膏体充填现状与发展思路

《膏体充填现状与发展思路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《膏体充填现状与发展思路（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、中中 国国 矿矿 业业 大大 学学膏体充填采矿技术研发现状与发展思路膏体充填采矿技术研发现状与发展思路中国矿业大学中国矿业大学 充填开采实验室充填开采实验室汇报提纲：汇报提纲： 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义 国内外膏体充填技术的发展概况 中国矿大膏体充填技术研发现状 中国矿大膏体充填技术发展思路1 1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义膏体充填采矿技术内涵、用途与意义所谓膏体充填是所谓膏体充填是指将固体废物配制成无需脱水的牙膏指将固体废物配制成无需脱水的牙膏状浆体，通过泵压和（或）重力作用，经过管道输送状浆体，通过泵压和（或）重力作用，经过管道输送 到井下，适时适量充填采空区的方法。到井下，

2、适时适量充填采空区的方法。它一方面实现煤矸石、粉煤灰、尾砂、废石、城它一方面实现煤矸石、粉煤灰、尾砂、废石、城镇固体垃圾等资源化利用，使矿山无（少）固体废物镇固体垃圾等资源化利用，使矿山无（少）固体废物 排放，另一方面解决矿山开采覆岩及地表沉陷破坏，排放，另一方面解决矿山开采覆岩及地表沉陷破坏， 提高资源采出率，保护地下水和地表建（构）筑物，提高资源采出率，保护地下水和地表建（构）筑物， 实现绿色开采，是实现绿色开采，是2121世纪采矿技术的重要发展方向。世纪采矿技术的重要发展方向。1 1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义膏体充填采矿技术内涵、用途与意义矿山膏体充填材料实质就是利用煤矸石、粉煤

3、灰 、尾砂、废石等固体废物制作成的低成本的特殊“混 凝土”或特殊“砂浆”。1 1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义膏体充填采矿技术内涵、用途与意义 膏体充填材料的特点：浓度高。一般水砂充填质量浓度Cw 5%5%； 需过滤排水系统复杂；污需过滤排水系统复杂；污 染井下；溢流尾砂不能用染井下；溢流尾砂不能用 风力充填风力充填q q=0.30.5=0.30.5控制沉陷难满足需要控制沉陷难满足需要 辅助运输困难辅助运输困难 村庄搬迁村庄搬迁新址新建村庄新址新建村庄 垮落法开采垮落法开采搬迁五难；费用越来越高搬迁五难；费用越来越高 土地占用与破坏严重土地占用与破坏严重1 1 膏体充填采矿技术内涵、用途与

4、意义膏体充填采矿技术内涵、用途与意义 开采沉陷问题：全国煤炭开采破坏和占压土地43万公顷，年新增塌陷地3.5万公倾。温总理指出：煤矿应当解决两个问题，一是安全生产，二是采空区冒落塌陷。 固体废物排放问题：全国煤矿堆存煤矸石约34亿t ，年新生煤矸石约2亿t。全国尾矿库10000余座，总库容500亿m3，年新生尾矿3亿t。全国火力发电装机容量2.88亿千瓦，年新生粉煤灰1.5亿t。 1 1 膏体充填采矿技术内涵、用途与意义膏体充填采矿技术内涵、用途与意义 钱鸣高院士：“三下”采煤技术，几十年来没有根本改变，需要发展新的不迁村采煤技术。 膏体充填采煤把固体废物利用与采动破坏、地表沉陷控 制有机结合

5、起来，是一种“低破坏、高利用、低排放”方 法，是根本解决 “三下一上”采煤问题的发展方向。 膏体充填采煤本质上是绿色采矿技术，“利矿、利民、 利国”，具有鲜明的“高效安全、高采出率、环境协调” 绿色采矿基本特征。 2 2 国内外膏体充填技术发展概况国内外膏体充填技术发展概况国内外应用膏体充填的部分金属矿山(均以普通水泥为胶结料）起始时间国家/矿山起始时间国家（矿山）1979德国/格伦德金属矿1993俄罗斯/诺雷尔斯克镍矿1985南非 /库克3号金矿1994中国/铜绿山铜矿1987英国 /费尔克拉夫矿1994加拿大/ INCO公司1988美国 /幸运星期五铜矿1995澳大利亚/坎宁顿矿1989中

