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1、 参考资料 综综合合机机械械化化固固体体充充填填 采采煤煤技技术术 可行性研究报告 初稿 可行性研究报告 初稿 参考资料 目目 录录 1 1 绪绪 论论 1 1 1 1 立项背景及意义 1 1 2 国内外研究现状 3 1 3 研究内容与技术路线 8 2 2 固体充填采煤技术总体构思及技术关键固体充填采煤技术总体构思及技术关键 1111 2 1 采矿地质条件 11 2 2 现有技术及条件 15 2 3 充填采煤技术的总体构思 18 2 4 技术关键与创新点 19 3 3 充填物料井上下运输及垂直投料输送系统设计充填物料井上下运输及垂直投料输送系统设计 2020 3 1 充填物料井上运输系统设计
2、20 3 2 充填物料垂直投料输送系统设计 22 3 3 井下矸石不升井系统设计 29 4 4 固体充填采煤关键设备的选型固体充填采煤关键设备的选型与与设计设计 3333 4 1 充填采煤关键设备的性能要求 33 4 2 充填采煤液压支架设计 36 4 3 全断面夯实系统设计 48 4 4 多孔底卸式输送机设计 50 4 5 自移式充填物料转载输送机设计 53 4 6 其它配套设备选型 54 5 5 固体充填采煤系统布置及工艺设计固体充填采煤系统布置及工艺设计 5656 5 1 充填采煤区域方案设计 56 5 2 充填与采煤工艺设计 62 6 6 固体充填采煤地表沉陷预计固体充填采煤地表沉陷预
3、计 6767 6 1 充填采煤地表控制原理分析 67 6 2 充填采煤地表沉陷预计方法选择 69 参考资料 6 3 地表建 构 筑物概况及高速公路的设防标准 72 6 4 充填采煤沉陷预计参数选择 73 6 5 充填采煤沉陷预计结果 74 7 7 项目投资与效益分析项目投资与效益分析 8181 7 1 项目的各项投资分析 81 7 2 充填采煤吨煤成本分析 83 7 3 经济与社会效益分析 84 参考资料 1 绪 论 1 1 立项背景及意义 煤炭作为我国主要的支撑能源 随着国民经济的快速发展 位于煤炭下游的 电力 钢铁 铁路等行业对煤炭的需求逐年加大 导致近年来煤炭开采速度加快 随着矿井开采年
4、限的延长和采深的延伸 一大批资源矿井逐步进入残采阶段 部 分矿井已进入衰退期 有的甚至关井转产 煤矿的 衰老 现象已成为资源型企 业的共性问题 社会各界对有衰退倾向的矿井给予了足够的重视 目前许多矿区 不得不面对传统技术无法开采的 三下 建筑物下 铁路下 水体下 压煤难 题 据不完全统计 我国国有骨干大中型矿井 三下 压煤量达到 140 亿 t 以上 然而到目前为止 从 三下 采出的煤炭仅有 10 亿 t 左右 占整个 三个 压 煤量的 7 左右 目前多数矿井都存在 三下 压煤的问题 一般都占矿井可采储 量的 10 30 部分高达 40 由此可见 随着矿区煤炭资源的枯竭及相关行业 对煤炭需求量
5、的继续加大 矿区 三下 压煤问题逐渐凸现出来 而建 构 筑 物下压煤尤为突出 建 构 筑物下压煤问题直接影响着矿井的正常生产 造成 生产接替紧张 产量降低 服务年限缩短 而且影响矿井的生产布局和总体规划 严重制约着矿井的可持续发展 几十年来 为了解决 三下 压煤问题 各级地方政府和煤矿企业都做了大 量的工作 科技人员也进行了多项技术研发和推广普及工作 使 三下 采煤技 术的整体水平有了较大的提高 开发了包括迁村开采 条带开采 限厚开采 协 调开采 离层带注浆充填采煤 膏体充填采煤等多种技术 然而这些技术成本过 高 且不能达到高效机械化 无法规模性的开采 三下 压煤 目前采出的 三 下 压煤大约
