矸石充填开采技术在煤矿应用与技术研究

本文通过对现阶段的矸石充填开采技术进行研究,对常用的井下煤矸分离方法的关键装备、系统及技术原理进行分析,提出井下煤矸分离和综合机械化固体充填采煤技术的基本原理。通过采用井下煤矸分离和矸石充填开采技术,实现了矿井矸石不升井、"三下"压煤绿色开采及有效控制地表沉陷的目的。     

“采选抽充采”集成型煤与瓦斯绿色共采技术研究

在总结综合机械化固体充填采煤技术研究进展的基础上,提出实施"采选抽充采"集成型煤与瓦斯绿色共采的现实需求与意义,并着重阐述了高瓦斯低渗透煤层开采技术、井下煤矸分选技术、混采工作面开采技术,提出了"采选抽充采"共采技术的基本原理。结合平煤十二矿存在的埋深超千米辅助提升困难、主采煤层瓦斯含量高与渗透率低、上覆煤岩体不具备常规保护层开采条件以及依靠开采"建筑物下"压煤保障矿井产量的开采条件,介绍了该矿"近全岩保护层开采→煤矸井下分选→瓦斯卸压抽采→充填与综采混合开采"的集成型共采技术的主要系统设计及工程应用效果。研究表明:"采选抽充采"集成型煤与瓦斯共采技术实现了高瓦斯低渗透煤层安全高效开采以及矸石直接井下回填,拓展了保护层与充填开采技术,提高了矿井资源采出率,延长了矿井服务年限。     

井下机械化煤矸分选充填采煤技术分析与应用

为解决矿井极薄煤层保护层开采过程中原煤含矸率高、矸石运输压力大、矸石堆积和地表沉陷等难题,在工程实践的基础上研究了井下煤矸分选系统与充填采煤系统的运行机理,分析得到了制约充填效果的关键因素及其控制措施,并系统阐述了井下采掘、煤矸分选和充填开采一体化技术的系统布置及其特点。工程实践结果表明,经井下洗选得到的精煤与矸石分别进入煤仓和充填采煤系统,原煤灰分由70%降至25%,极薄煤层单一回采工作面每年多回收煤炭资源3万t、节约运费405万元,同时有效地控制了地表沉降和矸石堆积,经济、社会与环境效益显著。     

固体充填采煤矸石下井系统设计研究

为了实现固体充填采煤运输系统中矸石从地面到井下的高效运输,设计了三种不同矸石运输方式,并以矸石垂直投放系统和矸石斜井运输系统设计为例,对矸石下井系统结构设计、矸石投放井关键参数计算等方面进行了详细论述,最后从源头减量的角度考量,探讨了井下煤矸分选联合布置设计方法。通过系统性的设计方法,建立了矸石下井系统多设计模式,为相似条件下固体充填采煤矸石下井系统设计提供了参考依据。     

矿井矸石零排放绿色开采技术探讨

基于井下煤矸分选技术、矸石充填技术,通过对井下煤矸的分选能力、充填能力与矿井生产能力匹配、矿井矸石产生量与井下充填空间平衡、井下矸石分选系统、充填系统与同矿井开拓开采巷道布置关系、垮落法开采与充填法协同开采、矿井产量保障程度等分析,探讨并提出了适用于不同生产方式下的矿井矸石零排放绿色开采技术。     

煤矿矸石井下分选协同原位充填开采方法

煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题,推进煤矿绿色开发将是从源头上保护矿区生态环境的重要手段,统筹考虑煤炭采掘、原煤加工和固废排放的关系对于建设绿色矿山尤为重要,而煤矿井下采-选-充协同将是从根本上解决上述问题的技术途径。基于此,在充分考虑采煤、分选和充填基础上,以井下分选为核心,围绕充填开采方法构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开采模式,阐述了煤矿井下采、选、充系统的时空协同关系,揭示了"就近分选+原位充填"的科学内涵,实现了充填能力与分选能力匹配、采充系统与分选系统布置、采充工艺与分选工艺组织和矸石物流运输与调控4个方面的协同;提出了实现不同目标层次的煤矿矸石井下分选协同原位充填开采技术体系,主要包括全粒级分选、煤矸分离和毛煤排矸3个不同等级的井下煤矸分选技术和实现采场矿压与地表沉陷控制、矸石处理和资源回收不同目标的井下原位充填技术2个方面;分析评价了新型跳汰分选、旋流器分选、重介浅槽分选、动筛跳汰分选和γ射线分选5种井下煤矸分选方法的适用性,给出了煤矿矸石井下分选方法选择流程,确定了煤矿矸石井下分选系统及巷硐布置要求,探讨了煤矿井下全粒级分选的发展方向;提出了全采全充、全采局充、局采局充和局采全充4种典型充填开采方法,明确了4种典型充填开采方法的定义、系统布置及技术优势,形成了充填开采方法选择流程,进一步对比分析了4种典型充填开采方法的地表沉陷与采场矿压控制效果。研究成果为实现煤矿煤炭开采、井下分选和矸石处理集约化提供技术借鉴,进一步丰富我国煤矿绿色开采的技术体系。     

