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1、二一年十月,缪协兴,综合机械化固体(废弃物)充填采煤技术开发与应用,中国矿业大学,主 要 内 容,一、项目开发的背景二、充填采煤的历史三、充填采煤系统与装备四、采场矿压与地表沉陷五、项目推广应用及效果,一、项目开发的背景,1.“三下”压煤问题 遗留的煤柱问题 土地与环境问题 煤矸石排放问题 风积沙与黄土山 解决问题的办法,一、项目开发的背景,1.“三下”压煤问题,全国“三下”压煤达137亿吨，全国国有重点煤矿村下压煤52.2亿吨。多数东部矿区“三下”压煤已占现有可采量的50%以上。采用条带开采“三下”压煤，采出率只有30%左右。,据鄂尔多斯介绍，该地区现有3040亿吨小煤矿开采留下的煤柱，房柱
2、式采出率仅为35%左右。煤柱不仅浪费资源，而且给矿区生产留下瓦斯、水、火、矿压等严重危害。,2.遗留的煤柱问题,一、项目开发的背景,3.土地与环境问题,每年由于煤炭开采塌陷土地面积约4万hm2左右。目前，受煤炭开采下沉影响的土地面积达60万hm2左右。直接经济损失约20亿元。,一、项目开发的背景,4.煤矸石排放问题,我国煤矿现有矸石山1600余座，堆积量约45亿t，占地约15000 hm2。每年矸石产生量约为1.52.0亿 t，约占地300 400 hm2。新汶矿区的煤流矸石高达30%40%。,一、项目开发的背景,5.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
3、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。,一、项目开发的背景,解决问题的总体思路,一、项目开发的背景,6.解决问题的办法,二、充填采煤的历史,1.充填采矿的历史2.充填采煤的历程3.现代充填采煤技术的特征4.充填采煤的难点5.综合机械化固体充填采煤,二、充填采煤的历史,1.充填采矿的历史,充填采矿的历史已超过100年1915年澳大利亚北莱尔矿用废石充填矿房水砂充填用水运移尾矿砂至矿房膏体充填固体+水+化学材料各种矿石(矿砂)胶结充填(支撑体),二、充填采煤的历史,2.充填采煤的历程,60多年前波兰用水砂充填法进行城下采煤上世界60年代我国试验
4、水砂充填采煤煤矿矸石充填（矸石不出井）矸石自留充填；简易机械化矸石充填；风力矸石充填；人工矸石充填。2006年进行综合机械化固体充填采煤工业性试验,二、充填采煤的历史,3.现代充填采煤技术的特征,高效、高回收率采出煤炭；严格控制岩层运动与地表沉陷；先进机械化装备与安全保障。,4.充填采煤的难点,二、充填采煤的历史,采煤工作面快速移动采空区顶板随采随垮水平层状矿体结构,普采与充填工作面布置,矸石充填高速动力抛矸机,二、充填采煤的历史,5.综合机械化固体充填采煤,传统综采液压支架结构图,固体充填采煤液压支架,三、充填采煤系统与装备,1.综合机械化固体充填采煤系统布置2.综合机械化固体充填采煤液压支
5、架3.固体充填物料刮板输送机与压实系统 固体废弃物垂直输送系统（装备）履带行走式固体充填物料输送转载机,三、充填采煤系统与装备,1.综合机械化固体充填采煤系统布置,1-固体堆积物；2-推土机；3-刮板输送机；4-分级筛；5-破碎机；6-胶带输送机；7-地面投料站控制室；8-投料井；9-井下储料仓；10-运矸皮带巷道；11-进风巷；12-运矸皮带；13-刮板输送机；14-回风巷；15-正四连杆六柱支撑式充 填采煤液压支架；16-固体充填物料多孔底卸 式输送机；,三、充填采煤系统与装备,1.综合机械化固体充填采煤系统布置,综合机械化固体充填采煤的工作面布置方式,三、充填采煤系统与装备,2.综合机械
