煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法

矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一，严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一，但现有充填技术增加了工作面生产工序，降低了15%～20%采煤效率，亟需解决矿山固废充填与煤炭开采之间时空干涉难题，突破矿山固废井下充填处置的技术瓶颈。为此，综述了矸石处置利用现状与存在问题，提出了煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法，系统阐述了嗣后空间矸石注浆充填方法内涵及关键科学与技术问题，给出了嗣后空间矸石注浆充填系统空间布局方式，探讨了非均质矸石料浆流动性稳态控制机理、嗣后空间空隙结构特征及时空演化规律、嗣后空间矸石料浆迁移扩散规律、嗣后空间矸石注浆充填岩层控制机理等理论的研究重点，分析了毫米级矸石注浆充填材料研发、矸石料浆高效制备与输送、注浆钻孔布局及时效控制、矸石注浆充填效果智能监控等技术的研究难点。煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法创新了矸石井下高效处置新模式，完善了矸石综合处置与利用技术体系，引领了我国煤炭资源绿色安全高效开发新方向，在矿山固废高效处置及生态环境保护等方面具有广阔应用前景，可促进矿山矸石固废的源头减排、就地处置、循环利...     

矸石浆体充填空间特征研究与工程实践

煤矸石浆体充填是一项顺应煤炭绿色可持续发展、响应国家环保政策的矸石绿色处置新技术。宏观的破碎空间特征与微观的空隙特征是决定矸石浆体充填效果的关键,为建立浆体充填基础理论体系,采用理论分析、模拟实验与现场工业实验结合的方法,揭示了浆体充填空间覆岩运动规律,探索了破碎空间内可供浆体充填的空隙分布特征,明确矸石浆体-采空空隙的作用关系。研究表明,采动过程中控制岩层是影响浆体充填空间范围的关键,“拱-梁-壳”的空间演化过程分别对应浆体充填空间的自由堆积区、载荷影响区及压实区,直接决定矸石浆体充填效果;采空区内垮落岩体的孔隙率沿倾向、走向及垂向均满足负对数函数关系,据此建立了浆体充填空间空隙分布模型,并确定浆体充填的重点区域;通过开展地面原位注浆充填试验,证明了矸石浆体在采空空间的可充填特性,阐述了矸石浆体-采空空隙的作用过程普遍经历了初始流淌、垂直涌流及水平扩散3个阶段;在黄陵二号煤矿井下针对浆体充填空间自由堆积区与载荷影响区开展了矸石浆体充填工程实践,成功验证了井下矸石浆体充填技术的可行性及理论的正确性,为矸石绿色处置提供了新的依据。     

煤矸石高浓度充填料浆流变参数测试方法研究与应用

近年来,采用煤矸石为骨料的似膏体或膏体充填采煤技术开采"三下"压煤已成为煤矿绿色开采的一个重要方向。分析充填料浆流变参数是充填管输系统设计的基础工作。针对常规流变仪无法测试煤矸石高浓度充填料浆流变参数的实际问题,根据充填料浆粗骨料、粘度高的物料特征和流变参数测试原理,研制了煤矸石高浓度充填料浆流变参数测试仪和相应的测试方法。采用自制流变仪对公格营子矿似膏体充填料浆的流变参数进行了测试分析,确定了充填料浆管道输送的摩阻系数,为该矿充填管道系统优化设计提供了科学依据。     

井下矸石充填系统方案研究

为实现煤炭绿色开发利用,建设绿色矿山,解决矸石对生态环境的污染问题,霍州煤电集团某新建矿井采用机械化矸石充填技术,在井下设置一套完整的固体充填系统及煤矸石分选系统,井下掘进矸石不升井和初选煤矸石一起充填采空区,地面设置膏体充填防灭火系统,选煤厂的洗选矸石与粉煤灰、水泥等制备成浆料进行采空区防灭火注浆。该方案减少了矸石的无效运输,实现了井下矸石不出井,不可利用矸石全部返井,解决了矸石的污染问题,对类似矿井具有一定的参考意义。     

