1、2 減沉開采技術(shù)減沉開采技術(shù)2-1 2-1 開采引起的地表沉陷規(guī)律開采引起的地表沉陷規(guī)律2-2 2-2 開采沉陷對地面建筑物的影響開采沉陷對地面建筑物的影響2-3 2-3 減少開采沉陷影響的技術(shù)措施減少開采沉陷影響的技術(shù)措施2-4 2-4 條帶開采技術(shù)條帶開采技術(shù)2-5 2-5 充填開采技術(shù)充填開采技術(shù)2-6 2-6 部分充填開采技術(shù)部分充填開采技術(shù)2-5 2-5 充填開采技術(shù)充填開采技術(shù)一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理三、水砂充填開采技術(shù)三、水砂充填開采技術(shù)四、膏體充填開采技術(shù)四、膏體充填開采技術(shù)五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采六、高水

2、材料充填開采六、高水材料充填開采一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述1.1.煤礦充填開采特點煤礦充填開采特點2.2.充填開采方法分類充填開采方法分類3.3.國內(nèi)外煤礦充填開采歷史及現(xiàn)狀國內(nèi)外煤礦充填開采歷史及現(xiàn)狀p充填開采就是利用外來材料如矸石、砂、碎石、粉煤灰等物料充填采空區(qū)，達(dá)到控制巖層移動及地表沉陷的目的。 一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述1、充填開采特點充填開采特點充填開采特點充填材料供需不均衡采煤生產(chǎn)能力與充填生產(chǎn)能力不均衡充填成本與采礦效益不均衡充填作業(yè)時空受限充填范圍大一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點p眾所周知，充填開采中，采礦和充填互

3、相制約，不繼續(xù)采礦就無處充填，不充填也就不能采礦，使得由采礦和充填這兩個作業(yè)環(huán)節(jié)組成的回采作業(yè)大循環(huán)共同決定礦井的開采。因此，只有實現(xiàn)采礦和充填的均衡，充填技術(shù)才有生命力，才會在礦山有效應(yīng)用。（1）采煤生產(chǎn)能力與充填生產(chǎn)能力不均衡p煤礦的充填技術(shù)必須適應(yīng)高產(chǎn)高效的發(fā)展。但是目前的充填能力一般小于40m3/h，而一個年產(chǎn)100萬噸的礦井的生產(chǎn)能力超過100 m3/h，因此煤礦充填技術(shù)無法與高產(chǎn)高效采煤技術(shù)相匹配。 一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點（1）采煤生產(chǎn)能力與充填生產(chǎn)能力不均衡p例如撫順老虎臺礦采用采空區(qū)全部水砂充填采煤法40余年，為了維持年生產(chǎn)能力300萬

4、噸水平，需22個采煤工作面。而1999年改用綜放開采后，該礦采煤工作面減少到3個，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作面大幅度減少，礦井生產(chǎn)能力超過300萬噸。由于水砂充填生產(chǎn)不適應(yīng)高產(chǎn)高效的采煤工藝，3套充填系統(tǒng)全部被廢棄。一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點p尋找豐富低廉的合適充填材料滿足回填空間的要求，是充填開采方法成功應(yīng)用的一個必要條件，這就是充填材料供需均衡問題。（2）充填材料供需不均衡p金屬礦山采用掘進(jìn)廢石、尾砂（約占礦石開采量的90%左右）、冶煉爐渣等采礦廢棄物作為充填料，完全解決了充填材料供需均衡的問題。同金屬礦相比，煤礦自身工業(yè)廢棄物比例小，煤礦的矸石一般為煤炭開采量的1

5、5%左右，采空區(qū)全部充填難以解決充填材料來源困難的問題。因此，采空區(qū)全部充填采煤技術(shù)只局限于在能夠在解決充填材料的礦區(qū)使用。一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點p例如我國撫順礦區(qū)由于有大量的油頁巖的煉油廢渣作為煤礦采空區(qū)充填材料，水砂充填采煤方法被延續(xù)應(yīng)用了幾十年。我國新汶礦區(qū)，由于有汶河優(yōu)質(zhì)河砂，曾采用河砂作為煤礦采空區(qū)充填材料。然而，上述礦區(qū)隨著充填材料的枯竭，充填采煤方法也隨著減少或消失。（2）充填材料供需不均衡（3）充填成本與采礦效益不均衡充填開采的經(jīng)濟(jì)核算曲線充填開采的經(jīng)濟(jì)核算曲線一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點p充填成本與

6、采礦效益均衡問題就是：充填開采中因充填而增加的經(jīng)濟(jì)效益能否抵消充填成本？就我國煤礦充填而言，只有當(dāng)充填成本小于因開采引起的土地破壞和村莊搬遷賠償費用時，充填成本與采礦效益才實現(xiàn)均衡，充填技術(shù)才有生命力，才會在煤礦得到有效應(yīng)用。（3）充填成本與采礦效益不均衡年份年份成成本本費費用用土土地地費費用用充充填填成成本本充填開采的經(jīng)濟(jì)核算曲線充填開采的經(jīng)濟(jì)核算曲線煤礦充填開采的經(jīng)濟(jì)分析一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點某礦區(qū)1990-2001年采煤沉陷土地賠償費一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點（3）充填成本與采礦效益不均衡某礦區(qū)1990-20

7、01年采煤村莊搬遷費一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點（3）充填成本與采礦效益不均衡某礦區(qū)采煤沉陷土地賠償費與充填成本對比一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點（3）充填成本與采礦效益不均衡某礦區(qū)村莊搬遷費與充填采煤成本對比一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點（3）充填成本與采礦效益不均衡一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述充填開采特點充填開采特點（3）充填成本與采礦效益不均衡降低充填成本的主要途徑降低充填成本的主要途徑降低充填材料的成本采用部分充填全部充填部分充填采空區(qū)充填冒落區(qū)充填離層區(qū)充填按充填位置按

