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1、,矸石膏体充填回收建筑物下条带开采遗留煤柱技术,周华强 教授/博士生导师,中 国 矿 业 大 学 徐州中矿大贝克福尔科技有限公司,2013年3月 郑州,膏体充填回收条带遗留煤柱,1 立项背景 2 项目关键技术 3 主要研究内容与成果 4 经济社会效益 5 推广应用前景,提 纲,1 立项背景,岱庄煤矿是淄矿集团2000年投产的年轻矿井，核定生产能力300万t/a，由于地处济宁市任城区，地面建/构筑物密集，井田内有78个村庄，建筑物压煤占全部可采储量80%以上，不得以，从投产始就用条带法开采建筑物压煤。 近年济宁市城市化发展进一步扩大了岱庄煤矿建筑物压煤量，到2007年底岱庄煤矿剩余可采储量缩减到
2、3670万t，已经形成49个条带煤柱，遗留1000余万t煤炭资源。 条带开采能够满足地面建筑物保护要求，但是，采出率低，岱庄条带开采的2300采区采出率只有37%，不能满足矿井可持续发展的需要。, 岱庄煤矿面临问题,膏体充填回收条带遗留煤柱, 岱庄2300条采情况,工广煤柱边界,庄头断层,济宁城市北扩边界,5300采区,1300采区,G105,铁路专线,采区面积5.587km2 8个村庄 2个小学 4个企业 引入充填之前： 工作面：长壁面3个条带面24个 实采面积：2.131km2 采区采出率：37%,本项目膏体充填工业性试验点,2300采区,膏体充填回收条带遗留煤柱,1 立项背景,仙庄幼儿园
3、,仙庄居民楼,糖厂烟窗,靳庄民宅,甜葡糖厂,养鸡场, 2300采区地面建筑情况,膏体充填回收条带遗留煤柱,1 立项背景,提出“矸石膏体充填回收建筑物下条带开采遗留煤柱技术”项目之目的： （1）探索不搬迁、高采出率地把传统垮落条带开采丢掉的煤柱采出来的技术新途径，提高采出率，延长矿井服务年限。 （2）膏体充填在条带已采区试验成功以后，推广应用到6300、7300新采区，实现无煤柱开采，进一步提高资源采出率，充分延长矿井服务年限，实现矿井可持续发展。 （3）为淄矿集团，乃至全国其他煤矿，特别是东中部人口密集地区煤矿根本解放“三下”压煤提供技术，促进我国煤炭工业技术进步。, 课题研究目的,膏体充填回
4、收条带遗留煤柱,1 立项背景,膏体充填回收条带遗留煤柱,1 立项背景 2 项目关键技术 3 主要研究内容与成果 4 经济社会效益 5 推广应用前景,提 纲,2 项目关键技术, 膏体充填采煤的关键技术,膏体充填回收条带遗留煤柱,膏体充填回收条带遗留煤柱,1 立项背景 2 项目关键技术 3 主要研究内容与成果 4 经济社会效益 5 推广应用前景,提 纲,3 主要研究内容与成果, 膏体充填液压支架与充填方法, 综采大步距隔离全部充填采煤法 地面造浆，充填泵加压，管道输送，全部充填采空区。 充填步距35m，每次充填前要沿工作面作隔离墙。 研究开发了具有隔离功能和待充填区支护功能的专门液压支架及与之配套
5、的柔性材料和塑料布组合式隔离新方法。, 综采大步距隔离全部充填采煤法,膏体充填回收条带遗留煤柱, 膏体充填液压支架与充填方法, 充填支架基本要求采煤区支护待充填区支护隔离墙作用,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体管路输送保障技术,压力检测卸料阀,排污阀,管路检测系统,实现堵管事故快速甄别和处理,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果,流量调节阀, 膏体管路输送保障技术,万向节,工作面管整体前移，不拆洗,管路切换阀,管道伸缩接头,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 150 m3/h膏体充填站系统,膏体充填站,进口充填泵,专门膏体充填计算机控制系统,
6、膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 150 m3/h膏体充填站系统, 岱庄煤矿膏体充填材料为：-25mm矸石、粉煤灰、胶结料、矿井水。 膏体充填系统主要由矸石破碎、膏体制备和膏体泵送等子系统组成。, 矸石破碎工艺,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 150 m3/h膏体充填站系统, 膏体制备工艺,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 150 m3/h膏体充填站系统, 膏体泵送工艺,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填回收条带煤柱矿压理论研究, 条带煤柱应力分布计算结果,掘巷前,掘巷后,通过数值计算得到：岱庄煤矿3上煤层条带开
7、采遗留煤柱，在膏体充填回采准备与实施过程中整体能够保持稳定。,数值计算考虑了膏体充填材料实际增长的过程。,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填回收条带煤柱矿压理论研究, 膏体强度与其压缩量关系计算结果, 充填率对沉陷影响 相似材料模拟实验结果,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填回收条带煤柱矿压理论研究, 充填率对沉陷影响 相似材料模拟实验结果,膏体充填回收条带遗留煤柱,合理确定了保护地面建筑需要的膏体充填率指标,3 主要研究内容与成果, 膏体充填回收条带煤柱矿压理论研究,倾斜变形,水平变形,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 充
