深部煤矿井下智能化分选及就地充填技术研究进展

我国已探明2 000 m以浅煤炭资源储量中埋深超过千米的储量占53.3%。深部矿井开采处于高应力、高地温、高岩溶水压、高瓦斯以及强烈开采扰动("四高一扰动")的复杂环境,面临着巷硐及采场围岩突变、煤与瓦斯突出等灾害加剧、煤炭提升效率低等难题。科技部于2018年立项开展"深部煤矿井下分选及就地充填关键技术装备研究与示范"的研究,旨在创新与发展深部煤矿井下分选及就地充填理论、技术、装备、标准及工程建设体系。本文紧密围绕深部煤矿充填开采岩层控制,超大断面密集硐室群围岩连锁破坏失稳,井下受限空间煤矸精确分离3个关键科学问题,在系统阐述深部煤矿井下智能化分选及就地充填技术总体框架基础上,详细介绍了目前取得的最新进展。具体包括:深部煤矿井下智能分选及就地充填技术框架体系、井下矸石少量化选择性回采、煤矸全粒级水介精确分离、超大断面硐室围岩失稳机理及控制、深部充填开采岩层控制与新汶矿业集团新巨龙煤矿工程示范建设等6个方面。研发的深部煤矿井下智能化分选及就地充填技术及装备体系可为我国深部煤矿高效生产与绿色矿业发展提供新的技术支撑。     

地下矿山小型移动式充填系统研究与应用

针对地下矿山充填站建设资金紧缺、建设周期长、占地等问题,为了尽快形成充填能力,研究开发了小型移动式充填系统,该系统采用碎石胶结充填工艺,由上料系统、调浓搅拌系统、泵送管输系统组成,系统投资小、周期短、适应能力强,充填能力和充填质量有保障,能够实现移动作业,为不同需求的矿山提供充填法开采解决方案,具有广泛的推广应用价值。     

胶结充填体受温度作用的影响分析

对胶结充填体在深井开采过程中受到高温影响进行研究,分别将试件进行不同温度的热处理之后进行单轴抗压试验,分析温度、浓度和灰砂比对充填体强度的影响规律。研究结果表明:温度对充填体的强度有着一定的影响,充填体的影响因素敏感性先后顺序为灰砂比、温度、浓度。因素之间存在一定的交互作用。在浓度和灰砂比一定时,随着温度的升高充填体试件强度先增大后减少,在150℃附近强度达到最大。     

和尚桥选矿厂中碎大块干选抛尾改造实践

针对马钢和尚桥选矿厂入选矿石品位低、选矿比大、选矿成本高、尾矿浓密机长期超负荷运行的问题，进行了中碎产品大块干式预选抛尾工艺研究与生产工艺改造。结果表明：①选用CTDG1220型磁滑轮对现场中碎产品进行干式预选抛尾，可抛出产率12.38%、全铁品位10.31%、磁性铁品位0.80%的废石；干抛精矿全铁品位20.00%、磁性铁品位7.29%、全铁回收率达93.21%、磁性铁回收率达98.42%，后续作业矿石铁品位提高了1.20个百分点。②细碎及其后续系统的负荷显著下降，有利于后续系统的稳定运行；每年产出的74.28万t废石可作为砂石骨料销售。③新增系统年创造经济效益3 728.28万元。     

大冶铁矿同阶段崩落法转充填法开采隔离间柱合理宽度确定

为保障同阶段崩落法转充填法开采顺利过渡，过渡段处须设置竖向隔离间柱。以大冶铁矿龙洞采区-170 m同阶段崩落法转充填法梯形隔离间柱为研究对象，将其简化为变惯性矩固支梁，并以间柱的水平应 变量允许值为判据，初步确定梯形隔离间柱上端的初始宽度。以梯形隔离间柱上端的初始宽度为基础，采用数值模拟方法，计算了不同梯形隔离间柱上端宽度与不同充填体灰砂比协同作用下的充填采场顶板围岩沉降 量，并对不同灰砂比下梯形隔离间柱上端宽度与顶板围岩最大沉降量进行了数据拟合，由顶板围岩允许沉降值得到与不同充填体灰砂比协同匹配下的梯形隔离间柱上端的合理宽度。数值计算结果表明：与充填体灰砂 比分别为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12协同匹配的梯形隔离间柱上端合理宽度分别为16、19、21、25、29 m。研究成果可为合理确定矿山同阶段崩落法转充填法开采过渡段隔离间柱宽度提供参考。     

机械化原巷采煤工艺及工业性试验研究

针对较宽工作面巷道容易出现应力集中、巷道采煤效率低的问题,提出了一种原巷充填采煤工艺,并研究了适用于充填沿空留巷的最佳充填材料的水灰比,以及充填材料采煤工艺配套设备的选型原则。经实践表明,机械化原巷充填采煤工艺不仅可提升采煤效率,而且还能降低采煤成本和作业人员的劳动强度。     

考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力研究

为了探究壁面滑移效应影响下的充填料浆管道输送阻力的变化特征，建立了考虑壁面滑移效应的管道输送模型，利用Comsol数值模拟软件分析了料浆浓度、管径及灰砂比对管道阻力损失的影响。研究表明 ：①模型计算结果的相对误差在合理范围内，该模型用来计算考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力是可靠的；②考虑壁面滑移效应的情况下，各因素对管道阻力的影响程度依次为管径>质量浓度>灰砂比，管径 增大，壁面剪切作用力减小，颗粒迁移运动变缓，滑移效应减弱，管道输送阻力降低幅度减小；③在不同浓度范围内料浆滑移层厚度的主控因素不同，导致输送阻力随浓度增大的幅度不同；④灰砂比较低时，管道输 送阻力的增长速率较低，随着灰砂比增大，管道输送阻力快速增大。以冀东地区某矿山为研究背景进行了数值模拟，得到充填料浆管道输送的最佳参数为质量浓度66%、68%，灰砂比1∶8。