1、附件1開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司2015 年技術(shù)創(chuàng)新計劃項目任務(wù)書項 目名 稱：高應(yīng)力破碎頂板充填開采應(yīng)用研究承 擔(dān)單 位：唐山開灤林西礦業(yè)有限公司項目I負(fù)責(zé)人：劉云寬參 加單 位：生產(chǎn)技術(shù)部、相關(guān)回采單位項 目專 業(yè)：采、掘、開計 劃年度:2015年度起 止年 月：2015年1月至2016年12月填 報日 期：2014年11月25日開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任公司制、項目內(nèi)容摘要唐山開灤林西礦業(yè)有限公司（以下簡稱林西礦）始建于1879年，1889年 移交生產(chǎn)，1902年正式投入生產(chǎn)，2008年回采工作面全部采用綜合機(jī)械化 采煤，掘進(jìn)綜合械化達(dá)到50%，2009年核定年生產(chǎn)能力125萬t/a?？刹擅簩?

2、個，分別為7、& 9、11和12煤，累計總厚約為10.9m,煤層傾角約20林西礦井田內(nèi)地勢較平坦。東北部及井口區(qū)海拔高度+50m左右，為基 巖裸露區(qū)和風(fēng)化殘積坡積區(qū)；西部和西南部海拔高度+30+40m,均被第四 系松散沉積物掩蓋。礦井現(xiàn)有三條回采生產(chǎn)線，五個生產(chǎn)區(qū)域，其中0000石 門、9900石門各剩一個工作面，已基本接近結(jié)束，下一步生產(chǎn)銜接安排非 常緊張。隨著采礦的深部化，“三下”壓煤問題也愈加突出，11水平東翼全部為原京山鐵路和古冶鎮(zhèn)部分建（構(gòu)）筑物的安全保護(hù)煤柱，截止2012年 底，礦井總儲量14626.0萬t,其中建 （構(gòu)） 筑物下壓煤10149.0萬t,占總儲 量的69.4

3、%，可采儲量僅有635.6萬t，已嚴(yán)重制約了礦井生產(chǎn)和長遠(yuǎn)發(fā)展。為 此，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）與林西礦協(xié)作，進(jìn)行林西礦建（構(gòu)）筑物下深部 協(xié)調(diào)式充填開采方案。林西礦村鎮(zhèn)下深部煤柱開采的特征是，平原地區(qū)建（構(gòu)）筑物下壓煤、緩傾斜、中厚煤層深部開采。由于本區(qū)潛水位較高，因此煤柱開采要控制下 沉量；由于房屋保護(hù)級別高，因此煤柱開采還要控制變形量?？刂屏说乇硐?沉量，就在很大程度上控制了地表變形。根據(jù)礦井采掘布置特點，本項目采用膏體充填技術(shù)和工藝，進(jìn)行了林西 礦工作面充填系統(tǒng)和充填工藝的設(shè)計，確定了膏體制備系統(tǒng)選址與能力，設(shè) 計了林西礦膏體充填總體工藝流程，為村鎮(zhèn)煤柱的安全高效開采創(chuàng)造了條 件。關(guān)鍵詞建

4、筑物下壓煤；煤炭資源；膏體充填二、項目的立項背景和意義隨著采煤科技的發(fā)展，合理開發(fā)建（構(gòu)）筑物下壓煤資源，推廣現(xiàn)代化 采煤工藝，最大限度的減少煤柱損失，減少資源浪費，開采優(yōu)質(zhì)煤炭，優(yōu)化 煤層配比，提高洗選效率，可以延長礦井的生產(chǎn)服務(wù)年限。林西礦井田內(nèi)雖 獲得查明的保有煤炭資源儲量總量較大，但探明的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)儲量很少，絕大 部分儲量為建筑物所壓，壓煤總量為10149.0萬t，占總資源量的69.4%，隨 著向深部水平延深，必須考慮村莊壓煤開采問題。目前，林西礦實際剩余服 務(wù)年限僅5.1年。林西井田走向長度8.22km,傾斜寬度4.0km， 面積27.8019km2,涉及到1個鎮(zhèn)、9個村。如果村莊全部

