如何進(jìn)行煤炭資源綠色開采第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日提綱：現(xiàn)狀、目的意義膏體充填膏體充填不遷村采煤技術(shù)發(fā)展方向

膏體充填不遷村采煤技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日1現(xiàn)狀、目的意義1.1現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害

普遍采用頂板全部垮落法

巖層移動(dòng)、地表沉陷、農(nóng)田、建筑設(shè)施損壞全國因煤炭開采引起塌陷地43萬公頃全國平均每采萬t煤塌陷土地0.2公頃每年新增塌陷地約2萬公頃

兗州：土地賠償費(fèi)6000多萬元/年，近10年付出20多億元。

第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日

全國建筑物、水體、鐵路下（三下）壓煤100億t

其中:(1)兗州:村莊172個(gè),壓煤5.2億t,占可采儲(chǔ)量41.2%.(2)新汶:村莊壓煤2.5億t,占總儲(chǔ)量64%.(3)徐州:村莊等建下壓煤5.0億t,占可采儲(chǔ)量63.7%.(4)峰峰:村莊73個(gè),壓煤1.0億t.(5)許廠:首采區(qū)建下等壓煤面積達(dá)68.7%.

1現(xiàn)狀、目的意義1.1現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,壓煤無法開采，礦井面臨過早報(bào)廢

（根據(jù)兗州礦業(yè)集團(tuán)“5356”工程規(guī)劃）礦井南屯興隆莊鮑店東灘濟(jì)二濟(jì)三設(shè)計(jì)(萬t/a)240300300400400500實(shí)際(萬t/a)3506006007006008001現(xiàn)狀、目的意義1.1現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日遷村解放壓煤，成本大幅增加

例1:

淄博許廠煤礦130南翼集中巷以東部分，長(zhǎng)1500m，寬1400m，涉及2個(gè)自然村490戶人家、8個(gè)企業(yè)、1座敬老院、一段1440m的327國道，如果搬遷，需要搬遷費(fèi)用1.59億元,噸煤成本增加19.96元/t.1現(xiàn)狀、目的意義1.1現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日1現(xiàn)狀、目的意義1.1現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害

巖層移動(dòng)破壞、地下水大量流失平均噸煤水代價(jià)2t，華北地區(qū)10t

嚴(yán)重時(shí)土地沙漠化

矸石堆積、占用良田、環(huán)境污染現(xiàn)已積存矸石30億t，每年增加1.5~2.0億t

全國1500座矸石山中140座在自燃，對(duì)大氣、土地環(huán)境嚴(yán)重污染。第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日1現(xiàn)狀、目的意義1.2國際水平

（1）水力和風(fēng)力充填采空區(qū)

國家：波蘭、德國、前蘇聯(lián)等材料：河砂、煤矸石、粉煤灰地表沉陷系數(shù)q=0.1~0.2

（2）離層注漿

國家：波蘭減沉效果：比不注漿減少20~30%。第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日

（3）房柱法開采

國家：美國、澳大利亞等煤炭采出率50~60%地表沉陷系數(shù)q=0.35~0.68

（4）條帶開采+水砂充填采空區(qū)地區(qū)：波蘭托維茲、貝托姆等城市下煤炭采出率45.8~60%地表沉陷系數(shù)q=0.009~0.0361現(xiàn)狀、目的意義1.2國際水平第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日

（5）膏體充填采空區(qū)

國家：德國、美國、加拿大、南非等用途：金屬礦山充填煤礦處理采空區(qū)開始試驗(yàn)

1現(xiàn)狀、目的意義1.2國際水平第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日

（1）條帶開采

我國煤礦冒落條帶開采的寬度一般為1/51/10采深,地表沉陷系數(shù)q=0.10.2,能夠滿足不遷村采煤要求.

但是,條帶開采的采出率低，只有4060%，煤層越厚，采深越大，采出率越低.1現(xiàn)狀、目的意義1.3國內(nèi)水平第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日

（2）水砂充填

撫順勝利礦利用廢油母頁巖、河砂充填，地表沉陷系數(shù)q=0.013.

