《充填介绍课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《充填介绍课件（100页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、开采设计事业部煤矿充填开采技术1标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2提纲1.充填开采技术的发展现状3.充填开采技术的发展方向2.我单位充填开采技术研究进展31 煤矿充填开采技术的发展现状u概况u工艺系统u岩层移动控制效果u充填开采的效益41 研究背景u由于“三下”压煤等原因，我国的煤炭资源采出率较低，不到40%，先进国家高达60%u每年因开采煤炭新增破坏耕地约7万公顷，排放矿井水超过80亿吨v我国煤炭开发中的资源与环境问题十分突出，严重制约了煤炭的科学开采u现有矸石山堆积量超过55亿吨，占地超过15000公顷5u
2、概念：采煤之后，及时用矸石、砂等材料将采空区充填，依靠充填体支撑上覆岩层，减少覆岩垮落和变形。1.1 煤矿充填开采概况u目的：1）控制岩层移动与地表沉陷，解放“三下”（建筑物下、铁路下和水体下）压煤；2）处理固体废弃物充填开采作为煤矿绿色开采技术体系之一，是21世纪解决“三下”采煤最具发展前途的核心技术。6充填材料制备充填材料输送采空区充填7充填开采与垮落法开采覆岩破坏状态u垮落法开采：按照煤层上方岩层的破坏程度，从下到上分为垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。u充填开采：顶板一般不会出现垮落，仅会形成裂隙带和弯曲下沉带，工作面也不会出现明显的初次来压和周期来压现象垮落法开采充填开采8煤矿充填开采的发
3、展历史u世界上有记载有计划的充填采煤已经有100多年的发展历史，波兰、德国、法国等煤矿都曾应用过充填采煤法。u我国煤矿在20世纪7080年代曾进行了多个充填开采的实践，如抚顺胜利矿利用密实水砂充填进行城市下巨厚煤层开采、广州二矿矸石自溜充填等，取得了较好的效果。u进入新世纪，煤矿充填技术在不断改进和完善过程中得到进一步发展。特别是近年来，先后在济宁、淄博、新汶、峰峰、邢台、焦作、鹤壁等煤矿区近20个矿得到成功试验与应用，取得了显著的经济和社会效益。91.2 充填开采的分类p按充填材料形式：固体、膏体、高水p按充填开采工艺：综采、普采、刀柱（连采、巷采）p按充填材料是否添加胶结材料：非胶结充填和
4、胶结充填p充填材料输送方式： 皮带输送、管路泵送、管路自流10固体充填采煤总体技术框架1.2.1 固体充填11 综采面矸石充填u工艺流程：12工作面设备布置图上顺槽矸石转载机刮板输送机采煤机多孔底卸式刮板输送机充填支架破碎机转载机下顺槽AABBCCDDCCAABBDD13充填工艺p充填工作在完成一刀采煤工作后进行，停止所有采煤工序，将支架移直后，调整好充填支架后部充填开采输送机，依次开动工作面多孔底卸式输送机、充填物料转载输送机、运矸带式输送机等设备，进行采空区充填。14一、固体充填开采液压支架研制历程 (a) 第一代固体充填采煤液压支架(b) 第二代固体充填采煤液压支架(d) 第四代固体充填
5、采煤液压支架(c) 第三代固体充填采煤液压支架综合机械化固体充填采煤的四代液压支架 15平煤十二矿劳动组织循环u综采矸石充填面斜长一般100m左右。根据工作面条件和技术熟练程度，每天割36刀煤，充填矸石10002000t，采煤能力最大6070万t/a。16充填系统普采面矸石充填u矸石经矿车、皮带等进入普采工作面，依靠矸石充填机充填到采空区。17u用竹笆将回采工作面与有支柱支撑的采空区分隔开来u用矸石充填机向封闭后空间由内向外后退式充填u边充填边撤柱18矸石充填充填巷掘进5m15m5m巷式充填19充填巷采留尺寸的确定u充填巷尺寸 结合掘进机（或连采机）性能和支护难易程度，设计充填巷宽度为4.06
