复杂地质条件矿井矸石零排放处理技术与应用

为了将复杂地质条件煤矿矸石在井下处理,分析了煤矿矸石来源有掘进矸石、煤流矸石、煤层夹矸、切眼矸石和断层矸石等,提出了掘巷充填、硐室储矸和采空区充填的矸石处理方法,并在翟镇煤矿进行应用,实践表明：利用ZZ2600/13/20.5BC型充填综采液压支架实现采空区充填;含夹矸的工作面经采区煤矸初次重力分选和井底煤矸二次γ射线分选后,煤流矸石返运至工作面,利用抛矸带式输送机将煤流矸石充填于采空区内;在断层等地质构造带,采用预掘巷处理技术可将矸石运输至采空区进行充填。     

深部大采高综采面矸石充填开采技术

针对邢东矿剩余煤炭资源的85%以上为村庄压煤难题,提出了在12212大采高综采面采用综合机械化矸石充填开采技术。选取"波依亭—汤姆逊体"作为矸石充填体流变模型,并计算其流变方程,进而得出采空区顶板最大下沉量为σ0/K1以及其与矸石充填体刚度成反比关系。运用数值模拟软件FLAC3D模拟计算邢东矿12212综采面采用垮落法和矸石充填处理采空区时顶板运动规律,模拟结果表明矸石充填大大降低了等效采高,在40m测点处顶板下沉量仅为25mm。此外,还对邢东矿12212综采面矸石充填采煤工艺进行了介绍,充填后地表下沉量仅有15mm。     

矸石充填开采协同承载机制及充填效果评价研究

为研究矸石充填体充入井下采空区后与围岩及煤柱的相互作用力学机理,基于矸石三向压实试验对矸石充填体与围岩协同承载效应开展研究工作,并对矸石充填开采条件下的充填效果进行评价研究.研究分析了矸石体积压缩率与各试验参数存在的定量函数关系;构建"充填体-围岩-煤柱"协同承载模型,阐明了充填体、围岩、煤柱三者共同对上覆岩层的承载控...     

长城二号煤矿矸石充填综采及设计

介绍了长城二号煤矿采用井下矸石充填综采采煤法,矸石回填至工作面采空区,做到井下矸石不上井,实现了真正意义上的"洁净生产"、"绿色开采",做到了社会及经济效益双赢。     

急倾斜薄煤层胶结充填开采合理参数确定及应用

为确保水体下急倾斜薄煤层胶结充填开采取得良好效果,采用实验室试验方法,研究了以矸石作为充填料、水泥-水玻璃作为注浆胶结料进行采空区胶结充填时胶结充填体的力学特性和影响因素。结果表明：水灰比和矸石粒径影响矸石胶结体的力学特性,当水玻璃浓度一定时,矸石胶结体的强度随着水灰比和矸石粒径的增大而呈降低趋势,塑性流动特性随水灰比增加明显。基于急倾斜薄煤层的有限充填空间、充填工艺和顶板控制要求,合理确定了充填开采的矸石粒径小于150 mm、水灰比为0.8∶1.0、水玻璃浓度为30 Be。现场工业试验及观测表明,急倾斜薄煤层采空区矸石注浆充填取得了良好效果,确保了水体下急倾斜薄煤层的安全回采。     

矸石充填普采面采煤充填工艺及矿压显现

基于鄂庄煤矿二采区2#煤层的地质条件和地面学校等建筑群需要重点保护的要求,介绍了2202东普采工作面直接利用井下掘进矸石充填采空区的相关技术,涉及充填系统、采煤与充填平行作业方式、支护技术、机械矸石充填工艺及充填效果;分析了矸石充填工作面顶底板闭合量、支柱载荷和活柱缩量的变化规律.结果表明:2202东工作面采用胶带抛矸机充填装备及"见六充三"和4.5 m×3.0 m充填循环参数,工作面月产量可达到1.47万t,采空区得到密实充填,采场矿压显现十分缓和,顶底板闭合量平均累计值小于25 mm,在工作面投影上方地表下沉为203~276 mm,地表重点保护的建筑群得到有效和安全的保护,矸石充填后的最大压缩量为251mm,最大压缩率为12.1%.     