新汶等礦區(qū)水砂充填，地表沉陷系數(shù)

q=0.13~0.17.

能實(shí)現(xiàn)不遷村采煤，但是系統(tǒng)復(fù)雜、采煤工藝落后、效率低、成本高，沒能推廣。1現(xiàn)狀、目的意義1.3國內(nèi)水平第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日

（3）離層區(qū)注漿

減沉明顯，但不能滿足不遷村要求。國內(nèi)部分礦井離層區(qū)注漿情況

礦井采深(m)采厚(m)開采方法注采比(%)減沉率(%)老虎臺(tái)60225.7條帶47.265.2徐莊5292.6長(zhǎng)壁47.130~70東灘5455.4綜放38.042~80華豐8302.2長(zhǎng)壁67.9541現(xiàn)狀、目的意義1.3國內(nèi)水平第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日1現(xiàn)狀、目的意義1.4技術(shù)發(fā)展方向

（1）技術(shù)途徑：綠色開采（2）方法：采空區(qū)局部（條帶）充填材料：以煤矸石、粉煤灰為主的膏體、似膏體材料（3）目標(biāo)：關(guān)鍵層不破斷、巖層不沉降，地下水不

流失，地表不破壞，建筑物不搬遷，取消矸石山。第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日2膏體充填

2.1膏體充填的基本概念

膏體充填：

將物料配制成

不淅水的、

牙膏狀漿體，在重力或泵壓作用下充填采空區(qū)的方法。第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日

固體廢棄物膏體材料充填不遷村采煤

（膏體充填不遷村采煤）利用煤矸石、粉煤灰、洗選煤泥或城鎮(zhèn)固體垃圾等制作成

不淅水的、牙膏狀漿體，在重力或泵壓作用下對(duì)工作面支架后方的采空區(qū)進(jìn)行充填而形成必要的人工支撐體系，把采煤引起的地表移動(dòng)控制在建筑物允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不遷村采煤的方法。第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.2膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）

之：濃度高，一般重量濃度>75%；

加拿大礦產(chǎn)與能源科學(xué)技術(shù)中心：水砂充填料重量濃度~65%

高濃度充填料66~75%

膏體充填料76~84%

第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.2膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）礦名材料組成濃度%強(qiáng)度MPa格隆德(德)重介細(xì)砂,浮選尾砂85~881.5~2.0多姆金(加)全尾砂77~820.43西德里方金(南非)全尾砂78國際鎳公司(加)天然砂,全尾砂81~861.63阿奇塞(俄)全尾砂80~83金川(中)分級(jí)尾砂,粉煤灰,棒磨砂78~80+水泥77~79>4.0銅錄山(中)全尾砂,爐渣87全尾砂,爐渣,水泥84>3.0第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.2膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）

之:流動(dòng)狀態(tài)為柱塞結(jié)構(gòu)流；

膏體充填漿液流速分布水砂充填漿液流速分布第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.2膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）之:

料漿不沉淀、不泌水、不離析；

隔離要求低;

不需要過濾排水設(shè)施,系統(tǒng)簡(jiǎn)單；避免或減少了水對(duì)工作面的影響；靜置后再啟動(dòng)容易;基本無泌水收縮,充填密實(shí)程度高.第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.2膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）之:無臨界流速，最大顆粒料粒徑達(dá)到

25~35mm,流速小于1m/s仍然能夠正常輸送；

破碎加工即可,可降低材料加工費(fèi);

可低速輸送,減少管道磨損.

水砂充填要在臨界速度以上才能正常泵送,在有25~35mm粒徑骨料時(shí),輸送速度需要達(dá)到3~4m/s.

第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.2膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）之:相同膠結(jié)料用量下強(qiáng)度較高；

可降低價(jià)格較貴的膠結(jié)料用量,降低材料成本;之:泵送性能對(duì)濃度變換比較敏感,充填工藝控制要求高.

