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1、工作面膏体充填可行性研究 作者： 日期：1 个人收集整理 勿做商业用途淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿2352工作面膏体充填开采可行性研究淄博矿业集团岱庄煤矿中 国 矿 业 大 学 二一年十二月1前言21 建筑物下滞留煤柱开采技术51.1 2351膏体充填工作面概述51.2 2351工作面充填开采方法及工艺61.3 充填量统计分析101.4 矿压实测与分析111.5 充填材料力学性能分析292 2352充填工作面概况332。1 开采条件332。2 相对位置及邻近采区开采情况332。3 地面受护体情况333 2352工作面膏体充填开采方法373.1 2352工作面充填开采必要性与可行性373.2
2、 2352工作面充填开采方法及工艺374 2352工作面充填开采安全性评价及效益分析394.1 建筑物损坏等级的划分标准394。2 膏体充填开采覆岩移动规律的模拟研究414.3 充填开采覆岩移动变形控制与预测分析494.4 充填材料参数选择与稳定性分析544。5 经济与社会效益分析595 膏体充填工作面开采的主要安全技术措施616 主要结论63前言岱庄煤矿是淄博矿业（集团）有限责任公司（以后简称淄矿集团)在济宁北建设的第二对大型现代化矿井，位于济宁市任城区境内，南距济宁市区约6 km，井田东西走向长约9 km，南北倾斜宽约7.2 km，面积约65 km2，于2000年建成投产,设计生产能力15
3、0万t/a，核定生产能力300万t/a,主采3上煤层，煤层厚度平均2。66 m，为优质低硫气肥煤。由于井田地处济宁市城北城乡结合部，地面村庄等建（构）筑物密集，共有78个自然村，计1.3万多户,5。0万多人口，村庄下压煤量高达80 %。从2000年矿井投产以来，岱庄矿一直采用条带法开采建筑物下压煤，随着条带开采的不断进行,资源采出低问题日趋严重，仅能解放约47 %的可采储量。据统计,截止2010年12月底，岱庄煤矿已有条带煤柱49个,累计条带煤柱可采储量高达900多万t。为了解放村庄下压煤,提高煤炭资源采出率，延长矿井服务年限，实现矿井的可持续发展，淄矿集团进行了不懈的探索。20052006年
4、淄矿集团岱庄煤矿与中国矿业大学、天地科技股份有限公司合作开展了条带开采老采空区膏体测试充填试验；2007年淄矿集团岱庄煤矿与中国矿业大学、徐州中矿大贝克福尔科技有限公司三方合作，开展固体废物膏体充填开采滞留条带煤柱技术的研究，并于2009年12月30日在2351条带开采滞留煤柱工作面成功开始了工业性试验，使条带开采滞留煤柱高采出率安全回收成为现实。截止2010年12月31日，已完成充填进尺302 m，累计充填约8。7万多方,实现充填采煤13。08万t.岱庄煤矿2351工作面膏体充填开采工业性试验是在山东省煤炭工业局（以后简称省煤炭局）支持下开展起来的.淄矿集团岱庄煤矿、中国矿业大学和徐州中矿大
5、贝克福尔科技有限公司共同提出淄矿集团岱庄煤矿建筑物下矸石膏体充填试采方案设计以后，省煤炭局及时组织相关专家进行可行性论证(需要指出的是，在论证时该工作面编号为CT2301),论证通过以后省煤炭局于2008年8月12日下达了“关于淄矿集团岱庄煤矿建筑物下矸石膏体充填试采方案设计的批复”（以下简称“省煤炭局2008批复），省煤炭局2008批复的主要内容包括：（1）膏体充填开采技术可以解放井田内有限的煤炭资源，保护矿区生态环境,提高煤矿可持续发展能力,同意淄矿集团在岱庄建筑物下进行矸石膏体充填试采的意见；(2)同意岱庄煤矿2300采区已留条带煤柱进行矸石膏体充填试采的方案设计。同意方案中提出的分阶段