6、国 /金川镍矿1996葡萄牙/ 尼维斯科夫矿1989奥地利/布莱堡矿2001坦桑尼亚/巴雷克金矿1992摩洛哥 /哈佳铜矿2002土尔其/米勒雷矿2 2 国内外膏体充填技术发展概况国内外膏体充填技术发展概况 膏体充填在煤矿： 1988，德国 摩纳泊尔煤矿：长壁面，采深1000 m， 充填系统能力 100 m3/h，泵压6 MPa。 1989，英国 荷姆黑斯煤矿：长壁面，采深600 m，充 填能力100 m3/h ，泵压10 MPa。 1990，德国 沃尔萨姆煤矿：长壁面，采深900 m，煤 层厚度1.5 m，充填能力100 m3/h，泵压12 MPa。尚局限于大采深、薄煤层、处理固体废物方面。

7、2 2 国内外膏体充填技术发展概况国内外膏体充填技术发展概况 煤矿以开采沉陷控制为主的膏体充填特点：成本要求更低。金川膏体充填成本84.8元/m3，煤矿能够 接受的充填成本只有其1/2左右，甚至更低。以煤矸石、粉煤灰等固体废弃物作集料，物料成分复杂，变化大。早期强度要求高。十数小时充填体要自稳、能脱模。胶结料用量少。太平矿50 kg/m3，即 2.5% 。2 2 国内外膏体充填技术发展概况国内外膏体充填技术发展概况我国煤矿发展膏体充填须解决的关键问题：以控制开采沉陷为主要目的的膏体充填是一项开拓性事业，需要解决以下四个关键性问题： 满足开采沉陷控制要求的廉价材料研制新型胶结料； 可靠的充填工艺

8、发展专门国产充填关键设备； 达到村庄不搬迁等的开采沉陷控制效果研究充填开设计理论，充填方法与开采沉陷预测方法； 煤矿经济上可以承受的成本。3 3 中国矿大膏体充填技术研发现状中国矿大膏体充填技术研发现状中国矿业大学把以膏体充填为主的绿色开采技术方向 确定为采矿工程国家级重点学科21世纪发展的重点。 充填采矿实验室建设 新型膏体胶结材料的研制 膏体充填设计理论与方法 膏体充填工业性示范项目 国际交流与合作 产学研新机制建立3.1 3.1 充填采矿实验室建设充填采矿实验室建设充填采矿实验室是中国矿业大学能源与安全工程学院 “211工程”重点项目建设成果，是矿山开采与安全教育部重 点实验室的重要组成

9、部分，固定资产1000余万元，建筑面 积1400 m2。主要由四大部分组成：（1）材料制备系统；（2）细粒料浆充填实验系统；（3）粗粒料浆充填实验系统；（4）材料物理力学实验。 3.1 3.1 充填采矿实验室建设充填采矿实验室建设试验功能：胶结材料破碎、粉磨、分级与混合加工试验。主要性能指标：平均粒径可达24 m；材料 制备能力50 kg/h 。材料制备实验系统3.1 3.1 充填采矿实验室建设充填采矿实验室建设主要试验功能：（ 破碎矸石充填料浆制备工艺实验；粗粒料浆管道输送实验；管路清洗实验；充填支架模板隔离效果实验；泵送设备性能实验。粗集料充填工艺实验系统3.1 3.1 充填采矿实验室建设

10、充填采矿实验室建设主要实验功能：尾砂三种造浆工艺实验； 高压浓密机浓缩试验； 陶瓷过滤机脱水试验； 立式砂仓放砂试验； 尾砂管输工艺性能实验； 流态观测试验。 细粒浆充填工艺实 验系统3.2 3.2 新型膏体胶结材料的研制新型膏体胶结材料的研制（1）PL膏体胶结料：是一种以普通水泥（熟料）为基材 的复合胶结料，其中普通水约占50%。（2）SL膏体胶结料：是一种以水淬渣等炉渣为基材的复合胶结料。（3）矿渣无熟料水泥。3.2 3.2 新型膏体胶结材料的研制新型膏体胶结材料的研制 PL、SL膏体胶结料特点：早期强度高。早期水化反应生成细针状高结晶水矿物 钙矾石，结晶水体积积高达81.16 %。后期强

