9、煤矿矸石充填开采技术.ppt
煤矿充填开采
煤矿充填开采摘要：煤矿充填开采技术主要用于形成煤层采空区。
采用现场勘探、室内试验、模拟试验等方法，将机械性能稳定，价格低廉的填料填入采空区，可满足正常采矿的需要，达到采矿安全，高效的目的。
该技术的关键是检测，围岩的稳定性和控制方法，管理和安全高效的采矿工艺技术。
上述方法实现了煤矿采空区煤层安全高效开采，为类似条件下的煤炭资源开采提供了经验。
关键词：煤矿；充填开采；采空区1充填技术开采的意义充填技术应用于煤矿开采，可以有效的减少资源的浪费与消耗，从而达到环境保护的目标，并且资源的利用效率也可以提升。
填充技术应用于采煤行业间接的对社会经济发展起到了促进作用。
利用传统开采工艺，资源的操利用效率低，存在巨大浪费。
而在某些特殊的条件下开采，如建筑，道路设施下部开采难度大的同时效率也低。
新技术的应用，开采过程中安全性有了较大提升。
一些老的矿区产量得到了显著提升。
充填技术可以对地下资源形成保护，尤其是水资源。
开采过程中产生的废料则避免了土地占用与污染，也可以防止地表位移与变形。
2充填开采的现状充填开采是解决“三下”压煤、避免煤矸石和粉煤灰等工业废弃物占用耕地及污染环境的技术手段。
20世纪80年代初，国外发展了膏体回填技术。
德国瓦尔苏蒙煤矿采用长壁法采煤，以工业废弃细物料（煤泥、粉煤灰）制备膏体料浆回填采空区。
我国学者对膏体回填技术在煤矿的应用也进行了研究，提出了固体废物膏体回填不迁村开采技术，把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、城市固体垃圾等在地面加工成胶结性或非胶结性膏体浆液，用回填泵或通过管道自流输送到井下，部分或全部回填工作面采空区，形成以膏体回填体为主体的覆岩支撑体系，控制地表沉陷值，在保证地面建筑物损害轻微的条件下，提高村庄下煤炭资源的采出率，延长矿井的服务年限。
近年来，我国政府高度重视并积极引导和大力提倡矿井回填技术。
国家能源局、财政部、国土资源部、环境保护部2013.01 发布的国能煤炭〔2013〕19 号文“关于印发《煤矿回填开采工作指导意见》的通知”中明确指出：通过回填开采“三下”煤炭资源，实现中厚煤层采区回采率达到85%以上，薄煤层采区回采率达到90%以上，对留设煤柱和边角残煤实施以矸换煤开采，回采率达到70%以上的目标，实现矿区生态环境明显改善，地面基本实现无矸石山堆存，地表变形和次生地质灾害得到有效控制，降低地下水系和地面生态环境破坏程度。
矸石井下充填采煤技术
矸石井下充填采煤技术摘要矸石充填采煤技术是针对上述我国存在的“三下”压煤问题，煤矸石排放问题和土地资源问题而开发出来的绿色采煤技术之一。
目前，已经在各个矿区实践取得成功。
本文以成功应用的矸石充填采煤技术为例，论述矸石充填采煤技术开发的过程中最关键的技术、采场矿压及地表沉陷等核心问题。
关键词矸石充填采煤方法；绿色开采；矿压规律1矸石直接充填采煤方法1）矸石直接充填采煤技术框架。
针对煤矿矸石的露天排放和大量的“三下”压煤现象，已经开发了矸石直接充填置换煤炭的成套技术，并建立了矸石充填采煤的矿压分析和岩层运动与地表沉陷预计方法，以及开发了井下煤流分选设备与系统、井下矸石运输系统等，进而将其成功用于“三下”压煤和其它煤柱的回采，形成了原创性的矸石置换成套技术和应用体系。
2）综采充填采煤方法。
长壁采煤法综采工艺，涉及井工采煤，适于煤层稳定、顶板坚硬、无断层缓倾中厚煤层及厚煤层分层长壁法开采。
在长壁综采工作面布置液压支架、刮板输送机、滚筒采煤机，在运输巷布置顺槽转载机、可伸缩带式输送机等。
综采工作面采用超长布置，即面长按两个综采面长度布置。
采煤机用两台，骑在同一部刮板输送机上，分别截割上半个面和下半个面的煤壁。
也可在超长综采面中部布置中间巷作运输巷；在综采面的上半和下半工作面各布置一部刮板输送机相向运输，形成对拉综采工作面。
目前，此项采煤技术已成功应用于我国的很多矿区，本文结合应用实例介绍综采充填采煤方法。