6、 75 是靠搬迁实现的 但导致了大量塌陷区 造成严重的生态与环 境破坏 而且相当一部分建筑物具有特殊的历史或象征意义也难以搬迁 同时 煤矿生产中排放大量的固体废弃物 矸石 传统的方式是直接堆放于 地表 形成煤矿特有的地表特征 建筑物 矸石山 据统计 目前全国历年累 计堆放的煤矸石达 55 亿 t 规模较大的矸石山有 1600 多座 占用土地约 1 5 万 参考资料 kh2 且每年还以 1 5 2 0 亿 t 的速度继续增加 同时矿区的自备电厂生产过程中 也排放了大量的粉煤灰 据统计全国粉煤灰存量已超过 5 亿 t 且以每年 5000 7000 万 t 的速度快速增加 给矿区带了新的难题 就阳泉
7、煤业 集团 有限责任公司而言 整个矿区压煤量巨大 例如寺家庄 煤矿地质储量 10 9 亿 t 其中村庄和水资源压煤量 5 8 亿 t 占总资源储量的 53 38 五矿后备区地质储量 11 3 亿 t 其中村庄和环境保护区压煤量达 4 3 亿 t 占到总资源量的 38 二矿合计全部压煤量达 10 1 亿 t 山西新元煤炭有 限责任公司 三下 压煤资源约 1 77 亿 t 约占可采储量 5 06 亿 t 的 36 仅 太旧高速保护煤柱的压煤就达到 1 05 亿 t 而准备采用充填采煤技术的井田西北 部太旧高速和村庄下压煤达到 4000 万 t 这些压煤资源的无法开采严重影响了集 团公司煤矿的生产建
8、设 制约着公司的可持续发展 阳泉矿区的固体废弃物由于多年积累 城市周围分布着 26 座矸石山 其占 地超过 4300 亩 矸石存量超过 2 亿 t 此外还有超过 2000 万 t 的电厂粉煤灰未 得到有效处理 这些固体废弃物的排放不仅占用了大量土地 还增加了企业生产 的附加成本 仅山西新元煤炭有限公司 2011 年的排矸费用就高达 2540 万元 此外矸石 粉煤灰风化后的粉尘严重影响了矿区的空气质量 淋雨后其中含有的 重金属物质又进入地下水 污染水资源 同时矸石山内部容易发热自燃 释放有 害气体 据估计仅阳泉矿区周边矸石山每年释放的 SO2就达 2 万 t 潜藏爆炸危 险 严重威胁矿区群众的安
9、全 这些固体废弃物的治理问题已经成为阳泉矿区建 设和谐生态 建设和谐矿区的一大障碍 由此可知 研发一种实现 三下 压煤规模性开采 解决固体废弃物排放等 问题的技术 是阳泉矿区亟待解决的重大科学与工程技术难题 通过调研 阳泉 集团与中国矿业大学合作 提出了 综合机械化固体充填采煤技术 项目研究 旨在通过研发工作面固体充填采煤设备及工艺等技术 在保证地表建 构 筑物 安全使用的前提下 达到开采出 三下 压煤的目的 并实现固体废弃物井下处 理减少辅助运输压力 降低排矸费用 减少固体废弃物地面堆积对环境的污染破 坏 实现矿区资源与环境的协调发展 该技术的研究具有以下重要意义 参考资料 1 提高矿井煤炭
10、采出率 延长矿井服务年限 研发的综合机械化固体充填采煤技术可安全高效采出 三下 压煤 采出率 可达 85 延长了矿井的服务年限 同时 缓解了资源枯竭型矿井带来的人员就 业问题 确保了矿区社会的稳定 2 实现矸石等固体废弃物井下处理 改善矿区周边生态与生存环境 该项技术的成功实施 可解决矸石等地面排放带来的生态环境破坏问题 改 善矿区周边的环境 以及生存与生活环境 3 革新煤矿企业的采煤方法 为类似条件矿井开采提供重要的技术借鉴 该项技术的成功应用 将推动我国 三下 压煤开采技术的发展 革新充填 采煤技术 为我国存在类似问题的矿井开采提供重要的技术借鉴 总之 该项技术的研发对充填采煤方法的发展具
11、有重要意义 对 三下 压 煤开采技术的发展具有推动作用 其科学与工程技术意义重大 1 2 国内外研究现状 充填采煤就是在用井下或地面的矸石 粉煤灰等充填物料充入采空区 达到 控制岩层运动及地表沉陷的目的 按充填方式可分为水力充填 风力充填 机械 充填 矸石自溜充填等 按所采用充填物料和输送方式的不同 将充填采煤方法 分为 用矿车 风力或其它机械输送干式充填料充填采空区的干式充填采矿法 用水力管道输送选厂尾砂 山砂 河砂 炉渣 棒磨砂 碎石等充填料充填采空 区的水力充填采矿法 用水泥及其代用品或其它胶凝材料与选厂尾砂等配制成具 有胶结性质的充填物料充填采空区的胶结充填采矿法 国外在重要建 构 筑