6、.0m，远小于采深的四分之一，是可靠的，能确保地面建构筑物安全。u隔离煤柱宽度 隔离煤柱的合理留设，可使这些煤柱（或连同充填体一起）具有足够的稳定性，能长期地支撑上覆岩层，维护地表稳定而不塌陷。为了保证煤柱具有足够的强度，必须满足煤柱承载的稳定性系数。一般为4.06.0m。20巷式充填开采工艺流程上 部 车 场矸石矿车翻车机破碎机矸石仓给料机矸石充填巷充填机皮带输送机21充填能力: 300t/h巷道高度范围 3.57m巷道宽度范围 35.5m巷道倾角 -6 +16物料粒度 250mm矸石充填机22邢东矿巷式充填开采工程平面图23矸石粉煤灰胶凝材料水膏体 膏体充填材料可理解为一种利用矸石、尾砂、
7、劣质土或风积砂等制作的，适合管道输送的、低成本特殊 “混凝土”或“砂浆”。1.3 膏体充填24膏体材料应满足的性能要求（1）坍落度180220 mm（流动性）（2）可泵送时间 24 h（时间流动性）（3）静置泌水率3 %5%（稳定性）（4）单轴抗压强度（强度） R Rc8h c8h 0.10.2 MPa 0.10.2 MPa R Rc28 dc28 d 1.01.5 MPa 1.01.5 MPa。（5）矸石粒径（最大粒度） 25 mm， 其中5 mm部分占35%45%。煤矸石 870 1180 kg/m3；粉煤灰 300400 kg/m3；专用胶结料 100 120 kg/m3；水 495 3
8、70 kg/m3。25膏体充填系统示意图26六墩矿充填站岱庄矿充填站u充填站含原材料破碎加工、存储、料浆配制、泵送、自动化控制等系统，规模较大，一般建在地面。充填站27 参 数 数 值最大理论泵送量（m3/h）400正常泵送压力（MPa） 15输送缸行程（mm）2600主液压系统压力（MPa） 28u充填泵提供泵压，将浓稠的膏体输送到采空区。目前最大充填能力已达400m3/h。u三一重工、中联重科、普茨迈斯特、长沙飞翼。充填泵28管路选型、安装u管路是膏体充填材料由地面送到井下采空区的输送工具，效率较高。流速1.02.0m/s、流量150200m3/h。u管路设计内容主要包括：管材（目前一般用
9、无缝钢管）、管径（根据材料特性按照流体力学计算，150200mm）、连接方式（常采用快速接头）。u管路井下铺设应避免大的起伏。29u出现堵管的原因是：料浆质量不符合要求、料浆中混入杂物、料浆在管路中静置时间过长、管路未冲洗干净。u严格控制原材料质量和配比、遵守操作规程可避免堵管事故的发生。堵管事故的原因及预防堵管是充填过程中较严重的事故之一，可造成生产中断、系统受损，一旦堵管，处理难度大、花费时间长。30充填空间的密封u由于胶结充填体（膏体、高水）凝固前有较强的流动性，而工作面顶底板崎岖不平，如何高效构筑封闭的充填空间十分重要。u目前主要采取“袋式”或以土工布为辅助的密封方式。31榆阳煤矿综采
10、支架后部充填示意图柔模321、顶板；2、支架顶梁；3、支架底座；4、土工布；5、上侧护板；6、充填管道口；7、下侧护板7；8、固定挡板；9、液压油缸；10、充填体；11、底板。u液压支架后部设置可以升降的上侧护板和下侧护板u所述土工布一端设置在顶板与所述上侧护板的顶部之间，另一端设置在底板与所述下侧护板的底部之间，并位于充填一侧u将采空区内的待充填区域形成密闭空间。新型密封方式33劳动循环组织矿名工作面长（m）充填步距（m）各工序时间（h）采煤密闭充填凝固合计岱庄矿1802488828小屯矿120283582434u思路：用较少的固料与水混合，依靠重力，通过自流方式输送到采空区完成充填作业。u
11、特点：主料为特定材料，含水量达到6597%；充填材料流动性好，输送距离远。简化充填系统，减少投入。（超高水）充填站可布置在地面，亦可布置在井下。u应用矿井：陶一矿、王庄矿、王台铺矿、榆阳矿。1.4 高水、超高水充填高水膨胀材料超高水材料35高水膨胀材料u高水膨胀材料以粉煤灰、生石灰和水泥为主要原料，以石膏为调节材料，按一定比例配合与水搅拌成混合料浆。u各组成材料之间在一定温度下相互反应，产生一系列的水化物。粉煤灰中的二氧化硅、三氧化二铝、氢氧化钙、各种辅料发生反应，生成水化硅酸钙（C2S2H凝胶）,水化铝酸钙（CAS）。这些产物将固态充填体中各固体颗粒胶结在一起，形成牢固的充填体。3CaO.A