2采煤与充填工艺综采充填采煤实现了采煤工艺与充填工艺的优化组合，其采煤工艺与传统综采相同. 充填工艺是在完成一刀采煤工作后进行，将自夯式充填开采液压移直、充填开采输送机移至支架尾梁后部，并依次启动充填开采输送机、自移式矸石与粉煤灰转载机、运矸胶带输送机等设备，进行采空区充填.充填顺序由充填开采输送机机尾向机头方向进行，当前一个卸料孔卸料到一定高度后，即开启下一个充填卸料孔，随即启动前一个卸料孔所在支架后部的夯实机千斤顶推动夯实板，对已卸下的充填材料进行夯实，如此反复几个循环，直到夯实为止，一般需要2～3 个循环。
充填开采之 矸石充填术
全高开采预计 普采充填预计 普采充填实测
采高1.8m
等价采高0.4m 工作面采出率85%
28
普采矸石充填地表下沉曲线对比图
2015-6-17
四. 主要技术特点及应用前景
1. 主要技术特点
（ 1 ）矸石直接充填置换煤的方法、工艺、与装备，
包括：综采矸石充填、普采矸石充填和条带矸石充填的 技术与工艺，以及矸石充填液压支架、充填运输机和高 速动力抛矸机等关键设备。 （ 2）矸石直接充填置换煤的岩层控制理论，为充填 开采设计和地表沉陷控制等提供了科学依据。
采出率只有50%左右，浪费严重 没有实现规模化推广应用 实施目标
循环利用矿区废弃物 保护矿区土地与环境 回收“三下”压煤资源
3
技术措施
解决问题的 总体思路
2015-6-17
矸石直接充填置 换“三下”压煤
二. 总体技术框架
矸石直接充填置换“三下”压煤总体技术框架
矸石分选与输送
掘进矸石 井下 煤流矸石 井 下 分 矸 系 统 投 料 系 统
比较项目 最大下沉量/mm
全高开采预计 采高2.1m 综采充填预计 等价采高0.6m
综采充填实测
1580 3.2 Ⅱ
1000 1500
420 0.8 Ⅰ
380 0.5 Ⅰ
最大水平变形 /mm/m
建筑物破坏等级
距离 (m) 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600 0 500
1. 不同矸石充填量对应的地表变形值 2. 同一矸石充填量对应的地表最大变形值
5
控制移动量
理论上 需解决 的问题
2015-6-17
1. 矸石充填开采等价采高的概念
矸石直接充填采煤技术
缪协兴
二○○九年七月十九日 ○○九年七月十九日
科技进展报告
主 要 内 容
一、科技攻关的背景与思路 二、充填采煤的难点与创新 三、综采工作面充填技术 四、普采工作面充填技术 五、其他相关问题的说明
科技进展报告
一、科技攻关的背景与思路
煤矸石的露天排放问题
我国现有矸石山1600余 余 我国现有矸石山 堆积量超过45亿 ， 座 ， 堆积量超过 亿 t， 占 地超过15000 hm2 。 目前每 地超过 年产矸量超过2.5亿t。 年产矸量超过 亿 。 矸石山除了占用大量的 土地资源外， 土地资源外 ，还会严重污染 空气和地下水， 空气和地下水， 甚至存在爆 炸危险。 炸危险。
科技进展报告
一、科技攻关的背景与思路
“三下”压煤问 三下” 三下 题 我国的煤炭资源
回收率仅为40%左右， 左右， 回收率仅为 左右 三下” 村庄下、 “ 三下 ”（ 村庄下、 道 路下、水体下） 路下 、 水体下 ） 压煤是 其重要根源。 其重要根源。 新汶矿区“三下” 新汶矿区 “ 三下 ” 压煤高达2.67亿吨，占 亿吨， 压煤高达 亿吨 可采储量的70%多。 多 可采储量的
科技进展报告
一、科技攻关的背景与思路
解决问题的思路
存在问题
煤矸石的排放
传统办法
露天排放 制砖等 迁村开采
实
际
效
果
占用土地、污染环境、 占用土地、污染环境、爆炸 用量少、产品质量、环保等问题 用量少、产品质量、 吨煤增加成本50元左右， 吨煤增加成本 元左右，历史与文化问题 元左右 采出率30% 采出率
科技进展报告
一、科技攻关的背景与思路
中西部矿区风积沙与黄土山
以山西为例，如能 将矿区的黄土山转移至 采空区，则可增加大量 的耕地或工农业用地。 的耕地或工农业用地。 以神东矿区为例， 把 风积山转 移至采空 区 ， 既能增加工农业用地， 又能改善地面环境。 又能改善地面环境。
井下矸石充填工艺课件.