12、物 下开采时 也曾采用混凝土充填 国外 如波兰 德国 法国等 煤矿都曾采用过充填法采煤 充填采煤在波 兰 德国发展应用效果好且广泛 波兰在城镇及工业建 构 筑物下采煤时采用 水砂充填的采煤量占全国建 构 筑物下采煤量的 80 左右 国外使用的充填料 通常是河砂 煤矸石和电厂粉煤灰等 英国 法国 比利时等国都不同程度地采 用了风力充填方法 我国在抚顺用废油母页岩充填采空区 下沉系数为 0 12 蛟 河煤矿将矸石破碎作为充填物料 其下沉系数为 0 21 参考资料 矿山充填技术是为了满足采矿工业的需要发展起来的 矿山充填虽然已达数 百年的历史 但早期的是从矿山排弃地下废料开始的 最早有计划地进行充填
13、的 是 1915 年澳大利亚的塔斯马尼亚芒特莱尔矿和北莱尔矿应用废石充填采煤 在矿山充填方面取得较大的进展 在国外有将近 60 年的历史 而在我国则 是近 40 年的历史 国内外矿山充填技术的发展均经历了四个发展阶段 但国内 的发展要比国外滞后 10 20 年 由于借鉴了国外的经验 不断进行科技创新 因 而其差距已逐步缩小 第一阶段 第一阶段 国外在二十世纪 40 年代以前 以处理废弃物为目的 在不完全 了解充填物料性质和使用效果的情况下 将矿山废料送入井下采空区 如澳大利 亚北莱尔矿在上世纪初的废石充填 以及加拿大诺兰达公司霍恩矿在 30 年代将 粒状炉渣加磁黄铁矿充入采空区 国内在上世纪
14、50 年代以前 均是以处理废弃物为目的的废石干式充填工艺 废石干式充填采矿法曾在 50 年代初期成为我国主要的采矿法之一 1955 年在有 色金属矿床地下开采中占 38 2 在黑色金属矿床地下开采中竟达到了 54 8 但于 1956 年以后 随着回采技术的发展 废石干式充填因其效率低 生产能力 小和劳动强度大 满足不了回采技术发展的需要 因而 自 1956 年开始 国内 干式充填法所占比重下降 到 1963 年在有色矿山担负的产量仅占 0 7 处于被 淘汰的地位 第二阶段 第二阶段 20 世纪 40 50 年代 澳大利亚和加拿大等国的一些矿山开发并应 用了水砂充填技术 从此真正将矿山充填纳入了
15、采矿计划 成为采矿系统的一个 组成部分 并且对充填料及充填工艺展开研究 这一阶段主要是将尾矿借助水力 充入井下采空区 其充填料的输送浓度较低 一般在 60 70 左右 需要在采场大 量脱水 因而通过脱除尾矿的细泥部分以控制渗透速度 并确定了以 100 mm 的 渗透速度作为工业标准 应用水砂充填的矿山已较多 如澳大利亚的布罗肯希尔 矿和加拿大的一些矿山广泛应用了这一工艺 国内矿山从 60 年代才开始采用水砂充填工艺 1965 年在锡矿山南矿为了控 制大面积地压活动 首次采用了尾矿水力充填采空区工艺 有效地缓减了地表下 参考资料 沉 湘潭锰矿也从 1960 年开始采用碎石水力充填工艺 以防止矿坑
16、内因火灾 并取得了较好的效果 70 年代在铜绿山铜铁矿 招远金矿和凡口铅锌矿等矿山应 用了尾矿水力充填工艺 80 年代则已在国内 60 余座有色 黑色等金属矿山的开 采中广泛应用了水砂充填 第三阶段 第三阶段 60 70 年代 开始应用和研发尾矿胶结充填技术 由于非胶结充 填物料无自立能力 难以满足采矿工艺高回采率和低贫化率的需要 因而在水砂 充填工艺得以发展并推广应用后 就开始发展采用胶结充填技术 其代表矿山有 澳大利亚的芒特艾萨矿 于 60 年代采用尾矿胶结充填工艺回采底柱 其水泥添 加量为 12 随着胶结充填技术的发展 在这一阶段已开始深入研究充填料的特 性 充填料与围岩的相互作用 充填物料的稳定性和充填胶凝材料 国内初期的胶结充填均为传统的混凝土充填 即完全按建筑混凝土的要求和 工艺制备输送胶结充填料 其中凡口铅锌矿从 1964 年开始采用压气缸风力输送 混凝土胶结充填 充填物料水泥单耗为 240kg m3 金川龙首镍矿也于 1965 年开 始应用戈壁集料作为集料的胶结充填工艺 并采用电耙接力输送 其充填物料水 泥单耗量为 200kg m3 这种传统的粗骨料胶结充填的输送工艺复