8、充填量水砂充填矸石充填自溜充填風(fēng)力充填機械充填按充填動力膏體充填高水充填水力充填充填開采按充填物質(zhì)一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述2、充填開采方法分類20世紀(jì)50年代一、充填開采技術(shù)概述一、充填開采技術(shù)概述3、充填開采歷史離層區(qū)充填冒落區(qū)充填采空區(qū)充填干式充填水力充填膏體、高水、固體廢物充填20世紀(jì)80年代主要用于德國、波蘭；我國尚處于起步階段20世紀(jì)80年代我國首例撫順二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理1.1.充填開采巖層移動與破壞特點充填開采巖層移動與破壞特點2.2.充填開采地表沉陷的影響因素充填開采地表沉陷的影響因素3.3.充填開采地表沉陷的預(yù)計方法充填開采地表沉陷的預(yù)計方

9、法二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理1、充填開采巖層移動與破壞特點（1）采空區(qū)充填可以有效緩解采煤引起的礦山壓力顯現(xiàn)p采空區(qū)充填可以有效改變煤體、圍巖的受力狀態(tài)，將其所受的采動壓力由四周煤巖體承擔(dān)改為充填物和四周煤巖體共同承擔(dān)，有效分散采動影響壓力，減少應(yīng)力集中。同時，充填體將承受和轉(zhuǎn)移頂板的大部分壓力，有效抑制頂板下沉和底板隆起。一般情況下，采用采空區(qū)充填的采煤工作面，其初次來壓和周期來壓都不明顯，有的幾乎觀測不到，工作面和回采巷道的礦山壓力顯著減小。二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理1、充填開采巖層移動與破壞特點（2）采空區(qū)充填可以減少采動影響造成的頂板導(dǎo)水裂隙高度和底板的破壞

10、深度p全部垮落法管理頂板的采煤方式，其上覆巖層遭到破壞程度隨采厚的增加而增加。充填開采的采空區(qū)在充填及時、足量的情況下可以做到不形成垮落帶，導(dǎo)水裂隙帶的高度也大大減小。采用全部充填工藝時，其導(dǎo)水裂隙帶高度不足全部垮落法的15%，甚至有時導(dǎo)水裂隙帶不明顯。因此，充填開采可以減少因采動引起的煤層上覆巖層破壞造成的導(dǎo)水裂隙。同樣，采空區(qū)全部充填對于煤層底板的破壞程度也大大減輕，其“下三帶”破壞程度比全部垮落法輕很多。二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理1、充填開采巖層移動與破壞特點（3）采空區(qū)充填可以減少地表移動和破壞p根據(jù)開采沉陷規(guī)律可知，地表移動變形與開采厚度有直接關(guān)系。采厚越小，地表下沉越

11、小，反之下沉越大。充填采空區(qū)后，相當(dāng)于減小了開采煤層的厚度，故可以減小地表移動和破壞。2、充填開采地表沉陷的影響因素充填開采地表沉陷充填開采地表沉陷的影響因素的影響因素充填體充填率頂板超前下沉二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理充填體壓縮率p提高采空區(qū)充填率是減緩地表開采沉陷的最有效和最直接的方法。理論上來說，假如充填率接近1，充填開采可以完全控制地表沉陷。事實上，由于充填前采場圍巖就已發(fā)生了變形及受充填工藝的限制，充填材料不可能充滿形狀復(fù)雜的采空區(qū)或?qū)崿F(xiàn)采空區(qū)充填接頂，在實際充填中充填率不可能達(dá)到1，例如波蘭的水沙充填率最大為0.7。p應(yīng)該指出的是，相同的充填材料、充填工藝和同樣的采礦地

12、質(zhì)條件下，充填率越大，控制開采沉陷的效果越好。 二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理2、充填開采地表沉陷的影響因素充填體充填率vvr1式中，v1為充入的充填材料體積，v為采出煤層的體積。p充填體在自重和上覆巖層的作用下會產(chǎn)生壓縮變形和沉降。如果采空區(qū)中充填體的壓縮變形引起的沉降過大，會失去控制開采沉陷的作用。p在充填率相同時，不同充填方法控制開采沉陷的效果一般是不同的。例如波蘭的上西里西亞煤礦區(qū)使用河沙充填，地表下沉系數(shù)一般小于0.1；同樣條件下使用矸石充填，地表下沉系數(shù)一般為0.250.5。這兩種充填方法的減沉效果差異的根本原因在于：水沙充填體和矸石充填體的壓縮率不一樣。二、充填開采技術(shù)

13、原理二、充填開采技術(shù)原理2、充填開采地表沉陷的影響因素充填體壓縮率ll1s p砂子的壓縮率最低，粉煤灰的壓縮率最高。不同粒徑的矸石粉的壓縮率較為相近，其壓縮變形大大小于粉煤灰，但卻明顯高與砂子。二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理2、充填開采地表沉陷的影響因素充填體壓縮率泄水口滲水板充填料傳壓活塞滲水層（砂子）p純矸石粉的壓縮率最低，而純粉煤灰的壓縮率最高。當(dāng)軸向壓力達(dá)到9MPa后，純矸石粉的壓縮率增加已經(jīng)趨于緩慢，即壓縮變形量接近最大值。二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理2、充填開采地表沉陷的影響因素充填體壓縮率泄水口滲水板充填料傳壓活塞滲水層（砂子）p超前下沉是指充填前頂板和地表