综采工作面安全高效充填开采技术研究

翟镇煤矿为彻底解决"三下"压煤、矸石占地等问题,将井下开拓产生的矸石运至老空区,将原堆放到矸石山的矸石使用无缝管垂直输送到井下,采用综采工作面矸石充填技术实施井下矸石充填、以矸换煤工程,提高了"三下"压煤的回采率,减少了矸石山占地,缓解了煤矿开采对地表及生态环境的破坏,为矿井的安全高效生产提供了保障。     

矸石充填采煤中的矿压显现规律分析

井下矸石直接用于充填置换"三下"压煤,是绿色开采体系中的重要内容之一.本文简单介绍了综采矸石充填采煤和普采矸石充填采煤方法;在大量矸石碎胀与压实特性试验基础上提出了矸石充填开采等价采高的概念,因而可以用传统矿压理论和地表沉陷预计的方法分析矸石充填开采中的采场矿压和地表沉陷的极限量;通过理论分析和现场实测等得到,矸石充填开采与同类地质条件下非充填开采相比,可显著降低采场矿压与地表沉陷显现的剧烈程度及绝对值,能开采用传统采煤方法无法采出的"三下"压煤.     

KGX智能选矸机器人及随掘随采随填充工艺

传统的矸石外排导致的环境污染、无效提升成本高,人工选矸开采煤质差等问题日益突显。为减少乃至杜绝井下矸石外排,西安重装所属企业从智能选矸机器人入手,着力解决井下智能机器人研发及井下随掘随采随填充工艺的研究。通过分析主流的充填开采技术及常用的选煤方法,介绍了KGX智能选矸机器人工作原理及技术优势。分析认为,"采-选-充"一体化工艺是以KGX智能选矸系统为核心,充分考虑了采煤、分选和充填协同作用,采取随掘随采随充填方式,可以达到矸石回收以及控制地表稳定,从根本上解决了煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题。     

矸石井下处置绿色开采技术

岱庄煤矿为了解决井下矸石处理、"三下"压煤的合理开采、建下条采保护煤柱的二次回收问题,在条采煤柱中掘充填巷,采用井下矸石进行充填。通过矸石井下充填处置,减少了矸石山的占地及对环境的污染,提高了矿井资源的采出率,实现了绿色开采,取得了良好的经济和社会效益。     

煤矿“采选充+X”绿色化开采技术体系与工程实践

煤炭接续资源多在深部和优质资源多在西部并存的现状使得深部与西部开采成为煤炭资源开发的新常态,绿色矿山建设、绿色矿业发展与绿色化开采推进已势在必行。本文提出了煤炭资源“采选充+X”绿色化开采技术构想,即直接在井下构建煤炭开采、煤矸分选、矸石充填与“岩层移动主动控制、沿空留巷、瓦斯抽采、灾害防治、保水开采”一体化生产系统,形成了煤炭“采选充+X”(控、留、抽、防、保)协同生产模式;明确了“采选充+X”绿色化开采技术的内涵与技术框架,阐述了“采选充+X”的四代演化历程,分析了其践行绿色化的技术优势,给出了科学化的工程设计方法;阐述了5类典型“采选充+X”技术对应的技术原理、工程需求、设计流程与方法、关键技术及工艺装备等。工程实践分别证明了采选充+控、采选充+留、采选充+抽等“采选充+X”技术具有的显著技术优势与工程示范效应。未来“采选充+X”绿色化开采将延伸采选充+处、采选充+智、采选充+调、采选充+协等技术模式。整体形成的“采选充+X”技术体系,可为实现煤炭及伴生资源绿色化开采提供有力的技术支持。     

综采工作面后部回填绿色开采技术应用研究

为解决煤矿开采带来的矸石堆积问题,以平煤十二矿己₁₅-31010采面为背景,研究出后部回填绿色开采技术,通过矸石运输系统将井下回采矸石运至洗选硐室,通过井下洗选系统（洗选设备、破碎设备）、井下运输系统运至工作面,再通过回填输送机回填到工作面采空区内,从而达到解决矸石污染的目的。通过该技术可以实现煤矸石采空区回填机械化和规模化,促使回填开采效率和效果的显著提高。该技术的成功实施能够为保护层开采效益扩展提供更多途径,大大减少了顶板事故和瓦斯超限事故的发生,可以推广应用到国内其他煤炭生产企业,给后部回填绿色开采提供一个新的、可行的技术方案。     