采空区泵送胶结矸石条带充填系统与工艺应用

针对井下充填施工工艺研究的欠缺,对某矿采空区设计了一种泵送胶结矸石充填系统及具体的施工工艺步骤。经现场实践应用,该技术工艺有效降低了工作面的"三量"值,矿压显现缓和,达到了较好的消化矸石与支撑顶板的充填效果。     

井下矸石充填系统方案研究

为实现煤炭绿色开发利用,建设绿色矿山,解决矸石对生态环境的污染问题,霍州煤电集团某新建矿井采用机械化矸石充填技术,在井下设置一套完整的固体充填系统及煤矸石分选系统,井下掘进矸石不升井和初选煤矸石一起充填采空区,地面设置膏体充填防灭火系统,选煤厂的洗选矸石与粉煤灰、水泥等制备成浆料进行采空区防灭火注浆。该方案减少了矸石的无效运输,实现了井下矸石不出井,不可利用矸石全部返井,解决了矸石的污染问题,对类似矿井具有一定的参考意义。     

大倾角煤层长壁开采覆岩走向受载与破坏特征

对围岩的有效控制是大倾角煤层长壁工作面安全高效开采的关键,以2130煤矿25221大倾角综采工作面为研究背景,采用"理论分析+模拟实验+现场监测"相结合的研究方法,在对工作面矿压显现规律及其成因综合厘定与分析的基础上,通过构建采空区矸石充填模型和顶板走向力学模型,系统研究了采空区矸石的非均匀充填特征及其非均衡约束下工作面倾向不同区域顶板沿走向岩体结构的受载与失稳特征。结果显示,采空区矸石充填特征在工作面走向和倾向均呈现出非均匀性,在工作面倾向中上部区域支架后方采空区底板上易形成倒三角自由面,且其非均匀性随着煤层倾角、采高和工作面长度的增大而增大。在垮落矸石非均衡约束效应影响下,顶板的受载与变形破坏特征不仅在工作面倾向具有明显的非对称特性,倾向不同区域顶板沿走向的受载与变形破坏特征及其所形成围岩结构的基本形态之间亦存在显著差异。沿工作面倾向自下而上,受采空区矸石充填量与密实程度逐渐减小、矸石与支架间距离逐渐增大的影响,采空区充填矸石对工作面围岩稳定的贡献度逐渐减弱,围岩的运移空间、频次和幅度等逐渐增大,围岩结构的稳定性逐渐减弱,支架的受载量及其变化幅度逐渐增大,"支架-围岩"系统的稳定性等逐渐减弱,且易形成较大来压。     

综放采空区矸石堵漏充填防灭火技术

通过对下石节煤矿218综放面矸石堵漏充填前后采空区漏风场进行数值模拟,得出了使用矸石堵漏充填能够降低采空区漏风量及氧气浓度。采用气体—温度联合监测分析方法,得出了218运输顺槽火区的CH4浓度最大不超过0.25%,CO2浓度最大不超过0.12%,采空区没有发火征兆,充分验证了矸石堵漏充填防灭火技术的可行性。     

高效机械化采空区矸石充填技术

新汶矿业集团翟镇煤矿自主研发了综采采空区高效机械化矸石充填采煤技术,利用矸石做为充填体,力图解决"三下"压煤,实现"规模性"开采,矸石不升井,防止在地面堆积造成环境污染,改善井下矸石提升造成的矿井辅助运输紧张,在综采面随采随充的综采设备配套研制方面填补了国内空白,形成了翟镇煤矿充填开采新模式,取得了良好成效,为新汶矿区实现矿区资源与环境协调发展的绿色开采提供了借鉴。     

矸石充填工作面关键技术探索与研究

针对现有矸石充填技术无法实现工作面采空区两顺槽的全部充填问题,古城煤矿创新性的探索实践气动力矸石充填联合采煤法,减少地表下沉,实现矸石不出井,减轻矿井提升运输的压力,有效实现了矸石充填工作面关键技术的突破。     