14、向采空區(qū)的下沉量。p由于煤層的開采，導(dǎo)致采場四周煤巖體內(nèi)應(yīng)力集中，尤其是工作面前方將受到超前支承壓力影響。在超前支承壓力作用下，工作面前方頂板和覆巖在充填之前必然發(fā)生壓縮、變形。雖然通過采用充填開采后，工作面超前支承壓力有所緩和，但其仍然存在，故該下沉變形量是不可控的。隨著回采面積的逐漸增大，巖層運動向地表的傳播，該超前下沉必將最終反映在地表沉陷上。其表現(xiàn)是：地表沉陷范圍總是大于工作面回采邊界。從這個方面來講，采用充填開采不可能做到地表完全不下沉，除非是在極不充分采動條件下。二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理2、充填開采地表沉陷的影響因素頂板超前下沉p將充填開采視為一個等厚的薄煤層開采，

15、該薄煤層的厚度就是實際采高減去充填體壓實后的厚度，這樣就可以應(yīng)用常規(guī)的垮落法地表沉陷預(yù)計方法進(jìn)行充填開采的地表沉陷預(yù)測。p如煤層實際采高為3.0m，充填率為90%，充填體壓縮率10%，則此時的等效采高為0.57m。二、充填開采技術(shù)原理二、充填開采技術(shù)原理3、充填開采地表沉陷預(yù)計等效采高三、水砂充填開采方法三、水砂充填開采方法814p2-291110912151318763516141721行人斜井；行人斜井；2砂砂倉；倉；3注砂室；注砂室；4斜井；斜井；5地面清水池；地面清水池；6注砂管；注砂管；7流水流水上山；上山；8流水道；流水道；9沉淀池；沉淀池；10排泥排泥罐；罐；11水倉；水倉；12

16、水泵；水泵；13排泥礦車；排泥礦車；14吸水井；吸水井；15排排水管；水管；16運砂礦車；運砂礦車；17供水管；供水管；18已已充填的采空區(qū)充填的采空區(qū)1、充填系統(tǒng)三、水砂充填開采方法三、水砂充填開采方法2、應(yīng)用及評價p水砂充填采煤法具有充填率高、能有效控制地表下沉和變形等優(yōu)點。但其充填系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備及設(shè)施投資大，充填材料昂貴，故噸煤成本較高。與該方法對應(yīng)的采煤工藝落后，實現(xiàn)機械化有一定困難，勞動效率低。p基于這些原因，該方法在我國已逐漸淘汰。長壁充填開采技術(shù)長壁充填開采技術(shù)pipe branchSurface infrastructureLongwall panelDistribution

17、systemDewatering system POLITECHNIKA LSKA W GLIWICACH PROF. JAN PALARSKI Work station of operator Scheme of processMixerBackfill in longwallmining facegatebackfillgateSilesian Technical University - Gliwice Prof. J. Palarski Backfill in longwallmining facegategatebackfillSilesian Technical Universit

18、y - Gliwice Prof. J. Palarski Longwall Faces with Backfill Ascending Slicing POLITECHNIKA LSKA W GLIWICACH PROF. JAN PALARSKI Longwall Faces with Backfill Descending Slicing POLITECHNIKA LSKA W GLIWICACH PROF. JAN PALARSKI 四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法1.1.膏體充填概述膏體充填概述2.2.充填材料制備與泵送充填材料制備與泵送3.3.充填系統(tǒng)與設(shè)備充填系統(tǒng)與設(shè)備4

19、.4.工程應(yīng)用工程應(yīng)用四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法1、充填方法概述p所謂膏體充填，就是把煤礦附近的煤矸石、粉煤灰、工業(yè)爐渣、劣質(zhì)土、城市固體垃圾等在地面加工制作成不需要脫水處理的牙膏狀漿體，采用充填泵或重力加壓，通過管道輸送到井下，適時充填采空區(qū)或離層區(qū)的充填開采方法。四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法2、充填材料制備與泵送國別及礦山充填材料質(zhì)量濃度/%強度/MPa德國格隆德礦重介質(zhì)細(xì)石和浮選尾砂85881.52.0加拿大多姆金礦全尾砂77820.43南非西德里方丹金礦全尾砂78加拿大國際鎳公司天然砂和全尾砂81861.63蘇聯(lián)阿奇塞鉛鋅礦全尾砂（添加膠凝劑）8083中國金川

20、二礦區(qū)分級尾砂，粉煤灰，棒磨砂7880中國金川二礦區(qū)分級尾砂，粉煤灰，42.5級水泥77794.0中國銅錄山銅礦全尾砂，爐渣87中國銅錄山銅礦全尾砂，爐渣，水泥843.0中國太平煤礦河砂，粉煤灰，膠結(jié)料791.5四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法2、充填材料制備與泵送p膏體充填料漿采用混凝土泵加壓管道輸送。充填泵的選擇應(yīng)根據(jù)充填能力、充填管線長度、膏體料漿特性、流速等綜合確定。p我國所建成的膏體泵送充填系統(tǒng)中，濟(jì)寧太平煤礦膏體充填站即采用德國進(jìn)口的充填泵。再如銅錄山銅礦的膏體充填料漿選用的充填泵為：德國Schwing公司生產(chǎn)的KSP80HD液壓雙缸活塞式輸送泵。泵缸內(nèi)徑230 mm、行程

21、2000 mm，設(shè)計輸送能力4050m3/h，泵壓10.0 MPa。四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法3、充填系統(tǒng)配料制漿子系統(tǒng)管道泵送子系統(tǒng)工作面充填子系統(tǒng)圖圖2 2 濟(jì)寧太平礦充填工藝流程圖濟(jì)寧太平礦充填工藝流程圖四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法p 充填控制系統(tǒng)充填控制系統(tǒng) 濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)太平煤礦生產(chǎn)能力110 萬 t/a，主采3#煤層，由于其八采區(qū)東翼部分區(qū)段上覆基巖厚度較?。?.733.3m），保護(hù)層厚度僅05.4m，因此，留設(shè)防水煤巖柱已無法實現(xiàn)安全開采?？紤]資源的采出率及安全生產(chǎn)條件，采用膏體充填采煤法在此采區(qū)內(nèi)進(jìn)行試驗回采。p 濟(jì)寧太平煤礦膏體充填濟(jì)寧太平煤礦膏體充填

