煤矸石似膏体充填开采技术研究

[ 1] 山西省交通厅 , 中交通力公路勘察设计工程公司 . 高速公路 采空区 ( 空洞 ) 勘察设计与施工治 理手册 [ M ] . 北京 : 人民 交通出版社 , [ 2] 2005. 郭广礼. 老采区上方建筑地基 变形机理 及其控制 [ M ] . 徐 州 : 中国矿业大学出版社 , 2001.
4) 检测系统。料浆浓度 的变化对充填料浆特性 的影响 极为敏感 , 为顺 利实 现全尾 砂高 浓度胶 结充 填 , 必须 建立 一套可靠、完 善的充 填监 控系统 , 实现对 料浆 浓度、 流量 及各种物料配比的监测 和调节。 5) 管 路系统。高浓度胶结充填料浆 , 通过钻孔 和管道 输送至 待 充采 场 , 通过 带 快 速 接头 的 塑 料 软 管进 行 采 场 充填。
幅降低了矿 山胶结 充填 成本 , 提 高了矿 山经 济、社会 和环 境效益。
利用充填采 煤技 术处置 井下 煤矸石 , 既可 减少煤 矿固 体废弃物排 放 , 又可 以减轻 开采 沉陷危 害 , 提高 矿井 资源 回收率 , 是实现煤矿绿色开采 的理想途径和 关键技术 之一。 按照绿色开采的 理念 , 充 填采 矿是解 决煤 矿开 采环境 问题 的理想途径 。围绕充 填材 料、充填 料浆制 备、充 填工 艺参 数、充填体力 学性能 及承 载特 性、充填体 作用 机理、 充填 体质量评价 等方面 展开 研究 , 取 得了不 少成 果。充填 工艺 和设备日臻 完善 , 许 多新型 充填 材料相 继问 世 , 为降 低胶 结充填成本 , 扩 大充 填应用 范围 , 近 年来 研究人 员致 力于 水泥替代品 研究并 取得 了一 定成果。利 用粉 煤灰、冶 炼炉 渣、铝厂赤泥 等来源 广泛、成 本低 廉的工 业固 体废 料 , 大 程治理设计要求。 2) 该筒仓自 2005 年 建成 , 经过 3 年 沉降 观测 , 最大 累计沉降值 12mm, 最大倾斜 0 01% , 地基稳定 , 满足规范 要求。 表 1 采空注 浆后浆液结石波速值
4 充填工艺
由于充填工 作面 倾斜布 置 , 且斜 长较 大 , 如 果采 用金 属矿山普 遍采 用 的封 堵工 艺 , 难 以 保证 采场 充 填的 安 全。 结合孙村矿开采 工作 面倾斜 布置 的特点 , 采用 煤矸石 非胶 结干式充填和煤矸 石充填 体管 道自流 输送 充填 交替进 行的 综合充填工 艺 , 既减 少了矸 石出 井量 , 降 低了矸 石提 升费 用和充填成本 , 又 保证了 煤矸 石充填 体管 道自 流输送 充填 的安全。 1) 煤矸石干式 充填构筑挡墙工艺。煤矸石干式 充填系 统如图 2 所示。在 - 210m水 平联 络石门 内设 矸石仓 , 其上 口位于石门内 , 下口 在 - 210m水 平 4 层 煤柱 回风巷 内 , 矸 石车由架线式电机 车顶入 联络 石门经 前翻 式翻 车机卸 入矸 石仓 内 , 距矸 石 仓下 口 20m 处 安装 一 台 ZY P - 17 型扒 装 机, - 210m水平 4 层煤柱回风巷安装一部 SD - 80 胶带至工 作面 上出口 , 在 工作面 切顶第 3 排和 第 4 排正 规支柱 空档 内安装一 部 SGW - 40T 窄型 运 输机 , 前端 接 高 速小 胶 带。 矸石由扒装机扒入 SD - 80 胶带运送至工作面上 出口 , 经工 作面 SGW - 40T 窄型运输机、高速小胶带抛 入采空区充 填。 为保证正常回风 , 在扒装机运行 范围内设隔离挡墙。 矸石充填时 按照由 里向 外、由下 向上的 顺序 逐排 回收 到高速小胶带机 头 , 切顶 排采 用临时 密集 柱将 带双层 纱布 的竹芭固定 牢后进 行充 填。充填 至高速 小胶 带机头 时 , 将 矸石运输机缩短、高速小胶带 上提 , 回柱后 挡笆继续充 填 , 直至充填工作面上头。 2) 煤 矸石充填体采场充填工艺。矸石充填 结束后 , 借 助矸石充填 挡墙 , 进 行充 填体自 流充 填。充填 过程 中 , 工 作面可正 常回 采 , 但 回 柱时 必须 保 证充 填体 矸 石能 自 立。 工作面推采 9 6m 后重新安装 SGW - 40T 窄型运输机、高速 小胶带进行矸石充填。充填体自 流充填步距 4 8m。 充填体自流 充填时 , 把管路 架设 在充填 区上 口一 次性 充填。为保证充 填过 程的顺 利进 行 , 在井 上下要 配置 直通 电话 , 注意观查充填进度情况并 保持及时联系。