5、搬遷，則農(nóng)民將需重建家園；企業(yè)不可能解決 上萬人的再就業(yè)難題，容易造成社會矛盾。林西礦延長服務(wù)年限后，能夠?qū)?地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)和支持。目前林西礦如果不進(jìn)行建筑物下開采，企業(yè)就會面臨著停產(chǎn)。而村莊搬 遷措施代價太大，耗時耗力，難以實現(xiàn)，只能進(jìn)行充填開采，條帶開采。而 條帶開采，采出率太低，僅20%30%,浪費大量的煤炭資源，且目前的政策 是建筑物下必須進(jìn)行充填開采。因此，林西礦實施建筑物壓煤充填開采是必 要的。三、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國礦山充填開采技術(shù)經(jīng)歷了以處理固體廢物為目的的廢石干式充填 技術(shù)、水砂充填工藝、尾礦膠結(jié)充填技術(shù)、高濃度充填技術(shù)的發(fā)展階段。目 前我國煤礦常用的充填開采

6、技術(shù)有矸石充填、高水充填、膏體充填、似膏體 充填、高濃度膠結(jié)充填等。據(jù)國家能源局統(tǒng)計，目前我國煤炭資源探明剩余可采儲量為1842億噸， 以現(xiàn)有的儲量和消費水平僅夠使用50年。其中，“三下”（建筑物、道路、 水體下）壓煤量約140億噸， 如果采用防止地表沉陷的條帶開采方式， 回收 率僅為30腕50%在我國東部礦區(qū)，“三下”壓煤量已普遍超出可采儲量的50%全國煤礦采空區(qū)土地沉陷累計達(dá)100萬公頃左右，每年新增采空區(qū)6萬 公頃左右。煤矸石累計堆積45億噸，占地1.3萬公頃，且每年還以約3億噸的 速度增加。這幾組數(shù)據(jù)或許就足以說明，實施煤礦充填開采在中國當(dāng)下的必 要性和現(xiàn)實意義。充填開采是隨著采煤工作

7、面的推進(jìn)，向采空區(qū)送入矸石、膏體等充填材 料，并在充填體保護(hù)下進(jìn)行采煤的技術(shù)。事實上，因現(xiàn)實所迫，不少煤炭企 業(yè)近年來已自發(fā)探索推廣充填開采技術(shù)，并取得了一定成效。我國煤炭資源埋藏較深，95%勺煤炭資源靠井工開采，一直沿用簡單的 垮落式開采方式，帶來的生態(tài)問題越來越嚴(yán)重。因采煤造成的土地塌陷、地 下水流失、煤矸石占壓土地、環(huán)境污染、因搬遷補償不到位引發(fā)的上訪不斷 等問題，影響了礦區(qū)生態(tài)與社會和諧。另外，一些開采時間較長的老礦區(qū)，面臨資源接續(xù)難題，如何最大限度回收“三下”壓煤，對有些煤炭企業(yè)來說事關(guān)生死存亡。因此，山東、河北、河南、安徽等省的一些煤炭企業(yè)，不約而同地開始探索推廣煤礦充填開采技 術(shù)

8、。早在19世紀(jì)，德國因采煤造成的地表沉陷等問題非常嚴(yán)重，1924年德國 即開始充填開采。20世紀(jì)70年代至90年代，德國的煤炭企業(yè)廣泛采用機(jī)械化 風(fēng)力充填方法，工作面充實率達(dá)到57%但這種充填開采到1997年即全面停 止，主要原因是風(fēng)力充填使開采成本增加20美元/噸至30美元/噸，而治理地 表沉陷或搬遷村莊增加的開采成本是6美元/噸至8美元/噸。波蘭也是產(chǎn)煤大國，1964年就開始在城市中心區(qū)大規(guī)模采煤，一般采用 水砂充填方法，那時波蘭處在社會主義時代，充填開采的成本由國家承擔(dān)。1989年波蘭實施經(jīng)濟(jì)改革以來，由于充填開采成本太高及公眾反對，建筑物 下開采舉步維艱。目前，波蘭只有1個充填工作面在