22、 概況概況 試驗采區(qū)內(nèi)3#煤層厚度8.20 9.60 m，平均8.83 m，煤層埋深161.5 211.5 m，頂板基巖厚度15 50 m，表土層厚147.00 166.15 m，平均154.91 m。采區(qū)為一寬緩向斜構(gòu)造，傾角變化小，一般小于10。試驗首采面為8309工作面，工作面長180 m，上順槽長530 m，下順槽長470 m，工作面由東向西回采。工作面直接頂為粉砂巖或泥巖，厚度2 3 m，個別點見有炭質(zhì)泥巖偽頂，老頂為中細(xì)砂巖，厚10 26 m，為中等穩(wěn)定頂板。 四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例圖圖2 2 濟(jì)寧太平礦充填工藝流程圖濟(jì)寧太平礦充填工藝流程圖四、膏

23、體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例p 充填總體方案充填總體方案膏體充填開采的總體方案為：在地面建立充填站，把泗河砂、電廠粉煤灰、膠結(jié)料和水配制成膏體充填料漿；采用充填泵把膏體充填料漿通過充填管路由地面輸送到井下采煤工作面，在直接頂煤（巖石）尚未垮落前，及時充填滿采空區(qū)。圖圖2 2 濟(jì)寧太平礦充填工藝流程圖濟(jì)寧太平礦充填工藝流程圖四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例p 充填系統(tǒng)充填系統(tǒng)四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例p 充填工藝與參數(shù)充填工藝與參數(shù)首試面安排在8309區(qū)段自上而下分層的第二分層，即先采二分層，再采頂分層，首試面充填體為頂

24、分層充填工作面的假底、第三分層工作面的假頂。工作面采高2.2 m，充填步距2.4 m，取采充比為1.0，每次充填要求在7 h之內(nèi)完成，充填系統(tǒng)能力富裕系數(shù)1.0，可計算得到充填能力為146 m3h-1。充填工作面設(shè)計采用“三八”工作制，頂分層工作面安排早班充填，執(zhí)行“充填采煤采煤”循環(huán)，而下分層工作面安排中班充填，執(zhí)行“采煤充填采煤”循環(huán)，工作面設(shè)計日進(jìn)4刀，每個采煤班進(jìn)尺2刀。充填試驗初期僅安排一個工作面進(jìn)行膏體充填開采，充填步距仍為2.4 m，后期下分層滯后進(jìn)行充填開采。四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例充填管由孔底硐室，經(jīng)東總回風(fēng)巷、830皮帶巷到8309工作面皮帶

25、巷布置，從下出口進(jìn)入工作面，工作面充填管布置在懸移頂梁支架的前后排柱之間，每隔40 50 m設(shè)置一根布料管。工作面充填管在每個設(shè)置布料管的地方接一個手動三通閥，利用手動三通閥切換控制充填漿液按照由低向高順序依次進(jìn)行充填。圖圖3 3 充填區(qū)臨時支護(hù)方式充填區(qū)臨時支護(hù)方式 為了便于盡量減少充填管路清洗水對回采工作面和巷道的不良影響，工作面兩巷均布置排水管，在需要時排水管可以與工作面充填管快速連接，以便于充填管道清洗水絕大部分能夠通過兩巷排水管外排到能夠自流的巷道排水溝。四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例p 充填工藝與參數(shù)充填工藝與參數(shù)v工作面對應(yīng)地面測點測得地表最大下沉量為工

26、作面對應(yīng)地面測點測得地表最大下沉量為1154 mm1154 mm（此處已采（此處已采2 2個分層，累計采高為個分層，累計采高為4.4 m4.4 m），下沉系數(shù)為），下沉系數(shù)為0.260.26。此時一分層工。此時一分層工作面累計推進(jìn)作面累計推進(jìn)141 m141 m，二分層工作面滯后一分層工作面，二分層工作面滯后一分層工作面24 m24 m。8311 8311 充填工作面長充填工作面長160 m160 m，采高，采高2.2 m2.2 m，至，至20072007年年8 8月，月，83118311綜采充填開綜采充填開采工作面已推進(jìn)采工作面已推進(jìn)196 m196 m。根據(jù)目前已有的觀測數(shù)據(jù)，地表最大下沉

27、。根據(jù)目前已有的觀測數(shù)據(jù)，地表最大下沉值為值為493 mm493 mm，下沉系數(shù)為，下沉系數(shù)為0.220.22。v從觀測結(jié)果可知，目前太平煤礦充填開采以后的地表下沉量比從觀測結(jié)果可知，目前太平煤礦充填開采以后的地表下沉量比預(yù)想的要大。造成太平煤礦充填開采以后地表下沉量仍較大的主預(yù)想的要大。造成太平煤礦充填開采以后地表下沉量仍較大的主要原因是充填前頂?shù)装逡平亢统涮钋方禹斄科蟆Ａ硗?，由于要原因是充填前頂?shù)装逡平亢统涮钋方禹斄科?。另外，由于太平煤礦選用的膏體充填膠結(jié)料質(zhì)量波動較大，造成充填料漿的太平煤礦選用的膏體充填膠結(jié)料質(zhì)量波動較大，造成充填料漿的泌水率變化也較大。當(dāng)充填料漿的泌水率較大時

