CN111042859A - 一种深部矿井煤泥水就地充填方法及煤泥水胶结充填材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深部矿井煤泥水就地充填方法及煤泥水胶结充填材料,该方法是利用井下分选系统对开采出的原煤进行分选,分选出的煤矸石经破碎机破碎后,作为煤泥水胶结充填材料制备的粗骨料;煤泥水经过沉淀脱水处理后,产生的煤泥渣作为煤泥水胶结充填材料的细骨料;同时加入水泥、粉煤灰等胶凝材料,并配以添加剂搅拌制备成煤泥水胶结充填材料,通过管路泵送运输至作业区,用于沿空留巷、工作面架后充填或逐巷胶结充填采煤。本发明操作简单、实用,不仅能减少煤泥水的提升、处理费用,还能提高煤炭资源回收率,对于深部矿井绿色发展具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于煤矿充填开采技术领域,具体涉及一种深部矿井煤泥水就地充填方法及煤泥水胶结充填材料。
背景技术
随着我国工业化、城镇化速度加快对煤炭资源需求量急剧增长,浅部煤炭资源的长期持续高强度开采与日趋枯竭,千米级深部煤炭资源开采已成为常态。目前,我国深部煤矿达140余个,超千米深井47座,且开采深度仍以每年10~25m的速度不断延伸。深部矿井开拓与生产系统布置复杂、产矸率增加,矿井提升效率降低,岩层移动与开采沉陷影响范围加大,同时煤流矸石井上洗选与地面排放、地表沉降及生态破坏等问题也严重制约深部矿井的高效生产与矿区环境协调发展。为从源头上解决上述问题,满足深部矿井安全高效、节能减排与环境协调发展的需求,煤炭资源井下智能化分选及就地充填是实现这一目标的根本途径,即实现原煤井下完全分选和精煤提升。伴随着井下原煤分选技术的不断应用,井下原煤分选产生的煤泥水处理成为该技术面临的关键难题之一。传统方法通常将煤泥水提升至地面,脱水后制成煤泥成品进行销售。然而对于深部矿井开采而言,一方面煤泥水提升成本增加,煤泥地面处理、销售从经济上变得不合理,另一方面煤泥水需要严格的处理技术以达到矿井水外排的指标,而该处理费用往往较高。因此,从经济性、环保性方面,为达到深部矿井煤泥水处理,亟需寻求一种新的处理及使用方法。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种深部矿井煤泥水就地充填方法及煤泥水胶结充填材料,该方法解决现在深部矿井井下分选产生的煤泥水提升费用高、地面外排污染环境等问题,同时扩展胶结充填材料的来源范围、拓新煤泥水的利用途径。另外该煤泥水胶结充填材料,不仅能解决煤泥水带来的提升费用高、污染环境等问题,还可应用于沿空留巷、工作面架后充填或逐巷胶结充填采煤。
本发明提供了了一种深部矿井煤泥水就地充填方法,包括以下步骤:将开采出的原煤通过井下分选系统进行分选,分选出煤矸石和煤泥水;将煤矸石运往井下破碎系统,破碎后作为煤泥水胶结充填材料制备的粗骨料;将煤泥水进行沉淀脱水处理;将破碎后的煤矸石和沉淀脱水后的煤泥水搅拌混合,在搅拌的过程中添加粉煤灰、水泥、早强剂、减水剂和污水搅拌制备成胶结充填材料,最后,通过管路泵送运输至作业区进行充填。。
上述的一种深部矿井煤泥水就地充填方法,所述方法包括以下步骤:将井下开采出的原煤直接运输到井下洗选硐室进行分选,分选出的煤矸石和煤泥水;将煤矸石运往井下破碎系统,经破碎机破碎粒径达到5mm以下;将煤泥水进行沉淀脱水处理后,得到含水率为25~30%的浓缩煤泥水;将上述制备的煤矸石、煤泥混合搅拌,在搅拌的过程中加入粉煤灰、水泥、添加剂和污水,搅匀后制备得到料浆浓度为76%~82%的充填材料,其中充填材料中各组分的质量百分比为:浓缩煤泥水10%~25%、煤矸石35%~50%、粉煤灰15%~30%、水泥5%~15%、早强剂0.5%~1.5%、减水剂0.5%~1.5%、余量为污水,然后通过泵送管道运输至作业区进行充填。