矸石泵式充填方式的选择
• ㈡ 机械输送、原生矸石充填方式 • 新汶矿区应用比较广泛的其它充填方式为机械输送方式，一般采 用皮带机（需矸石抛掷于采空区，或综采支架后方悬吊溜子将矸石卸至采空区。 • ㈢ 膏体充填技术相对于机械充填技术的优缺点： • ⑴ 优点：与机械充填相比，系统简单、不需独立的充填运输巷 道，占用人员少、劳动强度低、占用设备少，充矸能力大。 • ⑵ 缺点：技术要求比较严格，工艺复杂，管道输送时常常因为 大摩擦损失或高管道压力引起管道堵塞等。 • ㈣ 充填方式确定： • 基于泵送矸石充填能力大、系统简单、效率高的特点，选择泵送 矸石充填技术，进一步研究应用薄煤层综采支架后方连续充填、 快速充填，充实率高的技术，创出一套适合我矿现场实际的成套 技术方案。
矸石泵式充填方式的选择
㈡ 机械输送、原生矸石充填方式 新汶矿区应用比较广泛的其它充填方式为机械输送方式，一般采 用皮带机（需施工专用巷道）、溜子运输矸石，利用抛矸皮带将 矸石抛掷于采空区，或综采支架后方悬吊溜子将矸石卸至采空区。 ㈢ 膏体充填技术相对于机械充填技术的优缺点： ⑴ 优点：与机械充填相比，系统简单、不需独立的充填运输巷 道，占用人员少、劳动强度低、占用设备少，充矸能力大。 ⑵ 缺点：技术要求比较严格，工艺复杂，管道输送时常常因为 大摩擦损失或高管道压力引起管道堵塞等。 ㈣ 充填方式确定： 基于泵送矸石充填能力大、系统简单、效率高的特点，选择泵送 矸石充填技术，进一步研究应用薄煤层综采支架后方连续充填、 快速充填，充实率高的技术，创出一套适合我矿现场实际的成套 技术方案。
三、采空区塌陷现状
1、近年来由于采空区塌陷形成山体崩塌、地面塌陷、地表裂缝 等地质灾害日渐增多，给工农业生产、基础设施和当地群众的生 命财产安全造成严重威胁。 2、采空塌陷区造成的另一项危害是使水资源遭受破坏，从而引起 区域性地表水泄漏、地下水位下降，使矿区及周边大范围内的地 下水均衡系统受到破坏 3、采空塌陷区的面积日渐 扩大，不仅致使地下千疮百 孔，地上环境恶化，而且火 灾隐患也日渐增大，直接威 胁着矿区群众的生命健康安
十六讲__充填技术
胶轮车具有机动灵活、调度方便、出矸速度快、对 基道底板的适应性较强等优点，减轻了工人的劳动强度， 提高了工作效率，在一定程度上简化了巷道布置，将辅 助运输作业从轨道、绞车系统中解放出来。有轨和胶轮 车排矸系统示意图见图1。
(2) 矸石仓-胶带输送机排矸方式
在十二采区辅运巷平巷段施工矸石仓，矸石仓下部 连通排矸巷，矸石通过排矸巷和北部回风巷的胶带输送 机进入井底矸石仓，最后由井底矸石仓下面的井底排矸 巷通过矿车排矸。十二采区各普掘工作面的矸石通过胶 带输送机或胶轮车进入矸石仓。矸石仓一胶带输送机排 矸系统示意图见图2。
采用充填与采煤平行作业，即本工作面回采 时，对已采空的工作面进行充填。地表风积砂经 矿车或注砂井、注砂孔运入采区或盘区储砂硐室， 转入充填机，由充填机前端输送带进行抛砂充填。 榆阳区主采煤层约7.0m，一次充填不能充满，采 用二次充填，第一层采用前进式充填，第二次采 用后退式充填。
3) 新驿矿高水材料与矸石固结体巷式充填全采
(3)采、充工艺 工作面采用走向长壁后退式采煤法，矸石充填处理采 空区，采煤机落煤。工作面用单体液压柱配1.0m金属铰 接顶梁，排距1.0m，柱距0.9m，循环进度1.0m。 采用"见六充三、边采边充"方式，当控顶距达到6排 支护时，充填自第6排至第3排三个棚档内，采充平行作 业，但最大控顶距不得超过8排支护。充填完一循环后 铺设运矸溜子继续下一循环充填。
比较项目
全高开采预计 采高2.1m
综采充填预计 等价采高0.6m
综采充填实测