3 2 井下管道输送系统方案
地表充填制备 站制成 符合 要求的 浆体 沿充 填钻孔 进入 井下充填管道。首期充 填范围为 - 210m水平的 约 4000k t保 安煤柱 , 井下充 填水 平管 道总 长度 1100m。 充填 站内 设有 一台微型空 压机 , 用 于向水 泥仓、粉 煤灰 仓底吹 气防 止堵 塞之用。减水剂 储存 在减水 剂桶 内 , 通过 计量泵 根据 设计 要求 , 往搅拌桶内添加。
面波测线 1
6 结
语
1) 由于小煤 窑开采的随意性 , 对于老采空区 应采用物
( 责任编辑
章新敏 )
收稿日期 :
2009- 11- 16
作者简介 : 刘志钧 ( 1970- ) , 男 , 高 级工程师 , 现任新汶矿业集团公司技术中心副主任工程师。
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施工技术
2 充填配比试验及结果分析
煤
炭
工
程
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纵波波速 VP /m 2043 1919 1741 1741 1741 1777 1777 1777 s
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空区时 , 应根据工程实际及时调 整施工参数和施工方法。 4) 注浆施工应 遵循由外至里的原则 , 力求形成 封闭帷 幕 , 同时阶段性 控制 注浆量 及注 浆压力 , 施工中 一旦 出现 压力突降 , 必 须立即 停止 施工 , 查 找原因 , 以防 帷幕 决堤 而影响注浆效果。 参考文献 :
3 充填系统方案设计 3 1 充填工艺流程
充填制备系 统工艺 流程 如图 1 所示。整 个工 艺流 程共 包括 5 个部分 , 各系统具体描述如下。
图 1 充填制备工 艺流程 1) 充填料 的运 输与储 存系 统。为满足 管道 输送 要求 , 煤矸石必须进 行破 碎。 破碎后 的煤 矸石储 存于 煤矸石 堆场 内 , 通过电溜子向缓冲漏斗供料 , 并经计量后转运到主搅拌 桶内 ; 水泥、粉煤灰用散装罐车运送 , 并卸入立式水泥仓和 粉煤灰仓内, 经仓底插板阀、星形给料机、冲板流量计计量 后通过单螺旋 输送 机输送 至搅 拌桶 内, 并 按要 求加入 减水 剂 , 搅拌形成水泥粉煤灰浆 , 然后转运到主搅拌桶内。 2) 搅拌系统 。普通搅 拌很难破坏微细颗粒固 体和水产 生的聚凝集合体 , 因此 , 需用强力机械 搅拌装置。 3) 供水系统。为保证供水能力 , 需设置高位水池。
根据配 比 试 验安 排 , 在 室 内常 温 下 , 进 行 试块 制 作 , 到相应养护龄期后 , 测定其单 轴抗压强度 , 得出如下结论 : 1) 陶化煤矸 石充填体 早期 强度明 显高 于新鲜 煤矸 石 , 而细粒新鲜 煤矸石 优于 粗粒 新鲜煤 矸石。相 同条 件下 , 陶 化煤矸石 7d 后充填体强度 , 比新矸提高 50% ~ 70% , 这说 明煤矸石陶化后具有 了一定的胶凝特性。 2) 添加粉煤 灰可有效抑制骨料沉淀 , 明显改 善浆体流 动性能 , 减少泌水率 ( 仅为 3% 左 右 , 而不加 粉煤灰 的胶结 充填体泌水率在 10 % 以上 ), 有利于井下采场脱滤水。 3) 添加复合 减水剂可明显改善浆体和易性 , 有利于提 高充填体浓 度和强 度 , 降低 管道 磨损 , 添 加量以 水泥 与粉 煤灰质量和的 1 5% 为宜。 4) 充填体具 有较高的残余强度 , 即充填体达 到强度极 限破坏后 , 仍能维持一定的承 载性能。
测线编号 测点 编号 101 102 201 面波测线 2 202 203 301 面波测线 3 302 303 面波波速 VR /m 1150 1080 980 980 980 1000 1000 1000 s