9、作業(yè)。據(jù)山東科技大學(xué)教授姜巖介紹，充填成本高也是德國、波蘭等世界上較 早開始充填開采的國家停止很多充填開采項目的原因。充填式控頂方法，在國內(nèi)外得到一定程度的發(fā)展和應(yīng)用，很顯然這種方 法對于開采后地表環(huán)境的保護(hù)是有利的，也有利于減少開采所造成的工作面 災(zāi)害,但這種方法成本高，工藝復(fù)雜,沒有得到廣泛使用。四、項目主要實施內(nèi)容、技術(shù)路線、技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點一、研究、實施內(nèi)容1、研究論證11東采區(qū)進(jìn)行“建下”膏體充填開采。2、三下采煤安排情況及采煤方法的調(diào)整、選擇。3、綜合研究采區(qū)及充采工作面設(shè)計、頂板支護(hù)控制方法技術(shù)。4、充填開采液壓支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的配套使用。5、膏體充填工藝流程實踐、充填設(shè)

10、備的配套應(yīng)用實踐。二、技術(shù)路線全面了解區(qū)域林西礦地質(zhì)采礦條件，然后對林西礦充填開采技術(shù)的選 擇，與高校合作對林西礦11水平東翼煤柱開采方案設(shè)計，并對西礦地表采 動影響預(yù)計分析、林西礦建（構(gòu)）筑物下膏體充填開采方案設(shè)計，建立地表移動變形觀測站設(shè)計， 林西礦建 （構(gòu)） 筑物下壓煤開采的安全技術(shù)措施進(jìn) 行落實，通過方案設(shè)計、采動影響分析和相似材料模型試驗，論證了煤柱開 采方案的技術(shù)可行性，分析確認(rèn)了煤柱開采的經(jīng)濟(jì)合理性。本項目設(shè)計成果 和實踐應(yīng)用將為類似條件建（構(gòu)）筑物下采煤提供借鑒。三、技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點1、礦井建下開采儲量及充填開采安排、采區(qū)及充采工作面設(shè)計。2、膏體充填鉆孔井巷工程設(shè)計。3、綜采

11、架后充填采煤法，充填法管理頂板。4、充填材料組成、配比及其性能要求。技術(shù)路線圖工藝技術(shù)路線圖：全面掌握礦井及充填開采區(qū)域地質(zhì)概況T礦井建下開采儲量及充填開 采安排T膏體充填鉆孔井巷工程設(shè)計、膏體充填設(shè)計T采區(qū)及充采工作面設(shè) 計環(huán)境保護(hù)T回采結(jié)束后的技術(shù)總結(jié)其它工作面的繼續(xù)推廣應(yīng)用。五、預(yù)期目標(biāo)（技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)創(chuàng)新能力及社會效益）一、 技術(shù)指標(biāo)：1、 此次設(shè)計充填開采的“建下”壓煤主要集中在12煤層11東和12水 平范圍，預(yù)計采出543.8萬t。2、首采工作面為CT1021-1工作面，正常充填開采，回風(fēng)、運輸順槽均 予以保留。以后開采順序為自下而上逐工作面開采，工作面采用沿空留巷工 藝

12、實現(xiàn)無煤柱開采，直至開采結(jié)束。二、 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：（1） 解放建下壓煤，延長礦井服務(wù)年限井田壓煤建筑物有古冶鎮(zhèn)、勝利村、黃坨、任家套、四套、解家套、楊 家套前7個城鎮(zhèn)村莊，建筑物的總壓煤地質(zhì)儲量為10149萬t，通過充填開 采，根據(jù)回采方案初步計算，預(yù)計可采出煤量為3468.6萬t，礦井核定生產(chǎn) 能力為125萬t，按理論計算可延長礦井服務(wù)年限27.75年。對于本項目研 究區(qū)域，按噸煤售價550元計算，方案四可回收煤量約72.8萬t，可獲得產(chǎn) 值4.00億元。（2） 節(jié)省矸石、粉煤灰的處理費用每充填開采1t煤炭資源，可處理矸石0.71t，粉煤灰0.29t，從而可節(jié) 省矸石、粉煤灰的處理費用20.03