最大下沉量/mm 最大水平变形/mm/m 建筑物破坏等级
1580 3.2 Ⅱ
420 0.8 Ⅰ
380 0.5 Ⅰ
4)高挡工作面矸石充填工艺
(1) 概述
充填采矿法PPT课件
▪ 9.3.2.5充填工作 ▪ 进路底板矿石清理干净后，在进路与分层横巷的结合部作木板隔墙，
并用立柱加固，再钉上章袋，塑料编织布等滤水材料后开始充填。充填 料经过沿脉充填平巷3 、穿脉充填平巷2 、充填小井进入待充进路，充 填料的输送全用电耙。建滤水隔墙的目的是滤出充填前后清洗耙道而进 入进路的多余水。每个进路的充填必须一次连续完成，不能多次充填， 不然难以保证质量。最末的进路与分层横巷同时充填。
▪ 3结构参数:阶段高50-60米,
▪
顶柱2-3米
▪
矿块长40-50米,间柱4-6米
▪
矿块宽＜8-10米,底柱4-6米
▪ 4采准切割工作:
▪ 阶段运输巷,天井及联络道,充填天井(先进天井)
▪ 两个溜井(1/4处),拉底巷道及拉底空间,底板浇筑
▪ 5回采充填工艺
▪ 自下而上分层回采
▪ 凿岩爆破,通风撬毛,出矿(人力电耙)
▪ 3参数：矿房宽度6-8米， ▪ 矿柱（间柱）宽8-10米， ▪ 顶柱3-4米底柱5-7米， ▪ 阶段高50-60米 ▪ 4采准切割工作 ▪ 阶段运输巷：上下盘沿脉加川脉 ▪ 矿房内：充填井（先进天井）一个，拉底巷道，拉底空间，水泥底板 ▪ 底柱内：溜井2个，行人脱水井两个 ▪ 5回采充填：自下而上分层回采， ▪ 凿岩爆破：上向平行浅孔 ▪ 通风，撬毛：由近而远撬顶 ▪ 出矿：电耙 铲运机 ▪ 提高溜井及滤水井：混凝土滤水井 （方形 圆形）
▪
10 -木板钉条，11 -横撑，12 -泄水方向，13 -充填区，14 -空顶区
▪ 9.1.1.2结构
▪ 1顶底柱:无工程
▪ 2间柱:无间柱
▪ 3矿房内：上山 回采最出的工作面
▪
切割巷道 行人 通风 卸水 出矿
井下矸石充填工艺课件
二、煤矸石现状
煤矸石是煤炭开采和洗选加工时 排出的废弃物，排放量约占煤炭产量 的 10%—20%。目前，我公司煤矿井 下矸石的排放大多数仍采用由井下运 输提升至地面，再向指定的区域排放， 久而久之形成矸石山。
煤矸石现状
矸石山的存在，不仅占用大量的土地资源，而且造 成了严重的环境破坏，矸石中含有的S、P、C等几十种 成份对大气、水源、土壤等造成了不同程度的污染，有 时矸石山还会发生自燃现象，引发其他事故。这些都在 不同程度上危机人类的健康与安全，成为一大公害，甚 至被称为煤矿的毒瘤。因此，如何减少矸石占用土地， 消除或减少环境污染，是当前煤炭生产行业很有必要研 究的一个课题。
•3、破碎给料：将矸石仓的矸 石经破碎机把矸石破碎到 ≤250mm粒径，再通过给煤机 将破碎后的矸石给料至皮带机 上。
填充步骤
4、皮带机运输： 由可伸缩皮带机将 矸石运送到采空填 充巷迎头，进入矸
5、矸石填充设备迎头抛 填：Fra bibliotek石直接进入矸石
填充机抛射部进行抛射
填充。调整抛射皮带使 之左右上下摆动，使之
四、矸石充填工艺介绍
充填巷开采及充填顺序示意图 第二步：相隔一 定宽度煤柱采掘 第二条巷道，同 时充填第一条巷 道。 第一步：采掘第一条巷道
第四步：待充填完毕几条巷道后， 在其隔离煤柱中掘巷并充填
第三步：依次采掘巷 道并充填前一条巷道
四、矸石充填工艺介绍
矸石矿车
翻车机
轨道
工字钢 推车机 破碎机
矸石仓
石填充机。
在整个巷道断面均匀布
料。操纵推平器，压实 填充后的矸石。
针对部分煤矿附近存在发电厂，
可利用粉煤灰等材料制成注浆 材料，对充填矸石进行注浆， 及能处理地面粉煤灰，又能提 高充填体强度。 迎头矸石在较干燥的情况 下，需边填充边撒水，以 便于矸石堆积。