6、试采的意见,由于采用膏体充填方法开采条带煤柱在全国尚属首次，并且是在已采动区域内,试采期间地面影响损坏程度必须控制在设计预计的范围内,若地面影响损坏程度超出设计预计标准，要立即停止试采,调整修改设计再进行报批.（3）由于目前对条带膏体充填开采尚未有成熟的借鉴数据，同意方案设计中依据2300采区，对试采区域充填开采后地面变形预计方法.即在已条带开采的基础上按照膏体充填系数90，充填前预计顶底移近量173 mm，加上平均欠接顶量50100 mm，充填压缩量1 2 ，预计2300采区3上膏体充填条带工作面开采后，地表最大下沉量为300400 mm，预计地表下沉系数为0。10。15。按充填沉陷系数0。
7、15计算,首试膏体充填工作面开采后影响到的仙庄、靳庄、海丰化工厂、学校、甜菊糖厂全部和大部分控制在I级损坏范围内，其中甜菊糖厂部分达到II级损坏.（4）在条带开采区域进行膏体充填开采是一项试验性开采新技术,工程内容多，投资大，要高度重视,组织强有力的技术人员，认真抓好试验过程的每个环节,要严格按照设计组织施工，加强地面观测，确保首试工作面地面损坏程度控制在设计预计的范围之内。要认真研究设计及专家论证意见中的各项内容，制定和落实防火、防有害气体等各项安全技术措施，确保井下开采、地面建筑物和人身安全；（5）工作面开采前腰征得当地政府同意和支持,及时将建下开采情况及地面的影响告知有关物权人,特别是学
8、校等重要建筑，要做好有关防范工作。开采过程中要建立定期巡查观测制定，发现异常情况及时采取措施。四个试采工作面结束后，要及时做好地面影响损坏情况总结，并根据试采情况，研究下一步试采方案.对因开采影响造成地面建（构)筑物损坏的,按照有关规定要求做好补偿工作.2351膏体充填首试工作面投产以后,岱庄煤矿及时安排了现场实测工作，以准确掌握膏体充填回收条带开采滞留煤柱控制地表沉陷,保护地表建/构筑物效果。实测结果表明,岱庄煤矿2351两侧采空条件下采用矸石膏体充填开采回收条带煤柱，工作面采出率达到97 ，推进302 m，考虑两侧采空区,目前膏体充填工作面走向采动程度系数n1=D1/H=302/440=0
9、.68，倾向采动程度系数n3= D3/H=495/440=1。12，尚属于非充分采动.但地表最大下沉量只有35 mm，远远小于原设计预计的300400mm,地表变形控制效果非常好。因此，可以肯定的是,采用膏体充填开采技术可以解放岱庄矿条带开采滞留煤柱。但是为了实现采空区完全充填，需要花费大量的人力和时间构筑充填隔离墙，同时受充填材料凝结时间的影响，充填完成后无法立即进行工作面采煤.上述两种因素导致充填开采工作面回采效率较低，充填成本增加。为了提高充填开采生产效率,岱庄煤矿决定布置双充填工作面,以实现两面轮换充填-采煤的局面。根据矿井3上煤层资源储量分布、开采综合条件及巷道布置实际，2352条带
10、滞留煤柱可作为最佳轮换充填工作面.根据省煤炭局2008批复相关内容要求，需根据首试采2351充填工作面实测成果，对2352工作面膏体充填开采可行性需重新报请山东省煤炭工业局审批。为此，中国矿业大学受山东淄博矿业集团岱庄煤矿委托，根据2352工作面的地质采矿条件，结合2351充填工作面实测成果，依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程(2000）及山东省人民政府和山东省煤炭工业局的有关文件精神，提交了山东淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿2352工作面膏体充填开采可行性研究报告,报请山东省煤炭工业局审批。771 建筑物下滞留煤柱开采技术2005年以来，岱庄煤矿面对资源严重匮乏的局面，