比較理想的膏體充填系統(tǒng),濃度變化應(yīng)<±0.5%.第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.3膏體充填技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況（在金屬礦山）1979，德國（格倫德金屬礦）1985，南非（庫克3號(hào)金礦）1887，英國（費(fèi)爾克拉夫）1988，美國（幸運(yùn)星期五銅礦）1989，中國（金川鎳礦）、奧地利（布萊堡礦）1992，摩洛哥（哈佳銅礦）1993，俄羅斯（諾雷爾斯克鎳礦）1994，中國（銅錄山銅礦）、加拿大（INCO公司）1995，澳大利亞（坎寧頓礦）1996，葡萄牙（尼維斯-科夫銅礦）第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.3膏體充填技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況（在煤礦）1988，德國摩納泊爾煤礦：長(zhǎng)壁面，采深1000m，充填泵流量100m3/h，泵壓6MPa.1990，德國沃爾薩姆煤礦：長(zhǎng)壁面，采深900m，煤層1.5m，泵流量100m3/h，泵壓12MPa，1990，德國帕斯科夫煤礦：長(zhǎng)壁面，采深1000m，泵流量60m3/h，泵壓6MPa.

現(xiàn)有煤礦膏體充填主要目的是固體廢棄物處理；大采深，薄煤層；工作面后方直接頂垮落后非膠結(jié)充填；減沉效果不夠好，下沉系數(shù)q=0.3~0.4。第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.3膏體充填技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況（在煤礦）全世界膏體充填控制煤礦開采地表沉陷的工作還開展不多,對(duì)于我國兗州等礦區(qū)4~8m厚煤層使用膏體充填實(shí)現(xiàn)不遷村采煤更無先例,

所以,在我國針對(duì)華東地區(qū)兗州等礦區(qū)條件,開展膏體充填不遷村采煤研究與開發(fā)是開創(chuàng)性的工作.第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日3膏體充填不遷村采煤技術(shù)發(fā)展方向發(fā)展模式:

短壁間隔條帶膏體充填

最近完成了“許廠煤礦膏體充填不遷村采煤與提高開采上限的技術(shù)與裝備”可行性研究.

長(zhǎng)壁膏體部分充填第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日3膏體充填不遷村采煤技術(shù)發(fā)展方向巖層控制理論:

關(guān)鍵層理論：控制地表移動(dòng)，首先要控制關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

三維強(qiáng)度理論：

利用上述理論優(yōu)化條帶布置，科學(xué)確定充填材料力學(xué)性能要求,合理減少充填量，降低充填成本，提高采出率。第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日短壁間隔條帶膏體充填布置B

開采寬度與充填寬度；b

煤柱寬度；H

采深第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日許廠煤礦膏體充填試驗(yàn)點(diǎn)及其巷道布置第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日長(zhǎng)璧條帶膏體充填布置平面示意圖第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日長(zhǎng)璧條帶膏體充填布置剖面示意圖第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日典型煤礦膏體充填材料制備方法

第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日典型煤礦膏體充填泵送系統(tǒng)第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日典型煤礦短壁間隔條帶膏體充填工作面技術(shù)指標(biāo)年產(chǎn)煤60萬t/a;

系統(tǒng)充填能力150m3/h;年充填量33.5萬m3/a;年處理:煤矸石30萬t/a;

粉煤灰20萬t/a.第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日4.1膏體充填控制地表沉陷效果

——

計(jì)算方案NO方案名稱采高(m)采出率(%)采深(m)基巖厚(m)主關(guān)鍵層一條采44026470有二間隔充填48026470有三條采44023238有四間隔充填48023238有五間隔充填48017015無六全部充填48017015無第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日4.1膏體充填控制地表沉陷效果

——地表下沉變形最大值模擬計(jì)算結(jié)果模擬方案一二三四五六下沉量(mm)252291273305915108水平變形(mm/m)0.540.630.600.660.830.17傾斜變形(mm/m)1.61.81.92.112.20.5對(duì)地表建筑的損害<I級(jí)<I級(jí)<I級(jí)<I級(jí)傾斜III級(jí)<I級(jí)第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日方案一與方案二地表下沉比較第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日方案一與方案二地表水平變形比較第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日方案一與方案二地表曲率比較第三十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日方案五與方案六地表下沉比較第四十頁，共四十五頁，2022年，8月28日方