6、化固体充填采煤液压支架,(a)第一代固体充填采煤液压支架,(b)第二代固体充填采煤液压支架,(d)第四代固体充填采煤液压支架,(c)第三代固体充填采煤液压支架,综合机械化固体充填采煤的四代液压支架,三、充填采煤系统与装备,2.综合机械化固体充填采煤液压支架,三、充填采煤系统与装备,3.固体充填物料刮板输送机与压实系统,固体充填物料刮板输送机,三、充填采煤系统与装备,4.固体废弃物垂直输送系统（装备）,垂直输送系统(动画),三、充填采煤系统与装备,5.履带行走式固体充填物料输送转载机,四、采场矿压与地表沉陷,1.固体充填采煤采场矿压控制原则 固体充填采煤采场矿山压力模型 支架受力与主动力控顶原理
7、 岩层与地表移动预计的等价采高方法,四、采场矿压与地表沉陷,1.固体充填采煤采场矿压控制原则,保护工作面生产人员的安全,从充填支架结构图中可以看到，由支架的前后顶梁挡住了顶板岩石的垮落，与综采不同的是采空区顶板已被充填物支撑不会随采随垮，因而可不设掩护斜梁。,四、采场矿压与地表沉陷,1.固体充填采煤采场矿压控制原则,掩护采煤工作面机械化作业,虽然支架还要具备保护采煤作业面全空间稳定性的功能，但由于没有周期来压等矿压显现现象，维护端面顶板和煤壁稳定已十分简单。,四、采场矿压与地表沉陷,1.固体充填采煤采场矿压控制原则,维护工作面风流畅通,与综采工作面比较，由于后顶梁成水平支撑，工作面有效通风断面
8、已大大增加，另外，采空区已被密实充填，不再需要考虑工作面漏风等现象。,四、采场矿压与地表沉陷,1.固体充填采煤采场矿压控制原则,掩护充填作业面机械作业,对充填作业面有两项基本要求：一是足够高的充填空间，即后顶梁要求尽量保持水平角；二是维护充填输送机正常工作需要让输送机保持平直状态，也即架与架之间后顶梁尽可能保持在相同的倾角平面内。,四、采场矿压与地表沉陷,2.固体充填采煤采场矿山压力模型,固体充填采煤采场矿山压力模型,四、采场矿压与地表沉陷,支架上方顶板表面向上变形位移曲线,3.支架受力与主动力控顶原理,顶板位移W计算公式：,四、采场矿压与地表沉陷,固体充填液压支架与传统综采支架比较，必须强调
9、如下三个特点：第一，在同样地质开采条件下充填支架的支撑能力设计必须大于综采支架；第二，充填支架后顶梁的支撑强度要大于前顶梁；第三，充填支架的初撑力即为额定工作能力，工作面供液系统必须能适应这一新的液压支架动力控制的要求。,3.支架受力与主动力控顶原理,四、采场矿压与地表沉陷,4.岩层与地表移动预计的等价采高方法,等价采高,顶板下沉,充填开采,固体充填采煤等价采高的概念,固体充填采煤岩层移动控制稳定性判据,Mmax建筑物能承受的最大允许采高。,四、采场矿压与地表沉陷,Me=MMc+(kck0)Mc,其中 Me等价采高；M实际采高；Mc充填高度；kc充填固体初始压实后的孔隙率；k0最后压实后的残余
10、孔隙率。,4.岩层与地表移动预计的等价采高方法,五、项目推广应用及效果,1.本项目推广应用的单位2.邢台7606工作面岩移观测3.翟镇建下开采地表移动观测4.生产技术指标与效益,1.本项目推广应用的单位,五、项目推广应用及效果,新汶翟镇煤矿（镇政府与小学建筑物下）冀中邢台煤矿（工厂与城市下）淮北杨庄煤矿（口子窑酒厂与省级文物建筑下）皖北五沟煤矿（四含水岩层下）开滦唐山煤矿（铁路站网下煤层群）兖州济三煤矿（微山湖堤岸下）平煤十二煤矿（工厂与建筑物下）内蒙泰源煤矿（铁路、公路、电厂、工厂）,五、项目推广应用及效果,2.邢台7606工作面岩移观测,回风大巷与7606工作面相对位置及测点布置,14、15、16测点随工作面推进变化曲线,五、项目推广应用及效果,3.翟镇建筑物下开采地表移动观测,新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测,平均采深500m 实际采高2.1m 等价采高0.6m 工作面采出率95%,综采矸石充填地表下沉曲线对比图,五、项目推广应用及效果,4.生产技术指标与效益,采空区充填密实度超95%，采区建筑物下压煤采出率达90%，单面年生产能力超100万吨；本项技术与非充填的综合机械化采煤比较，直接生产成本每吨煤约增加30元人民币，与建筑物搬迁开采比较，其直接经济效益十分显著；本项技术与条带开采（可采用条带开采前提下）比较，能提高采区采出率50%左右。,谢谢大家！,