本发明还提供了一种深部矿井煤泥水胶结充填材料,所述煤泥水胶结充填材料按照质量百分比包括以下组分:浓缩煤泥水10%~25%、煤矸石35%~50%、粉煤灰15%~30%、水泥5%~15%、添加剂1%~2%、余量为水,以上各物质质量百分含量总量为100%。
所述煤泥水胶结充填材料的料浆浓度一般为76%~82%。
所述浓缩煤泥水为含水率为25%~30%煤泥水。
所述煤矸石为井下原煤经过井下分选或掘进矸石破碎后得到,所述煤矸石粒径≤5mm。
所述添加剂包括早强剂和减水剂,其添加量分别为0.5%~1.5%、0.5%~1.5%。
有益效果:(1)拓新了胶结充填采煤技术中充填材料的来源,进一步推动了胶结充填采煤技术的推广及应用;(2)将井下选原煤分产生的煤泥水运用于胶结充填材料制备,减少了深部矿井煤泥水提升及处理的相关费用;(3)制备的煤泥水胶结充填材料可应用于沿空留巷、工作面架后充填或逐巷充填采煤,控制深部矿井采动灾害,提高煤炭资源采出率,对于深部矿井井下分选就地充填与提高煤炭资源回采率具有重要的经济、环保价值及广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1所述深部矿井煤泥水就地充填方法的流程示意图。
图2是本发明实施例1-6所述的煤泥水胶结充填材料的实验室特性测试结果。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,一种深部矿井煤泥水胶结充填材料及就地充填方法,该方法具体的步骤如下:
(1)将井下开采出的原煤直接运输到井下洗选硐室(井下分选系统)进行分选,分选得到的精煤通过运输大巷、井底煤仓进而提升至地面;
(2)分选出的煤矸石运往井下破碎系统,经破碎机破碎达到5mm以下,作为制备煤泥水胶结充填材料的粗骨料;
(3)分选得到的煤泥水(煤泥水为井下原煤经过井下分选脱水后得到的煤泥和水的混合物,主要成分为SiO2、Al2O3)进行沉淀脱水处理,得到含有30%水分的浓缩煤泥水(实验室测试),且煤泥水中煤泥的粒径达到0.5mm以下,用于制备胶结充填材料的细骨料;
(4)煤泥水胶结充填材料配料:按质量百分比计,煤矸石35%、浓缩煤泥水25%、粉煤灰20%、水泥5%、早强剂1%和减水剂1%、余量为污水,以上各物质质量百分含量总量为100%,按照上述比例将破碎煤矸石、煤泥混合,同时加入粉煤灰(电厂三级粉煤灰)、水泥(普通42.5#硅酸盐水泥)早强剂、减水剂和煤泥水沉淀脱水过程中收集的污水,搅拌、制备成料浆浓度为79.5%的煤泥水胶结充填材料,然后通过泵送管道运输至作业区,用于工作面架后或长壁逐巷充填。
本发明的方法将井下选原煤分产生的煤泥水运用于胶结充填材料制备,从经济性方面,减少了深部矿井煤泥水提升及处理的相关费用;从环保性方面,因煤泥水不需外排,从而降低了煤泥水的处理技术指标,而且制备的煤泥水胶结充填材料可应用于沿空留巷、工作面架后充填或逐巷充填采煤,控制深部矿井采动灾害,提高煤炭资源采出率。
实施例2
按照实施例1的方法进行操作,区别在于,煤泥水胶结充填材料配料:按质量百分比计,煤矸石35%、含水率30%的浓缩煤泥水25%、粉煤灰18%、水泥5%、早强剂1%和减水剂1%、余量为污水,以上各物质质量百分含量总量为100%,制备成料浆浓度为77.5%%的煤泥水胶结充填材料。
实施例3
按照实施例1的方法进行操作,区别在于,煤泥水胶结充填材料配料:按质量百分比计,煤矸石35%、含水率30%的浓缩煤泥水25%、粉煤灰22%、水泥5%、早强剂1%和减水剂1%、余量为污水,以上各物质质量百分含量总量为100%,制备成料浆浓度为81.5%的煤泥水胶结充填材料。
实施例4
按照实施例1的方法进行操作,区别在于,煤泥水胶结充填材料配料:按质量百分比计,煤矸石40%、含水率30 %的浓缩煤泥水20%、粉煤灰10%、水泥10%、早强剂1%和减水剂1%、余量为污水,以上各物质质量百分含量总量为100%,制备成料浆浓度为76%的煤泥水胶结充填材料。
实施例5
