關(guān)鍵技術(shù)與參數(shù),據(jù)此,在銅陵新橋硫鐵礦建成了一套較為完備的塊石膠結(jié)充填系統(tǒng),并投入了生產(chǎn),大大改善了第二步回采的安全,節(jié)約充填材料成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著。為類似礦山采用這一技術(shù)提供了成功的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

通過林西礦業(yè)公司井田東部建筑物下條帶開采技術(shù)應(yīng)用研究,從合理確定采留寬度、支護(hù)手段與開采工藝的研究、移動(dòng)變形的觀測三個(gè)方面,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析總結(jié),探討今后建筑物下條帶開采技術(shù)的應(yīng)用前景

在金川二礦廢石膠結(jié)充填系統(tǒng)中,料漿攪拌的均勻性直接影響充填料漿的管輸穩(wěn)定性、井下料漿的流動(dòng)性、井下充填體的強(qiáng)度等方面。研究通過試驗(yàn),在前期試驗(yàn)得出的料漿濃度、廢石尾砂比的條件下,分析攪拌線速度及攪拌時(shí)間對料漿均勻性的影響,并得出適用于礦山的攪拌制度。

近些年來,隨著社會(huì)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(huì)生產(chǎn)中一項(xiàng)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。

分析了充填開采支架與圍巖關(guān)系和上覆巖層移動(dòng)特征,確立頂板載荷估算方法,并通過充填開采實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)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(dòng)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。

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(shí)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(tái)礦的具體地質(zhì)條件進(jìn)行充填支架設(shè)計(jì),重點(diǎn)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(shí)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及物料運(yùn)輸系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討。通過在邢臺(tái)礦的工業(yè)性試驗(yàn)表明物料充填開采液壓支架設(shè)計(jì)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。

為了解放建筑物下煤炭資源，以邯鄲礦區(qū)某礦斷層發(fā)育區(qū)地質(zhì)采礦條件為研究背景，基于超高水材料充填開采技術(shù)，提出了充填條帶、冒落條帶2種開采方案的工作面布置。在分析了地表變形預(yù)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用概率積分法基本原理，進(jìn)行了地表變形預(yù)計(jì)，并對開采方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并給出了安全開采技術(shù)措施。結(jié)果表明：采用充填條帶開采和冒落條帶開采，分別可采出煤炭資源330．17萬t、216．88萬t，采出率分別為70％、45％，地表最大下沉分別為1390mm、1420mm，最大傾斜均為10．9mm／m，建議采用超高水材料充填條帶開采方案。此方案設(shè)計(jì)為類似地質(zhì)采礦條件下的煤炭資源開采提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。

錫礦山銻礦采選廠采用兩步回采的人工壁柱膠結(jié)充填采礦法開采緩傾斜中厚以上礦體,為提高采場充填生產(chǎn)能力,將普通混凝土充填工藝改為塊石膠結(jié)充填工藝,即在先行填入空區(qū)的塊石中灌充水泥砂漿,采場充填生產(chǎn)能力與充填質(zhì)量顯著提高,該充填工藝簡單可行,安全可靠,成本低,已全面推廣應(yīng)用。

矸石膠結(jié)充填體在礦井充填處理中具有重要意義,它的基本原則在于獲得成本低、強(qiáng)度高的效果。而矸石膠結(jié)充填體的充填材料主要分為矸石廢料、水泥、粉煤灰與水,將這幾種材料按不同的比例混合會(huì)得到不同的強(qiáng)度效果。所以他們的特性與配比原則及其成本變得相當(dāng)重要。

為了減小采礦業(yè)對環(huán)境的危害并延長礦井服務(wù)年限,中國平煤神馬集團(tuán)在礦區(qū)實(shí)施了充填開采;通過選型計(jì)算,確定了采面設(shè)備配套及運(yùn)矸系統(tǒng),介紹了平煤十二礦充填工作面的主要設(shè)備特點(diǎn);對該采煤工藝效果進(jìn)行了分析,總結(jié)了生產(chǎn)中存在的問題及裝備改進(jìn)方向。

老廠錫礦14-5#礦體原設(shè)計(jì)為上向式水平分層膠結(jié)充填采礦法,實(shí)踐中暴露出一系列問題。運(yùn)用分層空場嗣后塊石膠結(jié)充填采礦法對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,解決了存在的問題,獲得了較好的效果。

為提高安全環(huán)保水平和礦石回采率,某礦山擬采用嗣后充填進(jìn)行采空區(qū)治理和部分礦柱回收。根據(jù)礦山的環(huán)境特點(diǎn),分別進(jìn)行了尾砂膠結(jié)充填試驗(yàn)及掘進(jìn)廢石膠結(jié)充填試驗(yàn)。通過對理化特性檢測和水泥膠結(jié)充填料的力學(xué)性能試驗(yàn)研究,確定了適合礦山的膠結(jié)充填參數(shù)。結(jié)果表明,在尾砂膠結(jié)充填料漿濃度為62%～68%,灰砂比為(1∶4)～(1∶8)時(shí),能滿足自流輸送要求,28d單軸抗壓強(qiáng)度滿足礦山充填體強(qiáng)度要求；礦山廢石混合樣制成的充填體強(qiáng)度高于單類廢石樣制成的充填體。礦山采用尾砂及掘進(jìn)廢石膠結(jié)充填采空區(qū),回采部分損失的礦柱,進(jìn)而提高回采率是可行性的。