膏体充填开采项目简介.doc

淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿建筑物下矸石膏体充填开采项目简介淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿九月二十一日前言2023年以来，岱庄煤矿面对资源严重匮乏的局面，牢固树立“资源有限，创新无限”的理念，立足矿井实际，转变生产方式，创新开采工艺，大力实行矸石膏体充填绿色开采技术，成功地实现了村庄条带煤柱的二次回采，为延长矿井服务年限提供了资源保障，为公司稳定、连续发展积蓄了后劲。一、项目背景岱庄煤矿是淄矿集团在济（宁）北矿区建设的第二对现代化大型矿井，地处济宁市城北城乡结合部，矿井开采范围内地面分布有3个镇78个自然村，1.3万多户，5万多人口，村庄压煤量高达80%。自矿井移交生产管理以来，村庄压煤一直采用传统的条带开采技术，资源回收率局限性47%；随着济宁市城区建设的加速及村庄的扩展，矿井压煤量与日俱增，可采储量锐减，资源面临枯竭。截至目前，岱庄煤矿已形成条带煤柱53个，遗留条带煤柱呆滞储量累计达成900万t。同时，通过矿井十数年的开采，地面形成了一座近120万m³的矸石山，矸石的堆放不仅占用土地，并且对周边环境会导致不同限度的影响。为此，岱庄煤矿提出了“建筑物下矸石膏体充填置换开采”研究课题，与中国矿业大学（徐州）和徐州中矿大贝克福尔科技有限公司合作，进行了建筑物下矸石膏体充填开采技术研究。二、矸石膏体充填开采技术应用情况岱庄煤矿矸石膏体充填开采项目于2023年1月由中国矿业大学、徐州中矿大贝克福尔科技有限公司和岱庄煤矿完毕了项目可行性研究报告和初步设计。经专家论证后组织实行。项目总投资概算为9551.0万元，截止目前，实际完毕投资10625万元。（一）充填原理项目重要是建立一套以煤矸石、电厂粉煤灰为重要集料的膏体充填系统，在遗留条带煤柱回采工作面面后，将煤矸石、粉煤灰、胶结料等固体废物制作成浆体，从地面通过充填泵经钻孔和管路充填到回采工作面面后采空区，凝固后形成以矸石膏体充填体为主的覆岩支撑体系，使地表变形始终保持在建（构）筑物安全的允许范围内，解决地表下沉问题，实现不迁村回收村庄条带煤柱的目的。（二）充填材料矸石膏体充填使用的材料是破碎煤矸石、电厂粉煤灰、胶结料（如水泥）和矿井水等。（三）充填系统矸石膏体充填系统重要由矸石破碎仓储系统、膏体搅拌制备系统、膏体泵送系统、工作面采煤及隔离充填系统四个子系统组成。（四）充填设备及设施1.矸石破碎仓储系统：重要由前装机、板式给料机、鄂式破碎机、矸石分级筛、手选皮带、高细破碎机、振动除杂筛、袋式除尘器、除铁器、胶带输送机、刮板输送机和矸石成品料仓等设备及设施构成。2.膏体搅拌制备系统：重要由间隙式强制双卧轴混凝土搅拌机、倾斜皮带输送机、煤矸石仓、胶结料仓、粉煤灰仓、胶结料螺旋给料机、粉煤灰螺旋给料机、供水泵、称量斗和收尘袋等设备及设施构成。3.膏体泵送系统：重要由充填泵、料浆缓冲斗、充填管及其配件、管道压气清洗组件和沉淀池等设备及设施构成。4.工作面采煤及隔离充填系统：重要由充填液压支架、采煤机、刮板输送机、胶带输送机和辅助隔离设施构成。地面充填工艺系统的监测与控制实现了无人值守自动化控制，重要设备有控制柜、动力柜、计算机（工艺流程控制程序和设备工作控制程序）、传感器和摄像头构成。图1地面自动化控制系统硬件结构图（五）充填工艺流程充填工艺流程是一个先将矸石破碎加工，然后把矸石、电厂粉煤灰、胶结料和矿井水等物料按比例混合搅拌制成膏体浆液，再通过充填泵把膏体浆液输送到井下充填工作面，充填由液压充填支架和辅助隔离措施形成的封闭采空区空间的过程（充填工艺的流程如图2所示），整个过程分为矸石破碎、配比搅拌、管道泵送和充填体构筑等四个基本环节。图2岱庄煤矿矸石膏体充填工艺流程网络图图3岱庄煤矿矸石膏体充填工艺流程系统图（六）生产效率及开采成本1.生产效率2023年1月，第一个膏体充填工作面进行工业性充填实验。截止到2023年8月31日，已安全充填回采村庄条带煤柱167.8m，累计充填膏体4.9万m³，置换出原煤6.6万t，消耗矸石1.8万m³。通过近半年的摸索实验，现已达成纯熟阶段；自下半年开始，在膏体充填队编制仅72人的情况下，月单产已达成1.5万t以上。三、充填效果分析在矸石膏体充填开采过程中，工作面面后采空区充填接顶率达成了95%以上，面后充填区顶底板最大移近量仅为11mm，工作面及超前段均无矿压显现，地表岩移观测站采集数据变化很小，地面建筑物损害甚微，达成了预期保护效果。四、关键技术与创新点（一）为保证膏体泵送性能的可靠性，我们先后进行了200多次配比实验，优化改善了骨料粒度、材料配比参数，使膏体料浆质量浓度达成70%以上，泌水率控制在3%以内，料浆基本不沉淀、不泌水、不离析，稳定性强，可泵送性能好，充填密实限度高，充填体压缩率低，安全有保证。（二）自主研制应用了国内第一套机械隔离充填支架