13、元/t（其中矸石處理費用18元/t，粉煤 灰處理費用25元/t）。（3） 采用沿空留巷節(jié)省掘巷費用工作面按長度140m采高2m計算，巷道掘進(jìn)費用3000元/m,則充填開采沿空留巷噸煤成本節(jié)約7.39元/t。因此考慮上述因素的情況下，充填開采 實際增加的成本為：89.98-20.03-7.39=62.56元/t，根據(jù)開采方案設(shè)計， 充填開采所占的比例為53%所以分?jǐn)偟饺康幕厥召Y源，則噸煤成本增加：62.56 53%=33.16元/t。(4) 村莊搬遷費用根據(jù)上述規(guī)劃，林西礦實際可采儲量3468.6萬t，按照每戶40萬元計 算，搬遷費用146760萬元，則分?jǐn)偟絿嵜旱陌徇w成本為42.31元/t。

14、另外，考慮采空塌陷區(qū)的治理費用，根據(jù)測算約為5.6元/t。因此，在村莊搬遷的 條件下，噸煤成本增加42.31+5.6=47.91元/t。(5)兩種開采方式的效益對比對比搬遷和充填所需要的費用，充填開采噸煤成本增加33.16元/t，村莊搬遷噸煤成本增加47.91元/t，充填開采比村莊搬遷減少成本14.75元/t，按照3468.6萬t的可采儲量計算，其效益為5.12億元。另外，地面矸 石得以處理，有效的保護(hù)了環(huán)境和控制了地表沉陷，因此充填開采能夠獲得 很好的經(jīng)濟(jì)效益。說明：村莊搬遷可以采出更多呆滯煤量，但是由于礦區(qū)村 莊分布密集，工農(nóng)矛盾難以協(xié)調(diào)，村莊搬遷難以實現(xiàn)。因此僅通過與村莊對 比，分析充填

15、開采效益。四、社會效益企業(yè)擁有近四千名職工隊伍，是國家重要的穩(wěn)定群體，礦井服務(wù)年限的 延長與職工的利益息息相關(guān)。實施建(構(gòu))筑物下膏體充填開采，將矸石、 粉煤灰充填到采空區(qū)，置換優(yōu)質(zhì)煤炭資源，保持12級精煤品牌，多為國家 創(chuàng)造稅收，支持國家的經(jīng)濟(jì)繁榮與發(fā)展。維持職工的穩(wěn)定收入，對繁榮地方 政治、經(jīng)濟(jì)、文化、教育和農(nóng)牧發(fā)展以及市場起著至關(guān)重要的作用。同時， 做到開采尾礦（矸石）不上井，可減少占地，消除環(huán)境污染，保持生態(tài)平衡, 對打造綠色、和諧礦山有著十分重要的現(xiàn)實意義和社會效益。六、項目任務(wù)分工及進(jìn)度安排、項目任務(wù)分工工作面回采觀測：2015.122016.12礦壓組、綜采隊7、數(shù)據(jù)綜合分析處理

16、：2015.12.2015.12（一階段）/2016.12（二階 段）生產(chǎn)技術(shù)部、綜釆隊二、項目實施進(jìn)度安排：全面掌握礦井及充填開采區(qū)域地質(zhì)概況-礦井建下開采儲量及充填開 采安排-膏體充填鉆孔井巷工程設(shè)計、膏體充填設(shè)計-采區(qū)及充采工作面設(shè) 計環(huán)境保護(hù)回采結(jié)束后的技術(shù)總結(jié)其它工作面的繼續(xù)推廣應(yīng)用。七、現(xiàn)有工作基礎(chǔ)、特色和優(yōu)勢林西礦井于2013年5月底委托我中國礦業(yè)大學(xué)（北京）編制唐山開 灤林西礦業(yè)有限公司建下膏體充填開采設(shè)計，該設(shè)計于2013年8月編制 完成，集團(tuán)公司對該設(shè)計以總技字2013105號文開灤（集團(tuán)）有限責(zé)任 公司關(guān)于唐山開灤林西礦業(yè)有限公司建下膏體充填開采項目初步設(shè)計的批 復(fù)進(jìn)行了