28、，因充填料漿凝泌水率變化也較大。當(dāng)充填料漿的泌水率較大時，因充填料漿凝固時發(fā)生的體積收縮甚至可能成為影響地表下沉量的主要因素。固時發(fā)生的體積收縮甚至可能成為影響地表下沉量的主要因素。p 采后效果與評價采后效果與評價四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例 孫村礦生產(chǎn)能力140萬噸/年。第四紀(jì)沖積層厚度100m。礦井為低瓦斯礦井。孫村礦21101工作面也是該礦充填開采的第二個工作面。該面回采的是風(fēng)井煤柱，面長100m，傾斜條帶布置，回采工作面仰采角度平均約16，煤厚2.02.2m，煤層頂?shù)装寰鶠樯皫r。p 孫村煤礦似膏體充填開采孫村煤礦似膏體充填開采概況概況四、膏體充填開采方法四、

29、膏體充填開采方法工程實例工程實例p孫村煤礦似膏體充填開采似膏體組成及配比 似膏體由煤矸石粉碎物、火電廠粉煤灰、水泥、河砂、水和減水劑組成，由地面制備車間加工而成，在結(jié)構(gòu)方面類似于膏體的結(jié)構(gòu)流。充填時，通過鉆孔、管路自流輸入井下采煤工作面采空區(qū)。似膏體膠結(jié)充填除了具備膏體充填的高懸浮性、低脫水性、低管道摩擦等優(yōu)點外，還具有良好的流動性能，能滿足管道輸送自流充填的要求。 煤矸石粒徑小于5mm，235#水泥，水泥：粉煤灰：煤矸石的質(zhì)量比為1：4：15，質(zhì)量濃度在70%72%之間，減水劑添加量為水泥與粉煤灰質(zhì)量之和的1.0%1.5%。充填物的強度和凝固時間可根據(jù)要求調(diào)整。孫村礦設(shè)計的充填物一般3小時初

30、凝，8小時終凝后強度可達(dá)12MPa，1個月后強度達(dá)3MPa。四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例p孫村煤礦似膏體充填開采似膏體組成及配比似膏體充填骨料實物四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例p孫村煤礦似膏體充填開采充填系統(tǒng) 地面設(shè)充填物制備站。充填物骨料為破碎后的矸石，膠凝材料為普通硅酸鹽水泥，管道輸送性能改良劑為粉煤灰和減水劑。將充填物破碎、篩分之后，再按比例與水泥、粉煤灰、減水劑、水混合，形成高濃度漿體，經(jīng)鉆孔依靠自重送到井下。充填管路輸送距離按以下原則確定，輸送垂直高度與輸送水平距離約為1：6的關(guān)系。充填物輸送鉆孔設(shè)兩個，一用一備。 似膏體制備車間

31、占地面積較大，可建在矸石山附近，其主要功能是將水泥（凝結(jié)材料）、粉煤灰、破碎煤矸石、減水劑混合加水，制成合格的似膏體充填料漿。制備站包括儲存水泥（凝結(jié)材料）、粉煤灰、煤矸石、減水劑和水的設(shè)施，以及保證按配比和濃度給料、給水的計量與輸送設(shè)備、攪拌設(shè)備等，還要有檢查漿體質(zhì)量及數(shù)量的儀表。四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例p孫村煤礦似膏體充填開采充填工藝流程四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例 21101工作面為高檔普采工作面，工作面裝備為單滾筒采煤機，配SGW40T刮板運輸機，單體液壓支柱配合鉸接頂梁支護(hù)。 回采工作面采用Z形通風(fēng)布置，即先掘一條機巷，風(fēng)巷

32、采用采空區(qū)留巷，同時作為下一個工作面的機巷使用，從-210m水平進(jìn)風(fēng)、運煤，-400m水平回風(fēng)、進(jìn)料。 工作面布置p孫村煤礦似膏體充填開采充填工藝流程四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例 充填材料在制備站制成后，由充填管路通過地面充填鉆孔向正在生產(chǎn)的工作面采空區(qū)輸送。具體流程：從地面至采區(qū)總回風(fēng)巷打直徑121mm的充填鉆孔，鉆孔內(nèi)下套管；井下按充填路線和充填坡度連接管路；充填管路直徑為108mm，鋼管內(nèi)襯耐磨材料；管路上設(shè)三通閥，另設(shè)一套水管，以備管路堵塞時能通過三通閥用高壓水處理。 采用“兩采一充，見五回一”的開采方式，充填步距1.62.4m。工作面月產(chǎn)約1.5萬噸。充填

33、時回采工作面鋪設(shè)3充填管，安設(shè)五個充填閥從風(fēng)巷向機巷方向依次充填。充填漿體的密度為1.3 t/m3，充填能力為100120 m3/h。工作面充填工藝p孫村煤礦似膏體充填開采充填效果四、膏體充填開采方法四、膏體充填開采方法工程實例工程實例 孫村煤礦似膏體充填開采總投資約22002300萬元，據(jù)礦方介紹充填成本約5060元/噸?；夭珊蠼?jīng)地面實測，地表下沉10 mm。孫村礦實施似膏體矸石充填技術(shù)不僅使回采率達(dá)到95%以上，解放該礦垂深600 m以上的煤柱近1000萬噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益。 目前該項技術(shù)已在孫村煤礦和淮南礦區(qū)的潘三煤礦推廣應(yīng)用。五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填

34、開采1.1.矸石直接充填開采方法分類矸石直接充填開采方法分類2.2.普通機械化矸石充填系統(tǒng)與工藝普通機械化矸石充填系統(tǒng)與工藝3.3.綜合機械化矸石充填系統(tǒng)與工藝綜合機械化矸石充填系統(tǒng)與工藝4.4.工程實例工程實例1、矸石直接充填開采方法分類按充填動力矸石直接充填矸石直接充填人工充填風(fēng)力充填五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采自溜充填機械充填普通機械化綜合機械化很少采用急傾斜煤層適用范圍小五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采2、普通機械化矸石充填充填系統(tǒng)矸 石井下矸石車場矸石倉上(下)山工作面回風(fēng)巷采空區(qū)礦車翻車機破碎機膠帶機刮板機可伸縮膠帶機拋矸機普通機械化矸石充填高速動力拋矸機普通機

