CN101555107B - 煤矿胶结充填工艺技术 - Google Patents

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

煤矿胶结充填工艺技术

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，水文地质条什较复杂，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方法，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方法，其特征是：细料中加入3-5％的水泥。