薄煤层破碎顶板综采工作面“拖管”式充填试验研究

针对黄河北薄煤层、薄基岩、厚冲积层、顶板破碎、吨煤利润低、地表建筑物密集、全部跨落采煤地表下沉大等问题,在对综采架后自压式矸石充填、（似）膏体充填和（超）高水充填及高位离层注浆充填对比分析的基础上,提出了综采架后垮落带“拖管”充填的概念。结合赵官煤矿1703综采工作面开采技术条件,相似材料模拟试验和原生矸石、淋浆矸石压实度仿真试验,提出了“冒落”矸石压实分区和残余碎胀系数概念和“拖管”式充填时间-空间模型及工艺系统,并在该工作面试验成功。结果表明：薄煤层、破碎顶板、缓仰斜工作面,在不改造支架、不需堵漏的情况下进行垮落带“拖管”式充填是可行的;根据采-充量预计地表下沉系数为0.4,地表最大下沉量为50 cm。     

矸石(固体废物)直接充填采煤技术发展现状

总结了矸石直接充填采煤的技术框架,系统地介绍了综采矸石充填技术、普采矸石充填技术和掘巷充填技术的充填开采系统布置、关键设备及充填开采工艺;研发了矸石直接充填采煤技术中矸石自地表向井下运输的大垂深投料系统,并对其进行了优化设计;以综采矸石充填技术为例,分析矸石直接充填开采矿压规律的等价采高模型,得到了充填综采采场所需支护强度,以及充填综采与传统综采支护强度修正系数η,并对充填开采后的地表沉陷进行了预计和实测分析,得出了充填开采较传统综采采场矿压显现减弱、地表变形等级仅为轻微的结论;从实现煤炭资源绿色开采应重视的基础科学研究、重点技术攻关等方面对今后矸石(固体废物)直接充填采煤技术相关研究进行了展望.     

建筑物下煤矸石充填开采技术及实践

煤炭是支撑我国能源生产的基础资源,煤炭的持续、大规模开采造成了许多问题,如矿区生态破坏、建筑物沉降。因此,建筑物下回填控制地层和地表下沉的技术非常重要。目前,煤层颗粒物质、胶结材料和高含水率材料主要用于回填。总结了煤矿使用的回填材料CGFB的类型以及回填过程,提出了矸石充填开采技术的指导原则。实验结果表明随着工作面倾斜长度的增加,沉陷区和待回填区的面积增加。根据模拟结果,提出了煤矸石运动时间的优化方案,并对矸石回填采矿法进行了优化设计,确定了工作面倾斜长度,并缩短工作面以获得较高的充填率,保障了建筑物的安全性。     

综合机械化固体充填质量控制的体系框架

为保障固体充填开采岩层移动控制效果,采用理论、实验和工程实践相结合的研究方法,在系统的分析了综合机械化固体充填质量影响因素和岩层移动控制机理基础上,从岩层移动控制理论、充填质量设计、充填质量控制和充填质量效果监测角度,提出了固体充填质量控制体系框架,详细研究了框架中以采定充、夯实应力和充填质量监测系统等关键技术,并建立了充采比定量模型以及夯实应力的估算公式,构建了井下固体充填质量监测系统。将提出的充填质量控制体系框架应用于平煤十二矿工程实践,取得了良好的工程效果。     

鑫岩煤矿井下煤矸分选与充填开采一体化系统设计

为解决煤炭生产过程中矸石严重影响生态环境的问题,实现安全、高效、绿色开采。结合鑫岩煤矿井上、下生产系统和开采条件,确定鑫岩煤矿井下煤矸分选与充填开采一体化系统。针对系统中滚轴筛设备选型及布置、原煤仓和矸石仓容量、综采工作面充填能力及关键设备选型和地面矸石垂直投料系统管径选型进行了设计,为鑫岩煤矿实现绿色开采提供技术保障,为类似条件矿井的井下分选与充填开采设计提供借鉴。     

固体充填采煤技术在邢台矿建筑物下的应用

针对邢台矿建筑物下存在大量压煤,而地面矸石山堆放占地严重以及矿区坑口电厂排放大量粉煤灰的情况,为了实现矿井可持续发展、扩大矿井可采储量、控制地表下沉、消除固体废弃物对环境的污染,提出了采用地面矸石配合粉煤灰充填采空区,采出建筑物下压煤的开采模式。解决了充填体进入采空区的空间、通道和动力等技术问题,并建立了完善的充填效果检测系统,在保证地面建筑物完好的情况下,有效采出邢台矿建筑物下呆滞煤量2000万t以上。