35、械化矸石充填高速動力拋矸機普采與充填支護(hù)系統(tǒng)普采與充填支護(hù)系統(tǒng)充填充填系統(tǒng)系統(tǒng)充充填填面面開開采采面面五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采2、普通機械化矸石充填充填工藝普采與充填工作面布置普采與充填工作面布置五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采2、普通機械化矸石充填評價與應(yīng)用 新汶礦業(yè)集團(tuán)泉溝煤礦于2006年最早開始試驗和使用這種充填采煤法。該法利用井下矸石充填采空區(qū)，充填系統(tǒng)簡單，機械化程序高，裝備投資少，充填效果好，保護(hù)地面建筑物非常有效，但需要較多的矸石，充填地點較遠(yuǎn)時運送矸石的距離長。 該充填法多用于薄及中厚煤層普采或炮采工作面回收井筒煤

36、柱、工業(yè)場地煤柱，煤層有一定傾角有利于充填密實。如果用于村莊下開采時，則需要較多的矸石儲備。五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采3、綜合機械化矸石充填充填系統(tǒng)之投料井地面充填控制室粉煤灰管投料室緩沖器儲料倉充填輸送機充填料運輸主巷矸石管地面五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采3、綜合機械化矸石充填充填系統(tǒng)之輸送機工作面工作面 采空區(qū)采空區(qū) 傳統(tǒng)綜采液壓支架傳統(tǒng)綜采液壓支架掩護(hù)斜梁掩護(hù)斜梁 工作面工作面 采空區(qū)采空區(qū) 綜采矸石充填液壓支架綜采矸石充填液壓支架水平短梁水平短梁五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采3、綜合機械化矸石充填充填系統(tǒng)之充填支架五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填

37、開采3、綜合機械化矸石充填充填系統(tǒng)之充填支架前部采煤前部采煤后部充填后部充填五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采3、綜合機械化矸石充填充填工藝 采煤機進(jìn)刀后，從輸送機機頭或機尾開始移架，并推移工作面前方的刮板輸送機。順直支架后懸掛充填刮板輸送機，先開動充填刮板輸送機，再啟動軌道平巷及以外的其余矸石充填系統(tǒng)。刮板機上鏈運輸矸石充填，下鏈推平矸石。每次打開兩個溜矸孔，自下而上地進(jìn)行充填。采空區(qū)充填完畢后，隨工作面采煤機割煤及支架推移進(jìn)入下一個循環(huán)。 充填是在支架掩護(hù)之下進(jìn)行，可保證充填設(shè)備的安全，同時設(shè)備的維修是在整體前移支架達(dá)到維護(hù)空間時進(jìn)行，充填過程

38、無需人員進(jìn)入充填區(qū)。五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采3、綜合機械化矸石充填適用條件 采該充填系統(tǒng)相對簡單，機械化程度高，充填效果較好，需要的矸石量大，充填地點遠(yuǎn)時輸送矸石的距離大。 可應(yīng)用在適于綜采開采塊段，且地面有需要保護(hù)的建筑物、構(gòu)筑物或為村莊的條件下。其裝備和工藝仍需要進(jìn)一步研究和試驗，能否推廣取決于地面安全、煤價、產(chǎn)量、搬遷成本及待采儲量緊缺程度間的綜合平衡。 翟鎮(zhèn)礦年產(chǎn)原煤翟鎮(zhèn)礦年產(chǎn)原煤200萬噸左右，全礦共四個綜采工作面；地面標(biāo)萬噸左右，全礦共四個綜采工作面；地面標(biāo)高約高約+180m，井下開采水平，井下開采水平-430m。7403工作面采用走向長壁后退式工作面采用走向長壁后

39、退式采煤、采空區(qū)矸石充填法。工作面走向長采煤、采空區(qū)矸石充填法。工作面走向長802875 m，傾斜長，傾斜長75 m。埋深埋深600800 m。煤層采厚。煤層采厚1.8 m。直接頂灰白色細(xì)砂巖，夾黑色線。直接頂灰白色細(xì)砂巖，夾黑色線理條帶，較完整，理條帶，較完整，2類；基本頂為灰黑色粉砂巖，類；基本頂為灰黑色粉砂巖，I級。工作面頂板級。工作面頂板條件較好。地表建筑物為鎮(zhèn)政府、醫(yī)院、學(xué)校。條件較好。地表建筑物為鎮(zhèn)政府、醫(yī)院、學(xué)校。 p 翟鎮(zhèn)煤礦矸石充填開采翟鎮(zhèn)煤礦矸石充填開采 工作面矸石充填采用液壓支工作面矸石充填采用液壓支架后懸溜子運矸，矸石通過架后懸溜子運矸，矸石通過溜槽卸載孔，自上而下進(jìn)行

40、溜槽卸載孔，自上而下進(jìn)行采空區(qū)充填，充填過程中可采空區(qū)充填，充填過程中可采用卸矸溜槽之間增加普通采用卸矸溜槽之間增加普通溜槽的方式，調(diào)整卸矸溜槽溜槽的方式，調(diào)整卸矸溜槽底部孔距以保證充填效果。底部孔距以保證充填效果。如右圖。如右圖。p 矸石充填系統(tǒng)矸石充填系統(tǒng)工作面矸石充填系統(tǒng)工作面矸石充填系統(tǒng)五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采工程實例工程實例矸石充填液壓支架矸石充填液壓支架 自壓式矸石充填機充填工藝自壓式矸石充填機充填工藝充填支架如右圖所示。矸石充填支架如右圖所示。矸石自軌道運輸平巷膠帶輸送機自軌道運輸平巷膠帶輸送機進(jìn)入自壓式矸石充填機，當(dāng)進(jìn)入自壓式矸石充填機，當(dāng)運至自壓式矸石充填機漏