12、I2O3+6H2O=3CaO.AI2O3.6H2O（水化铝酸钙）2(2CaO.SiO2)+4H2O=3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)23CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)236料浆制备系统37u超高水材料两组份加水搅拌，然后相互混合以后，产生快速水化反应，主要生成高结晶水水化物钙矾石（水体积比占81.6%）。高水材料主要水化产物同样是钙矾石，二者区别在于结晶形态差别。3CaO 3Al2O3 CaSO4+8CaSO4+6CaO+96H2O3（ 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O）A A料B B料硫铝酸盐熟料石膏石灰复合超缓凝分散剂复
13、合速凝早强剂悬浮剂悬浮分散剂超高水材料38超高水充填工艺流程39固体、膏体和高水充填3种方式充填材料不同，各有优势和应用范围。u设备和工程投资u充填材料制备及输送工艺复杂程度u生产效率u减沉效果u成本3种充填方式的比较40工程和设备投资u矸石充填：新型支架、转载机、运矸皮带、破碎机等，矸石仓、巷道工程、（投料孔）等，合计8001000万元。u膏体充填：新型支架、充填站（充填泵）、管路等，巷道工程等，合计30004000万元。u高水充填：新型支架、充填站、管路等，巷道工程等，合计10002000万元。41u固体充填：材料制备、系统工艺较简单。u膏体充填：充填站规模较大，设备多，其中膏体需要充填泵
14、，材料制备工艺较复杂、要求高，充填密封较难，花费时间多。u高水充填：相比（似）膏体充填，充填站规模较小，材料制备工艺较简单，输送简便、不易堵管，但密封难度更大。充填材料制备及输送工艺复杂程度42生产效率u矸石充填：对充填空间的密封要求较低，无凝固过程，一（两）刀一充，目前已实现了边采边充，采煤能力达到7080万t/a。u膏体充填：对充填空间的密封要求较高，34m一个步距一充，需要48h的凝固过程，采煤能力达到2040万t/a。u高水充填：对充填空间的密封要求最高，34m一个步距一充，需要48h的凝固过程，采煤能力达到2040万t/a。43减沉效果u充填开采地表沉陷的主要影响因素是：充填前顶板下
15、沉量、充填体欠接顶量和充填体压缩量。其中，充填体压缩量起主要决定作用。u根据现场实测，地表下沉系数为0.10.2，相比垮落法开采减小70%80%。44固体充填（3050元/t）膏体充填（100150元/t）高水充填（80130元/t）成本45序号充填方法前期投入工艺复杂程度增加成本减沉效果1固体普采小简单少较好综采2膏体普采大复杂多好综采3高水普采（高水膨胀材料）较大 较复杂较多 好综采（超高水）较好当前充填开采方法的评价及适用性46国内充填开采应用情况p山东、河北、河南、安徽等省煤矿企业积极应用充填开采技术，取得了明显的经济和社会效益。p山东省已有35对矿井实施充填开采，完成开采工作面136
16、个，累计充填矸石1720万吨，充填开采煤炭1400万吨。p河北冀中能源适应不同地质条件、不同材料需求，实现了充填采煤机械化、规模化，已在10个煤矿推广应用，从“三下”压煤中回收资源230余万吨，创经济效益10亿元以上。47482011.9.28全国煤炭工业绿色开采生态矿山建设现场会2012.4.2627全国煤矿充填开采现场会48u相关研究和研发工作u近期项目进展2 我单位充填开采技术研究介绍49充填开采的研究内容充填开采是一项涉及采矿学、岩体力学、材料、机械、电气、建筑、流体力学、测量等多学科交叉的复杂系统工程。u充填材料研究u搅拌制备工艺及充填站设计u工艺与技术研究u装备研究u系统自动监测和计算机系统u充填开采岩层移动控制理论和设计方法u现场监测技术50承担的纵向研究课题u煤矿绿色充填开采技术研究，科技部社会公益基金，2004u充填条带开采充填体与隔离煤柱应力交互作用研究，煤科院青年创新基金，2006u西北矿区黄土和风积砂充填材料性能研究，天地科技青年创新基金，2010u急倾斜煤层采煤工作面矸石充填空间分析研究，天地科技工艺创新基金，2011u条带充填减沉技术与关键装备研究，中国煤科