11、度稳定增长。后期反应以硅酸钙凝胶等为主体。亲泥性能好。能与含泥量高的集料正常凝结固化。 固结能力强。同用量条件下，比普通水泥固化体强度提 高3倍以上。生产成本低。价格低于250300元/t。3.2 3.2 新型膏体胶结材料的研制新型膏体胶结材料的研制泗河砂膏体充填材料全应力应变曲线泗河砂膏体充填材料全应力应变曲线 ，轴向应变；轴向应变；，体积应变。体积应变。3.2 3.2 新型膏体胶结材料的研制新型膏体胶结材料的研制 PL、SL膏体胶结料性能：胶结 用料充填体抗压强度 （MPa）6h8h12h24h7d28dPL型0.140.170.190.280.401.39SL型10.030.070.10

12、0.230.341.67SL型20.270.400.630.801.361.35备注胶结料用量5060kg/m3，粉煤灰250400kg/m3。3.2 3.2 新型膏体胶结材料的研制新型膏体胶结材料的研制 以徐州钢厂水淬渣配制的无熟料水泥性能：抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d中矿大无熟料水泥 (徐州水淬渣)25.961.74.59.852.5硅酸盐水泥 (GB175-1999)23.052.54.07.052.5R粉煤灰硅酸 盐水泥 (GB1344-1999)23.052.54.57.03.3 3.3 膏体充填设计理论与方法初步建立膏体充填设计理论与方法初步建立 六种膏体充

13、填方法（1）全采全充法 （2）短壁间隔充填法 （3）长壁间隔充填法 （4）冒落区充填法 （5）离层区膏体充填法 （6）条带开采二次充填法 膏体充填关键层设计理论3.4 3.4 膏体充填工业性示范项目膏体充填工业性示范项目 厚煤层不迁村分层膏体充填采煤 太平煤矿，9 m厚煤层，薄 基岩，厚表土层，设计分四层全采全充，2006年5月试验。粉煤灰膏体充填不迁村采煤技术邢台煤矿，正在进行设备安 装与调试。 承压水上村庄下薄煤层膏体充填开采 朱村煤矿，1.3 m煤 层，下有奥灰承压水威胁，上有村庄，正在进行施工设计。 河床下金属矿膏体充填开采 南洺河铁矿，河堤下开采，正 在进行设备安装。 矸石膏体充填开

14、采村庄保护煤柱的研究 小屯矿，正在进 行方案设计。3.4 3.4 膏体充填工业性示范项目膏体充填工业性示范项目太平煤矿膏体充填系统（2台KSP220充填泵，2台2m3BHS搅拌机）3.4 3.4 膏体充填工业性示范项目膏体充填工业性示范项目3.5 3.5 国际交流与合作国际交流与合作 邀请外国专家来校交流3.5 3.5 国际交流与合作国际交流与合作 出国考察充填技术3.6 3.6 产学研新机制建立产学研新机制建立 2005年5月成立了“徐州中矿大贝克福尔科技有 限公司”。该公司中国矿业大学参股，学校与项目组控股，为膏体充填技术产业化发展创造平台。公司宗旨：创一流绿色采矿技术。公司经营范围：充填

15、注浆材料、固体废物资源化建筑材 料、矿山充填注浆设备、矿山充填注浆工程。4 4 中国矿大膏体充填技术发展思路中国矿大膏体充填技术发展思路基础理论采后覆岩裂隙场开采沉陷规律气液渗流规律岩控与应力场关键层理论关键技术地下气化二元开采系统 充填开采技术煤巷支护技术矸石处理技术重要课题水资源保护地表保护瓦斯抽放矸石处理充填技术地下气化冲击地压防治深部开采与地热 利用 膏体充填是绿色采矿的重要组成部分4 4 中国矿大膏体充填技术发展思路中国矿大膏体充填技术发展思路 科学研究与产业化协同发展其中充填产业四支柱： （1）充填材料（新型矿渣复合水泥，分水淬渣基、粉煤 灰基）。 （2）充填专用设备：充填泵、充填支架。 （3）成套设备。 （4）充填工程承包。 4 4 中国矿大膏体充填技术发展思路中国矿大膏体充填技术发展思路 争创充填采矿与固体废物资源化利用国家工程 研究中心目标：成为国家固体废物充填采矿实验基地；充填材料开发与生产示范基地；充填技术开发与推广中心。4 4 中国矿大膏体充填技术发展思路中国矿大膏体充填技术发展思路 发展三阶段（1）示范工程阶段：太平、邢台、朱村、小屯、南洺河等。（2）推广应用阶段：（3）多元化发展阶段：充填材料、煤矿充填、金属矿山充填 、充填设备、成套、建筑材料、工业泵、充填工程等。谢谢大家！谢谢大家！