41、矸運至自壓式矸石充填機漏矸孔時，漏矸孔下方的矸石不孔時，漏矸孔下方的矸石不斷堆積，當(dāng)充填的矸石高度斷堆積，當(dāng)充填的矸石高度堆積至自壓式矸石充填機中堆積至自壓式矸石充填機中部槽的底部時，自壓式矸石部槽的底部時，自壓式矸石充填機下方的鏈條帶動矸石充填機下方的鏈條帶動矸石向其運動方向沒有充填矸石向其運動方向沒有充填矸石的空間一側(cè)運動，從而不斷的空間一側(cè)運動，從而不斷地將自壓式矸石充填機下方地將自壓式矸石充填機下方距漏矸孔一定范圍內(nèi)的采空距漏矸孔一定范圍內(nèi)的采空區(qū)充滿。充填工藝見右圖。區(qū)充滿。充填工藝見右圖。五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采工程實例工程實例 新汶翟鎮(zhèn)礦村鎮(zhèn)下綜采矸石直接充填地表

42、移動預(yù)計與實測新汶翟鎮(zhèn)礦村鎮(zhèn)下綜采矸石直接充填地表移動預(yù)計與實測l 平均采深平均采深500ml 實際采高實際采高2.1ml 等價采高等價采高0.6ml 采出率采出率85%綜采矸石充填地表下沉曲線對比圖綜采矸石充填地表下沉曲線對比圖 比較項目比較項目全高開采預(yù)計全高開采預(yù)計綜采充填預(yù)計綜采充填預(yù)計綜采充填實測綜采充填實測 最大下沉量最大下沉量/mm1580420380 最大水平變形最大水平變形mm/m3.20.80.5 建筑物破壞等級建筑物破壞等級p 采后效果評價采后效果評價五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采工程實例工程實例 邢臺礦年產(chǎn)邢臺礦年產(chǎn)195萬萬t，2008年礦井剩余可采儲量年礦

43、井剩余可采儲量2328萬萬t，建筑物，建筑物下壓煤下壓煤5823萬萬t。為了解決建筑物下壓煤開采問題，該礦與中國礦大、。為了解決建筑物下壓煤開采問題，該礦與中國礦大、鄭州四維等有關(guān)廠家合作，研發(fā)了鄭州四維等有關(guān)廠家合作，研發(fā)了“建筑物下綜合機械化充填采煤建筑物下綜合機械化充填采煤技術(shù)技術(shù)”。p 邢臺礦綜采面矸石充填邢臺礦綜采面矸石充填 邢臺礦邢臺礦350m350m深度的投料井施工現(xiàn)場深度的投料井施工現(xiàn)場 該技術(shù)將選煤廠的矸石破該技術(shù)將選煤廠的矸石破碎和矸石電廠的粉煤灰混合后，碎和矸石電廠的粉煤灰混合后，通過投料鉆孔（如右圖）投放通過投料鉆孔（如右圖）投放到井下，再用膠帶輸送機將其到井下，再用膠

44、帶輸送機將其運至工作面充填采空區(qū)，通過運至工作面充填采空區(qū)，通過研制的矸石與粉煤灰自夯式充研制的矸石與粉煤灰自夯式充填開采液壓支架、充填刮板輸填開采液壓支架、充填刮板輸送機等配套設(shè)備實現(xiàn)矸石與粉送機等配套設(shè)備實現(xiàn)矸石與粉煤灰的采空區(qū)充填。煤灰的采空區(qū)充填。五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采工程實例工程實例p 充填工藝與參數(shù)充填工藝與參數(shù)投料鉆孔直徑投料鉆孔直徑460mm460mm，粉煤灰用散裝車從電廠拉到充填場，注，粉煤灰用散裝車從電廠拉到充填場，注入兩個儲量均為入兩個儲量均為60m60m3 3的粉煤灰倉，通過螺旋給料機到的粉煤灰倉，通過螺旋給料機到460mm460mm的的投料鉆孔，與矸

45、石同時通過鉆孔下井。通過在投料鉆孔，與矸石同時通過鉆孔下井。通過在-210m-210m水平的緩沖水平的緩沖器緩沖，進(jìn)入到下部的儲料碴倉，碴倉下口安裝給煤機。通過器緩沖，進(jìn)入到下部的儲料碴倉，碴倉下口安裝給煤機。通過四部皮帶拉到工作面機尾，對回采后空間進(jìn)行充填。洗矸與粉四部皮帶拉到工作面機尾，對回采后空間進(jìn)行充填。洗矸與粉煤灰按煤灰按1010：3 3的配比，為便于夯實，充填物含水率約的配比，為便于夯實，充填物含水率約15%15%左右。左右。來壓期間工作面片幫比較嚴(yán)重，支架動載系數(shù)最大達(dá)來壓期間工作面片幫比較嚴(yán)重，支架動載系數(shù)最大達(dá)1.81.8。充填液壓支架由鄭州四維廠設(shè)計制造，采用充填液壓支架由

