CN101555107A - 煤矿胶结充填工艺技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿胶结充填工艺技术,填充材料配方按照重量百分比为:骨料:煤矿尾矿煤矸石和/或工业炉渣15%-30%,粗料:选用建筑行业废弃的劣质沙和/或河沙10-20%,细料:沙土、含氧化钙10%以上的白灰渣和/或粉煤灰25-35%,填充材料经过配料、加水、搅拌,填充材料的料浆浓度控制在50-85%,通过工业填充泵、管道输送到采空区作业面进行填充。本发明对井下空区实施胶结充填,控制井下涌水问题,增大安全生产系数,最大限度的解放井下压煤量,提高回采率,控制地表沉降,保护环境和地表植被,延长矿井开采年限,提高企业经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿防水害填充方法,具体说涉及一种煤矿胶结填充工艺技术方法。
背景技术
井工煤矿生产企业水害问题普遍存在。水对矿井的安全生产是一极大的威胁。
为了解决好水害问题,国内较为普遍采用充填方式。我国在20世纪80年代初开始研究高水胶结材料充填技术,建立了一套高水材料水化、硬化、合成的理论体系。80年代术期,在首次研究成功的无煤柱沿空留巷的高水巷旁充填技术,先后在鹤壁、开滦局进行了实验,取得了圆满成功,但由于充填成本高,进展缓慢。90年代初,高水速凝胶结材料充填逐渐推广,以充填体的早强、速凝、接顶效果好,改善井下作业环境,提高资源回收率,保证了井下安全生产的要求。据充填的需要,研制出了充填工艺系统及相配套的自动控制系统,完善了支护围岩相互关系理论。
90年代后期,中国矿大研发成功新型廉价的固结材料一凝石:该胶凝材料以其胶结性能和突出的价格优势,为降低充填成本拓展了空间。
纵观胶结充填的发展,在世界上仅只有近半个世纪的历史,因此,它还是一门新兴的充填技术,它是对复杂、特殊条件矿床的一种行之有效的开采技术。它能够满足保护资源,保护环境,提高效益,保证矿山可持续发展的要求。减缓地压,防止内因火灾等方面取得了显著的效果,创造出优异业绩。胶结充填技术以其特殊的工艺、突出的优点、可喜的前景以矿业界人士所瞩目,随着充填的发展进步和成本的进一步降低,将为煤矿“三下开采”开创岩层控制的新领域。
为了能够有效合理的解决水害和解放呆滞煤量,采用井下采空区充填技术在技术和经济上是可行的。于2005年10月赤峰西拉沐沦(集团)公格营子煤业公司组成专门课题研究小组,结合本地丰富可用的充填物料,研究出与之相配的科学配方,实现管路输送到井下充填。
公格营子煤矿属于井工开采的煤炭生产企业,井田面积0.42km2,地质储量1278.59万吨,可采储量501万吨。设计生产能力30万吨/年,矿井开拓方式为竖井单水平开拓。矿井井田内共有两组煤层,5煤组和6煤组,5煤组局部赋存,不可采。6煤组全区发育,为该矿主采煤层,该井田煤层平均煤厚23米,属特厚近距离煤层。
由于该矿井田位置距老哈河2.5km,河床底部含水沙层覆盖于煤系地层上部为第四系沙层孔隙含水,水文地质条件较复杂,给地下煤矿开采造成很大的困难和不安全的隐患,甚至会发生重大水灾事故。因此防治水害是生产全过程中极其重要而且必须解决好的任务之一。
依据公格营子煤矿水文地质条什的特点,煤矿的原设计按常规全陷法顶板管理方法,留设了大量的防水煤岩柱,地质储量1278.59万吨,可采储量501万吨,可采煤量仅占地质储量的39.2%(还没考虑回采损失),大量的煤量被呆滞,这对提高资源的利用率和延长矿井年限是极为不利的.采用什么安全、有效的方法,即解放部分煤量又能有效控制第四系砂层水对矿井的危协?争取安全和效益的最大化是煤矿探索和研究解决的重大课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿胶结充填工艺技术,对井下空区实施胶结充填,控制井下涌水问题,增大安全生产系数,最大限度的解放井下压煤量,提高回采率,控制地表沉降,保护环境和地表植被,延长矿井开采年限,提高回采率,控制地表沉降,保护环境和地表植被,延长矿井开采年限,提高企业经济效益。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种煤矿胶结填充工艺技术,含有以下填充材料,填充材料配方按照重量百分比为:
骨料:煤矿尾矿煤矸石和/或工业炉渣15%-30%,粒径10-20毫米的骨料占骨料总量的50%以上;
粗料:选用建筑行业废弃的劣质沙和/或河沙10-20%,粗料粒径1.5-10毫米之间;
细料:沙土、含氧化钙10%以上的白灰渣和/或粉煤灰25-35%;细料粒径1.5毫米以下;
余量为水;
填充材料经过配料、加水、搅拌,填充材料的料浆浓度控制在50-85%,通过工业填充泵、管道输送到采空区作业面进行填充。
细料中可以加入3-5%的水泥,水泥标号为325#或425#。
本发明的优点是:
1、充填采矿技术,对特殊条件的矿体,特别是厚大矿体,将大幅度提高矿柱的回收率,有利于最大限度保护矿产资源的破坏和资源损失。
2、充填采矿技术,能有效改变控制地压活动与地压的显现,对开采的安全和减少井巷维修费、矿井排水费起到良好作用。
3、充填采矿技术,可以有效改变摔制岩层发生大规模的移动,实现水体下、建筑物下安全开采。同时维护原有地表生态环境,避免遭受大面积的破坏和废弃物排放占用大量土地。
4、充填采矿技术,能有效地隔离和室息煤层内因火灾,是开采自燃倾向严重的煤体非常有效措施之一。
具体实施方式
填充材料配方
实施例1、煤矸石30%、劣质沙10%、粉煤灰20%、白灰渣15%。
实施例2、煤矸石20%、劣质沙20%、粉煤灰10%、沙土20%、325#水泥5%。
实施例3、煤矸石15%、工业炉渣10%、河沙15%、粉煤灰10%、沙土20%、425#水泥3%。
实施例4、煤矸石30%、劣质沙10%、粉煤灰20%、白灰渣15%、425#水泥3%。
充填工艺
1、充填站位置确定
地面充填站布置一般有两种方式,一是分区式布置,二是集中式布置。分区式布置适合矿井井田面积大,采区服务年限长的煤矿,优点是地面管路短,减少投资,可充分利用自然高差就近充填。缺点是充填场地须留设煤岩柱进行保护和占用土地,在新采区接续后,充填站须搬迁。集中式布置适合矿井井田面积较小,采区服务年限较短的煤矿,优点是一次性布置长期使用,可规范布置,不用再搬迁。缺点是地面管路长,须添设加压设备。
充填站场地内设有搅拌楼、材料立仓、集中控制室、集运皮带、配料机、上料皮带、锅炉房、水、电源等。通过立孔和管路与井下采区联络。
考虑冬季充填搅拌楼设采暖,地面输浆管路简易保温。
2、管路辅设
考虑管路的维修方便,充填站至立管的地面管路,采用地沟盖板方式,规格1.2*0.8m,沟内每10米设一管墩,向立管方向坡度为-3‰,管路连接采用法兰盘连接。井下干管为钢管,沿巷道由高往低铺。支管路,既工作面顺槽采用钢丝乙烯管铺设。
3、主要设备选型
①设备最小能力的确定
煤矿设计生产能力为年产30万吨,平均日产900吨
小时产量=900÷(18×1.4)=70t/h
其中:18为日工作时间
1.4为富裕系数
所选设备的最小能力均应大于70t/h=55m3/h。
②设备选型
a双卧轴搅拌机一台,型号JS2000,最大能力120m3/h,一次有效体积2m3。按搅拌时间50s,进料时间20s,卸料时间5S,每一周期为75s,考虑不均衡系数取1.2,经计算,实际能力达到80m3/h>55m3/h,满足要求。
b柱塞泵一台,型号HBTS80,能力90m3/h,工作压力10-15.7Mpa。C配料机一台,型号PLD3200,能力190m3/h。
d立式料仓一座,有效容积100T。
e配套钢结构一套,自动控制系统一套。
f集中输送带和上料皮带三条,考虑角度取B=800mm,130m。
g蒸汽锅炉一台,型号SHW4-10,(冬季提高搅拌水温度使用)。