8、填率对沉陷影响 相似材料模拟实验结果, 膏体充填回收条带煤柱矿压理论研究,曲率变形,针对岱庄煤矿3上煤层条件，通过上述数值计算、相似材料模拟和理论分析研究，达到:（1）合理确定了膏体充填材料强度要求：早期0.12 MPa；后期强度：回收条带开采遗留煤柱，50m煤柱5MPa， 100m煤柱2.6MPa；新区长壁无煤柱开采，1.01.5 MPa。（2）回收条采带开采遗留煤柱，充填率90%。,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 充填率对沉陷影响 相似材料模拟实验结果, 膏体充填材料配比优化试验,岱庄粉煤灰,岱庄粉煤灰,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填材料配
9、比优化试验,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填材料配比优化试验,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果,通过材料配比试验，合理确定了矸石加工要求；矿内外粉煤灰配合使用方法；矸石膏体、粉煤灰膏体基本配比；不同胶结料用量与充填体强度关系等。, 膏体充填工业性试验, 膏体充填工业性试验在岱庄煤矿2351煤柱面进行。面长103m，推进长度1150 m，采高2.9m，倾角5左右，埋深418462 m。 顶板为中粒砂岩，平均厚度3.4 m，底板为中粒砂岩。 09年12月23日开始充填工业性试验，截止到2011年8月底，进尺600.5m。 11年4月膏体充填推广到2352
10、煤柱面。 截止11年8月底，合计进尺685m,完成充填23.1万m3，回收煤炭32.85万m3。,充填首试面,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填工业性试验, 2351充填率统计, 膏体充填接顶效果,充填率统计结果 2351面：10年全年平均92.9%，11年18月平均98.5% 2352面：11年48月平均98.9%,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填工业性试验,膏体支撑作用过程,膏体压缩过程与压缩量,膏体现场钻区样强度测试结果, 膏体充填试验现场测试结果,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填工业性试验,膏体充填回收条
11、带遗留煤柱, 2351充填面支架立柱压力实测结果, 岱庄4337垮落法采面支架立柱压力实测结果,3 主要研究内容与成果, 膏体充填工业性试验,膏体充填回收条带遗留煤柱, 岱庄膏体充填面与垮落法面支架阻力统计表,岱庄煤矿膏体充填面支架平均初撑力17 MPa，平均末阻力25 26 MPa，末阻力比初撑力平均高810 MPa。,3 主要研究内容与成果, 膏体充填工业性试验,地表沉陷观测结果,受邻近1340垮落条 采面影响,根据地表沉陷实测结果，去掉1340垮落条带开采影响，采用概率积分法计算出膏体充填达到充分采动以后，下沉系数为0.08。,膏体充填回收条带遗留煤柱,3 主要研究内容与成果, 膏体充填
12、试验现场测试结果, 膏体充填工业性试验,膏体充填回收条带遗留煤柱, 充填前后地表变形对比表,3 主要研究内容与成果,膏体充填回收条带遗留煤柱,1 立项背景 2 项目关键技术 3 主要研究内容与成果 4 经济社会效益 5 推广应用前景,提 纲,截止到2012年5月，岱庄煤矿2351、2352膏体充填累计回收煤柱资源64.3万t，利用矸石51.5万t、粉煤灰24.6万t、矿井废水25.8万m3，新增经济效益9318万元。,4 经济社会效益, 取得经济效益, 岱庄煤矿膏体充填成本构成表（未计节省费用）,膏体充填回收条带遗留煤柱,（1）提高资源采出率，延长矿井服务年限。 （2）保护地面建筑物、农田，实
13、现和谐开采。膏体充填开采有效地控制了地表移动变形，使所保护的建筑物在I级损害范围内，实现不搬迁采煤。 （3）保护环境，实现绿色开采。膏体充填使矸石山、粉煤灰等固体废物得以资源化利用，减少矿井水外排，解放废弃物压占的土地，增加土地资源、保护生态环境，实现企业绿色发展。, 社会环境效益,膏体充填回收条带遗留煤柱,4 经济社会效益,膏体充填回收条带遗留煤柱,1 立项背景 2 项目关键技术 3 主要研究内容与成果 4 经济社会效益 5 推广应用前景,提 纲,5 推广应该前景, 本项目研发的矸石膏体充填回收建筑物下条带开采遗留煤柱技术，可以推广应用到其他煤矿条带开采遗留煤柱的回收。2011年淄矿集团已经通过许厂煤矿、葛亭煤矿推广应用矸石膏体充填回收建筑物下条带开采遗留煤柱。 本项目研究发展的矸石膏体充填技术还可以推广应用到没有开采的“三下”压煤区域，解放“三下”压煤。 所以，本项目研究成果具有广泛的推广应用前景。,膏体充填回收条带遗留煤柱,谢谢大家 !,膏体充填回收条带遗留煤柱,