17、批復(fù)。2014年11月18日，鐵拓公司與天地科技股份有限公司聯(lián)合研發(fā)生 產(chǎn)的ZC7000/16.5/26型膏體充填液壓支架樣機(jī)，順利通過集團(tuán)公司組織的 專家組現(xiàn)場評審驗收。鐵拓公司結(jié)合林西礦業(yè)公司煤層賦存情況及水文地質(zhì)條件，專門研制了ZC7000/16.5/26型膏體充填液壓支架。該支架主體采用 四連桿1、建下膏體充填開采設(shè)計2013-8規(guī)劃部CT1021-1工作面充填開采方案設(shè)計2013-11規(guī)劃部CT1021-1工作面進(jìn)行水文、地質(zhì)勘探：2013.1-2014.12地測室CT1021-1工作面掘進(jìn)：2012.2.2016.12掘進(jìn)區(qū)CT1021-1工作面安裝：2015.10.準(zhǔn)備區(qū)6、CT

18、1021-1機(jī)構(gòu)，底座采用整體形式，穩(wěn)定性好，底座中部設(shè)抬底裝置，可減小 移架阻力；頂梁設(shè)置雙側(cè)活動側(cè)護(hù)板，防止架間漏矸，能夠有效調(diào)整支架姿 態(tài)；鉸接前梁設(shè)置“手套式”外伸縮梁，接頂效果好，能夠?qū)敯鍖崿F(xiàn)即時 支護(hù)；支架后部設(shè)置箱形鉸接后梁，配合大缸徑后梁千斤頂可實現(xiàn)上下擺動, 與擋墻一起保證充填作業(yè)空間，對待充填空間頂板進(jìn)行支護(hù)，可進(jìn)行建筑物 下壓煤開采，減輕煤炭開采對自然環(huán)境的破壞，充分回收利用有限資源，實 現(xiàn)煤炭資源的綠色開采。八、經(jīng)費預(yù)算單位：萬兀(保留兩位小數(shù))序號預(yù)算科目名稱合計補助經(jīng)費自籌經(jīng)費1一、經(jīng)費支出14757.69自籌2(一)直接經(jīng)費14757.69自籌31、設(shè)備費538

19、3.23自籌4(1)購置設(shè)備費5383.23自籌5(2)試制設(shè)備費6(3)設(shè)備改造與租賃費72、材料費83、測試化驗加工費94、燃料動力費105、差旅費116、會議費127、國際合作與交流費138、出版/文獻(xiàn)/信息傳播/知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)費149、勞務(wù)費1280.15自籌1510、專家咨詢費40自籌1611、其它支出8054.31自籌17（二）間接費用18其中績效支出19二、經(jīng)費來源14757.69自籌20（一）申請補助經(jīng)費21（二）自籌經(jīng)費14757.69自籌補助經(jīng)費撥付進(jìn)度申請第1年第2年第3年金額5383.23比例（）100九、參加人員及分工序號姓名年齡職務(wù)/職稱學(xué)歷從事專業(yè)工作單位項目分工1楊海新咼工經(jīng)理碩士采煤林西礦總負(fù)責(zé)人2文U云寬咼工副經(jīng)理本科采煤林西礦施工負(fù)責(zé)人3趙興元咼工總工本科采煤林西礦施工負(fù)責(zé)人4李振國咼工副總本科采煤林西礦回采5張代軍咼工副總本科掘進(jìn)林西礦掘進(jìn)6王永華咼工副總本科規(guī)劃林西礦設(shè)計7楊紹山工程師副主任大專采煤林西礦回采8韓帥