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1 试验区地质条件
孙村矿井地面标高 在 + 165~ + 210m之间。煤系 地层大 部为冲积层 所掩盖 , 只有溪 沟中 略有出 露。工业 场地 内主 斜井井口标 高为 + 175 5m。 20 世 纪 90 年 代围 绕千 米 北立 井建设 的 北立 井 工 业 场地 位 于 柴 汶河 北 岸 , 井口 标 高 为 + 199 5m。按照 向深部发展 过程 中开采 水平 设置 , 孙 村煤 矿 已 有 - 75m、 - 210m、 - 400m、 - 600m、 - 800m 和 - 1050m共 6 个开采水平。 探、钻探等多种手段综合确定。 2) 建于老采空 区上的较重要建筑物 , 地基处理 时不仅 应对采空区空洞 进行 充填 , 更 重要的 是对 临界 深度内 岩层 裂隙的充填。否则 , 难以取得较为理想的 治理效果。 3) 由于小窑采 空区分布的无规律性 , 加固治理 此类采
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煤
炭
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施工技术
煤矸石似膏体充填开采技术研究
刘志钧
( 新 汶矿业集团技术中心 , 山东 新泰 271233)
摘 要 : 充填开采是实现煤矿绿色开采的关键技术之一 。结合孙村矿实验区的相关条件, 采 用矸石似膏体充填技术, 对充填体组合料的最优配比技术参数进行分析, 并对充填物料添加顺序 进行了优化研究 。研究结果表明 , 在煤矿井下运用矸石似膏体充填技术是可行的, 可为其他类似 矿井充填开采提供借鉴。 关键词 : 煤矸石 ; 似膏体; 充填开采 中图分类号 : TD823 7 文献标识码 : B 文章编号 : 1671- 0959( 2010) 03 0029 03
[ 1] [ 2] 实现现代化 的理想 经济 模式 中国 现代化 进程 战略 构想 !
为保护地表建筑 物、农田 、河 流及矿山 3 条主要井 巷 , 孙村矿在城镇范围内 留设了储量达 1600kt 的优质保安煤柱 , 在保证地表及矿 山井 巷安全 的前 提下 , 最 大限 度地回 收这 部分宝贵的 煤炭资 源 , 对矿 山可 持续发 展意 义重 大。通过 研究 , 得到如下结论 : 1) 充填料物理力学性质分析表明 , 破碎后的煤矸石 ( 粒 径 5mm 以下 ) 虽然粒级组成不理想 , 但添加粉煤灰和减水剂 进行改良后, 大大提高了充填体充填料的管道输送性能。 2) 充填体 组合 料 按最 优配 比 后 , 配比 组 合料 强度 指 标、坍落度、坍落 扩散 度、稠度 较优 , 流变 特性 类似 于膏 体的结构流 , 充填 体胶结 充填 除了具 有膏 体充 填固有 的高 悬浮性、低脱 水率、低 管道磨 损等 优点外 , 还具 有良 好的 流动性能 , 完全满 足管道 自流 输送与 采场 充填 对组合 料浆 流动性能的要求。 3) 充填体作 用机理研究表明 , 水泥、粉煤 灰、煤矸石 体系的水 化反 应 是一 个 分阶 段、多 层次 的水 化 反应 过 程。 包括 : 水泥 水 化期 ( 水泥、 粉煤 灰、煤 矸石 体 系自 加水 到 14d 左右的时间 ), 此阶段水泥 通过水 化反应 形成了 氢氧化 钙胶体或晶体 , 形成早期强度 ; 水硬期 ( 充填体形 成后大约 14~ 30d 左右 ), 此阶段粉煤灰颗粒表 面上形 成的 C- S - H 凝胶中的 Ca2+ 向粉煤灰颗粒内部扩散 , 形成一定的 C- SH 过渡层 ; 强度期 ( 充填体形成后 30d~ 90d) , 这是 C - SH 形成的主要时期 , 强度增加较大。 4) 进行充填 物料添加顺序的优化研究 , 提出 了先加水 泥、粉煤灰和减水 剂 , 3m in 后 , 根据 标定 的比 例添加 煤矸Βιβλιοθήκη 302010年第 3期