③充填管路选型
对料浆进行流变实验分析,管路流量为72m3/h时得到不同管径下相应的管输流速和磨擦阻力系数,见下表
管输磨擦阻力系数表
据阻力系数和经济适用及井下安装方便考虑,充填主管路选取内径为150mm,壁厚12mm的无缝钢管。充填支管道采用相同管径的钢丝缠绕乙烯管。工作面采用聚乙烯软管。考虑地面剑井下充填立管不易维修,选用内径150mm,壁厚为15mm的高铬耐磨复合管。为减少输送阻力,弯头曲率半径r=0.4-0.6m。
4、水源接取
因该矿井下涌水量较大(日排水能力6000m3),完全能满足充填用水(按达产计算日充填用水量2000m3),在井下排水主管路地面设一支管路(d=108mm)直通充填储水箱,供搅拌用水。冬季蒸汽锅炉用水,从矿内饮用水塔管路接入,通过锅炉给充填储水箱的水加温。
5、充填系统
场地物料分别堆放,通过各自的输送皮带→配料机→集中上料皮带→搅拌机→加压泵→地面管路→立管→井F管路→采空区。
系统的运行通过集中控制室的计算机,只要在计算机上设定好配方要求,从物料的称重、物料输送、加水、搅拌和加压到打入井下采空区,实现了连续的自动化控制。通过打印机自动记录每次填数量。
6、充填试验
井下正式试验充填的第一个面为6221工作面,该面的分层厚度3.0m,布置方式为走向长壁倾斜分层,走向150m,面长70m,倾角12°,爆破落煤,采高2.0m,支护采用Dz-22型单液压体支柱,∏型钢梁,迈步推进,柱距0.6m,循环进度0.8m,后退式回采。
①工作面充填的步距:考虑该面的顶板情况,压力情况,初步确定充填步距为1.6-2.4m(视顶板情况定),也就是每开2-3茬进行集中充填一次。充填次序为从下往上后退式分段充填。
②工作面挡浆措施:由于料浆堆积到采空区须一定时间的凝固,故挡浆摸板应考虑浆体的压力与侧压,采用在丁作面的下端头切顶线处打四棵顶柱,并加戗柱。沿工作面(达最小控顶距)支柱补液加固,每空加1密柱,在采空区侧吊挂旧皮带(每10米一节),接头或搭接不少于100mm,并辅以拌子上、中、下三块,底侧胶带挖小沟卷向空区侧,防止漏浆。
③工作面改造:将原倾斜方向送一入风巷(兼运输)在原回风顺槽中间送倾斜巷做回风,工作面沿煤层倾斜向上推进,具体见示意图。工作面系统为
通风:风流通过运输集中上山→运输顺槽→运输上山→采面→回风下山→回风顺槽→集中回风上山→回风总排。
运输:采面→运输上山→运输顺槽→运输上山→采区煤仓→充填
管路:充填立孔→400回风煤门→集运输上山→运输顺槽→运输上山→采面。
④充填效果:工作面支护侧压力的明显减小,简化了工作面挡浆工艺,由于料浆向下流,料浆接顶良好,通过目测,料浆全部接顶。经过近8000m3的充填实验,接顶率达90%以上,取得了较圆满效果且矿山压力明显减小
7、小结
充填工艺的方案设计是根据充填技术的特性而确定的。在工艺流程的环节设计上,本着降低成本的原则,实现经费投入的最小化,效能的最大化。经过近2年的实际充填试验,基本上形成了较为合理的工艺流程系统,符合凝石胶结充填的具体要求,为本项目的研究和生产性应用提供保障。
Claims (2)
1、一种煤矿胶结充填工艺技术,其特征是:含有以下填充材料,填充材料配方按照重量百分比为:
骨料:煤矿尾矿煤矸石和/或工业炉渣15%-30%,粒径10-20毫米的骨料占骨料总量的50%以上;
粗料:选用建筑行业废弃的劣质沙和/或河沙10-20%,粗料粒径1.5-10毫米之间;
细料:沙土、含氧化钙10%以上的白灰渣和/或粉煤灰25-35%;细料粒径1.5毫米以下;
余量为水;
填充材料经过配料、加水、搅拌,使填充材料的料浆浓度控制在50-85%,通过工业填充泵、管道输送到采空区作业面进行填充。
2、根据权利要求1所述的一种煤矿胶结充填工艺技术,其特征是:细料中可以加入3-5%的水泥。
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