按照实施例1的方法进行操作,区别在于,煤泥水胶结充填材料配料:按质量百分比计,煤矸石40%、含水率30%的浓缩煤泥水20%、粉煤灰10%、水泥12%、早强剂1%和减水剂1%、余量为污水,以上各物质质量百分含量总量为100%,制备成料浆浓度为78%的煤泥水胶结充填材料。
实施例6
按照实施例1的方法进行操作,区别在于,煤泥水胶结充填材料配料:按质量百分比计,煤矸石40%、含水率30%的浓缩煤泥水20%、粉煤灰10%、水泥14%、早强剂1%和减水剂1%、余量为污水,以上各物质质量百分含量总量为100%,制备成料浆浓度为80%的煤泥水胶结充填材料。
性能检测
在实验室测试主要包括和料,装模,振动,拆模,养护等步骤,按照GB/T 50080测试标准,试验中所用的坍落度桶为高度为 300 mm 的锥形桶,顶面直径为 100 mm,底面直径为200 mm,分别测试上述实施例1-6不同煤泥水胶结充填材料配比设计方案下材料的料浆的输送性能坍落度,实验测试结果其塌落度分别为255mm、235mm、150mm、260mm、240mm、180mm,如图2所示;力学特性测试过程中,采用制作尺寸为 70.7×70.7×70.7 mm3的胶结充填材料标准正方体试块,试样被装入模具中后,将开口的模具放置于温度为 20±2℃,相对湿度为 95%的标准条件下进行养护。试样实现初凝后,将试样从模具中取出继续在标准条件下养护28d,实施例1-6制得煤泥水胶结充填材料的抗压强度实验测试结果分别为1.8MPa、2.6MPa、2.4MPa、3.2MPa、4.8MPa、5.2 MPa,如图2所示,从而根据以上测试结果与现场实际工程需求,选择合适的配比进行现场应用。
Claims (7)
1.一种深部矿井煤泥水就地充填方法,其特征在于,包括以下步骤:将开采出的原煤通过井下分选系统进行分选,分选出煤矸石和煤泥水;将煤矸石运往井下破碎系统,破碎后作为煤泥水胶结充填材料制备的粗骨料;将煤泥水进行沉淀脱水处理;将破碎后的煤矸石和沉淀脱水后的煤泥水搅拌混合,在搅拌的过程中添加粉煤灰、水泥、早强剂、减水剂和污水搅拌制备成胶结充填材料,最后,通过管路泵送运输至作业区进行充填。
2.根据权利要求1所述的一种深部矿井煤泥水就地充填方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:将井下开采出的原煤直接运输到井下洗选硐室进行分选,分选出的煤矸石和煤泥水;将煤矸石运往井下破碎系统,经破碎机破碎粒径达到5mm以下;将煤泥水进行沉淀脱水处理后,得到含水率为25~30%的浓缩煤泥水;将上述制备的煤矸石、浓缩煤泥水混合搅拌,在搅拌的过程中加入粉煤灰、水泥、添加剂和污水,搅匀后制备得到料浆浓度为76%~82%的充填材料,其中充填材料中各组分的质量百分比为:浓缩煤泥水10%~25%、煤矸石35%~50%、粉煤灰15%~30%、水泥5%~15%、早强剂0.5%~1.5%、减水剂0.5%~1.5%、余量为污水,然后通过泵送管道运输至作业区进行充填。
3.一种煤泥水胶结充填材料,其特征在于,所述煤泥水胶结充填材料按照质量百分比包括以下组分:浓缩煤泥水10%~25%、煤矸石35%~50%、粉煤灰15%~30%、水泥5%~15%、添加剂1%~2%、余量为水,以上各物质质量百分含量总量为100%。
4.根据权利要求3所述的一种煤泥水胶结充填材料,其特征在于,所述煤泥水胶结充填材料的料浆浓度为76%~82%。
5.根据权利要求3所述的一种煤泥水胶结充填材料,其特征在于,所述浓缩煤泥水为含水率为25%~30%的煤泥水。
6.根据权利要求3所述的一种煤泥水胶结充填材料,其特征在于,所述煤矸石粒径≤5mm。
7.根据权利要求3所述的一种煤泥水胶结充填材料,其特征在于,所述添加剂包括早强剂和减水剂,其添加量分别为0.5%~1.5%、0.5%~1.5%。
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