大采高仰采工作面端头充填工艺研究

9301充填工作面是唐口煤业930采区的首采面,为保证充填效果对两端头采空区进行充填,采用矸石充填和泵送充填相结合的方式。依据930采区地质条件和充填设备布置情况,确定了9301充填工作面的施工工艺,包括矸石充填工艺、泵送充填工艺、泵送充填挡浆工艺。在对两端头采空区进行充填后,尤其通过泵送充填,接顶效果良好,使充填效果显著改善。     

建筑物下综采工作面固体充填开采技术研究与实践

唐山矿业分公司将地面矸石、建筑垃圾等固体废弃物通过地面充填站的投料孔垂直向井下直接投料,进入矸石缓冲仓,再经带式输送机等运输设备将矸石运输至充填工作面,借助自夯式充填综采液压支架等设备将固体充填物料充填至工作面采空区,以此对采空区的岩层进行控制,减少顶板的下沉和垮落,实现建筑物下安全开采.     

水体下急倾斜煤层采空区矸石充填顶板控制

采用数值计算和物理模拟方法,分析了水体下急倾斜煤层开采采空区矸石自溜充填顶板控制效果。结果表明：采空区矸石充填可以有效降低工作面顶板下沉挠度,减小区段平巷围岩变形;矸石充填限制了相邻分带煤柱的横向变形,减小其变形破坏程度以及降低相邻分带回采时的矿压显现;矸石充填使覆岩内的应力发生转移和重新分布,有效降低了覆岩导水断裂带的高度,减少了防水煤柱的塑性破坏范围。     

建筑物下固体充填开采技术研究

唐山矿业分公司将地面矸石、建筑垃圾等固体废弃物通过地面充填站的投料孔从地面垂直向下直接投料,进入矸石缓冲仓,由矸石仓放入胶带输送机等运输设备将其运输至充填工作面,借助自夯式充填综采液压支架等关键设备用固体充填物料充填工作面采空区,并靠固体充填物料的支撑作用对采空区的岩层进行控制,减少顶板的下沉和垮落,实现建筑物下安全开采.工作面充填矸石是解决矿山污染、资源浪费、地表塌陷的一个行之有效的方法,促进了绿色矿山的建设.     

急倾斜采空区矸石充填顶板控制变形分析

根据急倾斜煤层采空区矸石充填开采下顶板受力特征,建立了顶板岩层梁式力学模型,得到了考虑充填矸石支撑作用的顶板挠度计算式,研究了不同充填量及强度的矸石对不同倾角顶板变形的控制作用。     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

堤坝下矸石充填采煤充实率设计

为达到节约矸石充填量和确保堤坝安全的双重目的,需对矸石充填采煤充实率进行合理的设计,首先通过理论分析确定矸石充填采煤充实率的影响因子及各因子的影响情况;然后以济宁三号煤矿南阳湖堤下矸石充填采煤为实例,根据南阳湖堤的特点以及采煤规范确定设防标准,通过全部垮落法沉陷预计确定矸石充填量以及充填范围,由此动态确定该湖堤下矸石充填采煤充实率。结果表明:当工作面推进到距湖堤340 m时,采空区充实率需达到15.8%,随着工作面接近湖堤,采空区充实率应逐渐提高,当工作面推进到距湖堤60 m时,采空区充实率需达到91.8%;最后根据等价采高沉陷预计地表变形,该设计充实率不但能保护地表湖堤的安全,同时还节约了矸石充填材料。     

煤矸石充填技术在明水一号矿的应用与探索

煤矸石作为煤矿开采废弃物,既占用土地资源,又污染生态环境,对煤矸石的综合治理成为矿山企业急需解决的问题。明水一号煤矿积极探索煤矸石充填技术,将采煤过程中产生的矸石在井下直接充填至采空区,一方面减少了煤矿产矸量,提升企业经济效益;另一方面,采空区内通过充填矸石,减少岩层变形空间,在一定程度上防止了顶板垮落或变形,从而控制了煤炭开采后地表原岩的位移和沉降,消除对地质地貌的影响,保护了矿山地质环境,全面实现"节能减排、绿色开采"。