水泥-煤矸石充填浆体的性能及其充填过程

为使煤矸石在采空区充填中得到充分利用,将其破碎后制备充填浆体,系统地研究了煤矸石粉末对水泥-煤矸石充填浆体凝结时间及力学性能的影响,确定了煤矸石粉末在水泥-煤矸石充填浆体中的添加比例。     

神东高强度开采煤矸石规模化利用模式研究

针对神东高强度开采矸石产量大且现有各种矸石利用、处置方式均存在一定局限性，导致矸石消化能力不足的问题，提出了神东高强度开采煤矸石规模化利用模式，分析了神东各矿井矸石产量及实际生产条件、神东矿区矿井实际情况及周边产业分布情况、各矿煤矸石利用途径，总结了煤矸石发电、煤矸石铺路、煤矸石生产建筑材料、煤矸石制高岭土、煤矸石用于农业和工业、煤矸石井下充填利用等，构建了神东矿区煤矸石规模化利用模式，实现煤矸石地面资源化利用，结合矿井回收煤柱、灾害治理等进行矸石充填开采，消耗剩余大部分矸石，且应用充填开采不得影响矿井产量，同时对充填方式进行适当优化，精准落实“一矿一策”,形成条带胶结膏体充填、综采膏体充填、注浆充填、固体充填、“采选充”一体化充填和多模式综合充填等神东井下分类精准化充填模式。这种“地面资源化利用+井下精准化充填”矸石规模化利用模式，能够实现经济效益和矸石处置、灾害治理效益最大化。     

综放工作面局部采空区浆体充填试验研究

以桑树坪二号井3307工作面局部采空区为研究对象，通过采空区残留空洞理论公式和地表瞬变电磁采空区勘探技术预计采空区残余空间大小；利用工作面顶板“三带”发育规律和物理相似模拟试验确定冒落带高度，为浆体充填钻孔布置提供依据；开展井下浆体充填现场试验，在3307回风联巷中布置充填试验系统，3308进风顺槽内穿过煤柱向采空区打充填钻孔，试验按照一定的工艺流程通过充填管路进行料浆充填。试验分析了影响充填因素，同时从料浆浓度、钻孔布置方式、钻孔直径和相关工艺等方面提出进一步优化建议，可为充分利用井下采空区开展充填工程，合理处理煤矿矸石等固废提供理论依据。     

煤矸石-脱硫石膏-粉煤灰膏体料浆制备及性能研究

为保证煤矸石膏体复合充填料浆满足矿山管道输送性能要求,利用煤矸石、脱硫石膏、粉煤灰开发膏体复合充填材 料,以细矸率、煤矸石掺量、粉煤灰掺量为研究对象,通过开展三因素四水平的正交试验,探究料浆流动性能、和易性能及流变性能的变化规律,采用Hershel-Bulkley模型拟合煤矸石基膏体复合充填料浆流变参数,相关系数R2 均为0.999,模型拟合精度高,可靠性强. 研究结果表明:料浆塌落度、扩散度、流动度、稠度和泌水率随细矸率的增加呈先升高后降低的趋势,当细矸率为40％时,料浆可泵性最优;煤矸石掺量对料浆管道输送性能影响不显著,但煤矸石中的高岭土相会吸附少量的自由水,导致料浆流动性能变差;粉煤灰在膏体料浆体系中发挥滚珠润滑作用和微集料作用,释放大量自由水,颗粒表面的水膜变厚,改善了料浆的管道输送性能,但粉煤灰掺量超过35％时,细颗粒的粉煤灰团聚现象严重,增强了料浆抵御剪切变形的能力,削弱了料浆的流动性能和流变性能.     