46、鄭州四維廠設(shè)計制造，采用ZZC4800/16/32ZZC4800/16/32四四立柱正四連桿結(jié)構(gòu)，用支架的尾梁支護(hù)充填區(qū)的頂板，并在尾立柱正四連桿結(jié)構(gòu)，用支架的尾梁支護(hù)充填區(qū)的頂板，并在尾梁下懸吊充填運輸機，運輸機采用梁下懸吊充填運輸機，運輸機采用SGB630/150CSGB630/150C型改造而成，每型改造而成，每隔一塊溜槽在中板上開一個隔一塊溜槽在中板上開一個400400* *500mm500mm的放料口，用千進(jìn)斤頂控的放料口，用千進(jìn)斤頂控制放料的位置和順序。制放料的位置和順序。五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采工程實例工程實例p 工作面開采情況工作面開采情況首試采面選擇在工業(yè)廣場

47、內(nèi)的首試采面選擇在工業(yè)廣場內(nèi)的76067606工作面，工作面走向工作面，工作面走向長長460m460m，傾斜長，傾斜長50m50m，為傾斜條帶仰采布置，仰采角度，為傾斜條帶仰采布置，仰采角度5 58 8，煤層全厚，煤層全厚6.5m6.5m，采用分層開采，一分層綜采充填工作，采用分層開采，一分層綜采充填工作面采高面采高3.2m3.2m。該面采用四六制作業(yè)方式，三采一準(zhǔn)，回采。該面采用四六制作業(yè)方式，三采一準(zhǔn)，回采與充填同步進(jìn)行，生產(chǎn)期間最高日產(chǎn)與充填同步進(jìn)行，生產(chǎn)期間最高日產(chǎn)15261526噸，最高月產(chǎn)噸，最高月產(chǎn)3.263.26萬萬t t。該面共采出原煤該面共采出原煤11.5411.54萬萬t

48、 t，充填矸石和粉煤灰，充填矸石和粉煤灰12.6012.60萬萬t t，考慮到工作面兩巷的充填，實際充實率達(dá)考慮到工作面兩巷的充填，實際充實率達(dá)98%98%（據(jù)了解（據(jù)了解, ,設(shè)設(shè)計充填率為計充填率為939395%,95%,實際考核充填率為實際考核充填率為888890%90%）。通過對）。通過對充填設(shè)備的折舊計算和人工費用計算，比正常的開采成本充填設(shè)備的折舊計算和人工費用計算，比正常的開采成本增加增加50505555元元/ /噸。噸。 五、矸石直接充填開采五、矸石直接充填開采工程實例工程實例六、高水材料充填開采六、高水材料充填開采1.1.充填材料制備充填材料制備2.2.充填系統(tǒng)與工藝充填系統(tǒng)

49、與工藝3.3.工程實例工程實例六、高水材料充填開采六、高水材料充填開采1、充填材料制備p高水速凝固結(jié)材料（簡稱高水材料）是一種膠凝材料，主要包括高鋁水泥、石灰、石膏、速凝劑、解凝劑、懸浮劑等組分，一般加入尾砂作為填料。高水材料具有固水能力強、單漿懸浮性和流動性強、凝固速度快、強度增長速度快等特點，可以將高比例的水迅速凝固成具有一定承載能力的固體，在需要快速固結(jié)的情況下具有優(yōu)勢。高水材料調(diào)配的漿液，能在很大水固比(體積含水率為85%90%)條件下，在530min內(nèi)凝固、硬化，最終變成一種較堅固的高含水固體。甲料甲料特種水泥懸浮劑緩凝劑乙料乙料石膏懸浮劑緩凝劑石灰高高水水材材料料甲: 乙=1：1六

50、、高水材料充填開采六、高水材料充填開采1、充填材料制備05101520253035初凝時間(min)1.71.81.922.252.53水灰比(W/C)新型高水材料原高水材料新型高水材料微觀結(jié)構(gòu) 初凝時間及水灰比關(guān)系柱狀圖甲甲乙乙352478 91016充填硐室充填作業(yè)地點1液壓泵站2充填體3甲料攪拌桶4乙料攪拌桶5過濾池6快速接頭7輸漿泵8高壓膠管9混合器10充填袋六、高水材料充填開采六、高水材料充填開采2、充填系統(tǒng)與工藝充填系統(tǒng)圖六、高水材料充填開采六、高水材料充填開采2、充填系統(tǒng)與工藝料場上料機灰渣攪拌機膠結(jié)料噴漿機配水環(huán)充填空間壓 風(fēng)流量計水風(fēng)力泵送系統(tǒng) 六、高水材料充填開采六、高水材

51、料充填開采2、充填系統(tǒng)與工藝水力泵送系統(tǒng) 料場灰渣主料配料攪拌桶攪拌桶雙液充填泵攪拌桶主料漿液配料漿液充填空間p充填前，先拆除上一班的充填框架及充填體周圍的臨時支護(hù)，清理本班充填地點的浮煤，直至硬底、支設(shè)臨時支護(hù)、安裝充填框架，掛好充填袋，在懸掛時將上面四個角和下面四個角掛緊掛牢，同時防止撕破充填袋。檢查混合器是否完好，完成準(zhǔn)備工作后，通知泵站準(zhǔn)備泵送。在泵送開始時，先將兩管路中的清水放凈，待尾端出現(xiàn)漿液時，將管子插入充填袋的混合器進(jìn)行充填。p充填時，甲、乙兩種充填料在充填硐室分別加水?dāng)嚢瓒傻臐{液，通過混合器混合后在充填袋內(nèi)凝固而成的具有一定承載能力的固體，即為巷旁充填體。這個過程即為簡單的巷旁充填工藝過程。當(dāng)然，在實際充填過程中，還要同時進(jìn)行充填空間的支護(hù)，充填袋的布設(shè)等許多具體環(huán)節(jié)。 六、高水材料充填開采六、高水材料充填開采2、充填系統(tǒng)與工藝水甲桶乙桶甲料乙料甲泵乙泵混合器甲料漿液乙料漿液充填袋充填框架六、高水材