11、牢固树立“资源有限，创新无限的理念，立足矿井实际,转变生产方式，创新开采工艺。2007年开始与中国矿业大学、徐州中矿大贝克福尔科技有限公司合作开展矸石膏体充填绿色开采技术研究,并于2009年底成功实现了2351条带开采滞留煤柱工作面的膏体充填开采,为延长矿井服务年限提供了资源保障，为企业稳定、持续发展积蓄了后劲。截止2010年12月31日，已完成充填开采进尺302 m,累计充填8。7万多方，实现充填采煤13。08万t。1.1 2351膏体充填工作面概述本工作面位于矿井西侧，勒庄东北约200m，仙庄村东约220m处，-410m水平西翼胶带下山西翼;北为2302工作面，南为2303条带工作面，开采
12、煤层为3上煤。煤层平均厚度2。9 m,视密度为1。5 t/m3，煤层倾角为5左右。顶底板为中、细粉砂岩，总厚度3。710。2m。间隔岩层为中砂岩、砂质泥岩及泥岩.上组煤直接充水含水层有山西组砂岩（3上煤层顶、底板砂岩,3下煤层顶、底板砂岩）含水层,各含水层之间具有密切的水力联系,形成一个统一的含水层。上组煤直接充水含水层厚度大，富水性弱中等,补给条件不良，静储量丰富。工作面为一单斜构造，以镜煤、亮煤为主，属于低灰、低硫、特低磷、高发热量、高灰熔点的二号气煤，易选、结焦性好，条带结构，层状构造，易碎.区内共有四条断层，其中，最大断层为F1断层，走向48，倾向138，落差H3。5 3。7 m，最小
13、断层为F2断层，走向250，倾向340，落差H0。5 m,无岩浆岩侵入、河流冲刷和陷落柱。工作面长度约103m，走向长约1150m，工作面上方受护对象为甜菊糖厂、靳庄、十里铺、甜菊糖厂50 m和老105国道从工作面的东南部穿过。工作面正对应地面以农田为主，零星分布温室大棚和民房建筑，工作面内无钻孔和其它设施。根据原设计预测，该工作面膏体充填开采后，对地面建筑物的影响较小.根据“三下”开采规程，开采对地面建筑物的损坏程度为轻微损坏，损坏等级为I级，墙体上累计裂缝宽度一般不超过10 mm，不需要对建筑物进行结构处理，或者进行简单维修即可满足建筑物安全使用的要求。1.2 2351工作面充填开采方法及
14、工艺由于该采区原设计为条带开采，而且该区段两侧的条带煤柱已经开采完毕，因此，2351条带滞留煤柱为孤岛煤柱支撑上覆岩层，控制地表变形在设计范围内，若全部垮落法开采将对部分地表建筑物造成严重损害。1.2.1 充填方法选择针对岱庄煤矿条带开采滞留煤柱的实际条件，原设计在老采空区测试充填试验的基础上，提出了综合机械化大步距隔离全部膏体充填开采方法，即条带煤柱工作面每推进4 5 m，才沿工作面作隔离,然后对所隔离封闭的采空区进行全部充填。条带煤柱充填开采工作面布置受两侧条带采空区限制，在布置上主要是选择合适的回采巷道与条带采空区之间的护巷煤柱宽度.为了尽可能回收煤炭资源，条带煤柱充填开采工作面巷道设计沿空留窄煤柱掘进，在膏体充填首试工作面，初步选择护巷煤柱宽度3 5 m,将巷道布置在卸压带内，以便于维护。1。2。2 充填工艺流程充填开采工艺为:地面建立注浆站，用煤矸石、粉煤灰、专用胶结料和水配制搅拌成胶凝性膏体浆液，采用泵送设备通过管道把膏体充填料浆由地面泵送至井下采煤工作面，及时充填由液压充填支架和辅助隔离措施形成的封闭采空区，形成一个以膏体充填体为主体的支撑体系,本全采全充方案的基本特征是“地面造浆、充填泵加压、管道输送，在顶板垮落前充填全部采空区”。具体充填工艺流程如图1所示。（1) 正常充填程序1)检查准备。通过井上下检查、联系，确认系统正常,设备完好，搅拌机与料浆斗清水湿润，