张庄铁矿充填尾砂流变特性实验研究

研究了不同浓度浆体的流变特性, 总结了其变化规律, 根据流变特性计算管道输送的水力坡度和充填倍线, 为管道自流输送充填奠定理论基础。     

矸石似膏体充填料浆临界流速影响因素研究

为探究矸石似膏体料浆在管输过程中的流变参数的影响因素,以公格营子矿矸石似膏体充填料浆为工程背景,使用CRT流变仪测试了不同浓度、矸石颗粒粒径下的矸石似膏体充填料浆的流变参数,运用流体力学和粒状物输送水力学分析了矸石颗粒在似膏体料浆的受力情况,运用Fluent软件对管道输送过程中不同流速、矸石粒径以及料浆浓度下的料浆流动状态以及粒子运动轨迹进行了模拟验证。结果表明,矸石似膏体料浆的矸石颗粒粒径大小和浓度会影响料浆的塑性粘度和初始切应力,进而对管道输送的临界流速产生影响。具体表现为在管输过程中,矸石粒径为15mm、20mm、较5mm和10mm更易下沉,料浆浓度达到76%时,料浆初始切应力增幅会出现急剧增加,随着料浆浓度增大,管输过程中矸石颗粒更不容易沉降。     

煤矸石作充填骨料的似膏体料浆流动性能试验研究

以山东新汶矿业集团孙村煤矿的实际情况作为研究背景,为保证地表及矿山主要井巷的安全,最大限度地回收留设的保安煤柱的技术问题,解决煤矸石排放问题和建成清洁绿色矿山,进行了煤矸石作为充填骨料的似膏体料浆流变特性试验研究.试验结果表明,制备出的煤矸石似膏体合乎设计要求,并能实现膏体完全自流充填.采用煤矸石充似膏体自流充填工艺既然经济又环保,为孙村煤矿实现绿色生产和可持续发展提供了技术支持.     

矿山充填尾砂型料的横压成型工艺及模具设计

国家自然科学基金资助项目“浆体管道输送尾砂型料的理论研究及矿山充填的技术创新”提出了“尾砂型料砂浆管道输送和砂浆胶结尾砂型料砖垒式矿山充填”的新概念，这是型料管道输送技术在充填采矿法方面一个突破性的应用，它的思路是将散粒体尾砂压制成为具有一定形状和强度的防水耐磨的密实体型料，然后注入水力输送管道，以掺有胶结材料的尾砂料浆为载流体，泵送到矿山采空区以实现输送浓度高、充填强度高的砖垒式胶结充填。     

煤矿固体废弃物流态化浆体充填技术

煤炭资源为我国工业和经济社会的发展提供了基础动力,但是其大规模的开采和利用带来了一系列环境问题。为解决我国煤炭行业普遍面临的固体废弃物排放、环境污染等难题,通过总结传统固体废弃物处理技术的发展历程和技术瓶颈,明确了新型处理技术的具体要求,并创新性地提出了流态化浆体充填技术构想,阐述了其内涵和优势,详细介绍了流态化浆体充填技术包含的6项核心技术:智慧管道输送、四维协同充填、高效精准制浆、采动覆岩钻进、全息远程控制和安全生产保障技术。在此基础上,提出了井下智能分选+就地制浆充填和智能化浆体充填2大技术发展方向,初步形成了煤矿固体废弃物流态化浆体充填技术架构,并结合实际案例予以说明。流态化浆体充填技术的提出为我国矿山企业提供了全新的固废处理方法,丰富了我国煤炭行业固体废弃物处理技术体系,为实现煤炭资源绿色开采、清洁利用和零废排放奠定了基础。     

金川全尾砂膏体充填料浆流变特性研究

对金川公司全尾砂膏体充填料浆的流变特性进行了研究，并对其参数与各物料用量的定量关系进行分析，得出了充填料浆最佳配合比的工程平均，进而建立了流变模型，推荐了泵送管道沿程摩阻损失的计算公式。为金川膏体充填系统的设计及保证料浆顺利输送提供了技术依据，同时可为同类矿山的设计提供参考。     

膏体充填料浆管道自流输送分析及管线布置

自流充填具有充填效率高、工艺流程简单等优势,但膏体充填料浆由于浓度高,管道输送阻力大,易发生堵管等输送风险,因此,膏体充填料浆自流充填难度大。为了使膏体充填料浆实现安全可靠的自流充填,简化充填工艺流程,节约充填成本,本文以探究膏体料浆自流充填的可行性、确定膏体充填料浆自流充填条件为研究目标,通过试验确定合理的充填工艺参数,从而制备了均质性较好的膏体充填料浆,计算了膏体充填料浆在管道输送中的阻力,论证了膏体充填料浆自流输送的可行性,确定了膏体自流充填最大允许倍线。并根据膏体充填料浆的基本参数,结合膏体料浆管道输送的特性及井下实际生产情况,优化了充填管道布置。经生产实践验证,膏体充填料浆的自流充填能力由原先的50m~3/h提高到了110m~3/h,且生产运行过程中,膏体充填料浆管道输送系统稳定可靠,料浆管道输送流畅,能够满足膏体充填料浆自流输送需求,极大提高了充填效率,简化了充填工艺流程。     

水泥-粉煤灰胶结矸石充填材料的流变特性与固结机理

将粉煤灰、水泥、煤矸石和水作为充填材料进行制备矿山充填,既能实现固体废弃物的资源化利用,还能有效控制矿山采空区塌陷。本研究针对胶结矸石充填材料进行了流变测试、力学性能测试以及水化特性试验,分别研究了矸石充填材料的流变特性、抗压强度、水化产物以及微观结构。结果表明,当325普通硅酸盐水泥含量为15%、低钙粉煤灰掺量超20%、料浆质量浓度保持在77%以上时,所制备的矸石充填试样28d龄期的最小抗压强度超4.229MPa,这可以为井下充填开采提供良好的顶板支撑。其次,通过流变试验探究了粉煤灰掺量和料浆质量浓度变化对矸石充填料浆流变性能的影响,并得到了充填料浆所对应的流变参数以及流变方程拟合。此外,对矸石胶结充填材料的矿物成分、水化产物以及微观结构进行了研究。因此,该研究可以为大宗固体废弃物在矿山充填领域应用提供一定的理论指导。     

煤矸石粉对矸石基绿色胶结充填体性能的影响

针对煤矸石排放及粉煤灰应用带来的一系列环境问题,以及以粉煤灰为掺合料的矿山矸石胶结充填成本相对较高的工程问题,通过试验分析研究了煤矸石粉掺量对矸石基绿色胶结充填体工作性能、力学性能和耐水性能的影响规律,并通过SEM和XRD试验分析煤矸石粉对充填体性能的影响机理。结果表明：掺加简单机械活化煤矸石粉的矸石充填材料,能够满足矿山对于泵送输送的要求并具有一定的抗压强度,适合对强度要求相对较低的采空区使用;微观形态效应与微集料效应减弱了煤矸石骨料的“微泵吸水”和表面颗粒摩擦力,工作性能得到改善;微火山灰效应和微集料填充作用使充填体内部形成大量的C—S—H和C—A—S—H结晶体,其内部骨架得到密实,微观孔结构得到改善,有害孔数量减少,充填体的强度和耐水性得到提升。     

矸石膏体充填管道压力在线监测研究与实践

 矸石膏体充填输送管道是采空区矸石膏体充填系统成套设备的重要组成部分,由于输送管道的管线长、流速不匀且含有大颗粒煤矸石（最大粒径25mm）等因素影响,在充填过程中极易造成充填体离析、管道堵塞、凝结等问题,严重影响输送管路的安全运行。我们通过对输送管路沿线的压力实时在线检测,及早发现管路堵塞故障位置或预警管道破损位置,以便采取措施避免事故扩大。由于矸石充填管道内膏体压力检测属于非常规检测,输送介质为不均质体,完全不同于一般的均质管道,如燃气、石油管道。岱庄煤矿矸石膏体充填管道压力在线监测研究是通过具备压力监测的堵管卸料阀门和特殊设计的硅压力传感器将信号快捷的转换,并传输到计算机系统,完成不均质矸石膏体充填系统压力的实时在线监测。     

现代矿山充填采矿法浅析

分析了充填采矿法的特点及其适用条件,总结了充填成本控制、充填骨料及其配比、充填料浆管道输送关键技术的发展状况及其成功案例。结合绿色采矿,可持续发展和保护环境的理念,进行干式充填和水砂充填对比,提出了充填采矿法应该向高浓度管道自流胶结充填发展。     

煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤,延长矿井服务年限,实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量,详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置,列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径,对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径,突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源,提出绿色充填开采理论与关键技术,包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理,探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原...