田庄煤矿条带式建下超高水材料充填开采技术的应用PPT课件.ppt

建下超高水材料充填开采技术的应用 二 一一年十一月 1 超高水材料充填开采技术的应用 一 概况二 充填开采技术应用情况三 项目投资及开采成本四 原料的供应及保障五 充填效果分析六 意见及建议 2 一 概况 1 矿井简介田庄煤矿位于山东省济宁市高新区王因镇南5km 西距济宁市11km 北距兖州市15km 东距邹城市25km 行政区划属济宁市高新技术开发区 矿井主采16上煤层和17煤层 均为薄煤层 平均厚度分别为1 2m和0 9m 16上煤层顶板为十下灰岩 平均厚度5 5米 致密坚硬 底板为粘土岩 17煤层顶板为十一灰岩 局部相变为泥岩 底板为粘土岩 矿井核定生产能力为90万吨 年 采煤方法为走向长壁后退式开采 根据地质条件不同 采用多种采煤和掘进工艺 3 2 充填开采的必要性田庄煤矿共有 167和 256两个水平生产 现生产的一水平 167 一 二 三采区内16层煤已无正常块段 二水平 256 由于地面建筑物压覆 正常块段分布也非常零散 分散在六个采区 截止到2010年12月底 矿井具体储量情况如图所示 一 概况 建筑物压煤4571 4万吨 正常块段1448 6万吨 正常块段可采储量767 8万吨可采年限6 1年 总资源储量8167 1万吨 各类煤柱压煤2189 9万吨 4 一 概况 若矿井维持现核定的生产能力 按照90万t 年 2013年以后矿井将无16煤正常块段 到2017年17煤的正常块段也全部采完 随着矿井的开采 正常块段的可采储量将变得越来越少 同时由于济宁高新区发展较快 地面建设物不断增多 田庄煤矿要实现可持续发展 必须有效解放建筑物下压覆的资源 田庄矿煤层资源储量分布图 5 一 概况 3 压煤开采方案比较自2008年以来田庄煤矿一直为解决压煤问题寻求最佳方案 本着 最大限度地解放煤炭资源 减小地面建筑物破坏程度 实现效益最大化 的原则 我们先后到省内外多家矿井考察压煤开采技术 并与科研院 所合作 对可能适用田庄煤矿煤层赋存条件的各种建下开采方案进行了对比分析 并最终与中国矿大合作研发了超高水材料充填技术 6 一 概况 具体情况如下 7 一 概况 8 一 概况 9 二 充填开采技术应用情况 1 充填开采总体情况田庄煤矿第一个超高水材料充填工作面1611面于2009年7月开始生产 2010年8月结束 共生产原煤7 96万吨 充填体积5 02万m3 使用充填材料6808吨 充填率82 2011年5月4日山东省煤炭工业局以鲁煤搬迁字 2011 52号批复了田庄煤矿三采区村庄下压煤超高水材料充填开采方案设计 三采区充填面现已置换煤炭6 02万吨 充填回采煤量占全矿总产量的16 工作面单产可达1 33万吨 与非充填面最高月产1 6万吨相比充填对生产的影响相对较小 通过完善超高水充填技术工艺 工作面单产效率将进一步得以提高 近水平超高水充填面 矿压在线监测系统 10 二 充填开采技术应用情况 2 超高水材料简介 1 超高水材料构成超高水材料主要由A B两种物料组成 A料主要以铝土矿等矿物质烧制并与超缓凝分散剂混合 B料由石膏等矿物质与复合速凝剂构成 A B料分别加水制成A浆液和B浆液 将两种浆液混合 形成的浆体即可在一定时间内胶结 凝聚 达到设计强度 实现采空区充填 混合后的浆体中水体积可达95 97 根据不同需要可以通过改变材料和水的配比调整凝固时间 应用灵活 根据煤层地质条件及实验室试验分析 确定田庄煤矿超高水充填材料水体积为95 95 97 水 A浆液和B浆液 铝土矿矿石 石膏体 石灰石山体 11 二 充填开采技术应用情况 2 超高水材料实验室特性 超高水材料固结体早强特征明显 且固结体最终强度可根据水体积比的不同而有所变化 超高水材料固结体受压后 体积应变较小 具有不可压缩性 超高水材料初凝时间具有可控性 虽然该材料属于早强 快硬型胶结材料 初凝与终凝时间很近 但材料的初凝时间可根据工艺要求进行具体控制 混合超高水材料终凝后试块 凝固后成块状不可压缩 12 3 超高水材料充填系统根据超高水材料使用特点 我们与郑州华威水工机电工程有限公司合作研制了井下充填系统 其主要包括浆体制备 浆体输送 浆体混合及工作面充填等四个子系统 二 充填开采技术应用情况 制浆控制系统操作界面 13 二采区水仓 A料仓 A辅料 A水池 A储浆池 卸料分配器 A料称 A辅料称 水称 B料仓 B辅料 B水池 B储浆池 卸料分配器 B料称 B辅料称 水称 浆体混合器 充填浆体 工作面 超高水材料充填系统示意图 A浆体制备系统 B浆体制备系统 A浆体输送泵及管路 B浆体输送泵及管路 A泵站 B泵站 B管路 A管路 工作面充填系统 A输送泵 B输送泵 14 二 充填开采技术应用情况 充填泵站与充填工作面位置示意图 充填站 副井 1611充填面 三采区3603 3605等充填面 4 田庄矿泵站选址 布置与充填工艺 1 充填泵站选址充填泵站地址选在 167水平二采区水仓附近 站址选择在此处有以下优点 临近二采轨道巷 距离副井仅约600m 便于充填材料的运输 附近有二采水仓 方便生产时取水 该地址距离一采区设计充填面约1500m 距离南侧三采区设计充填面约2500m 都在充填泵站辐射范围之内 2 充填泵站布置靠近三采区辅助轨道巷 布置充填泵站A B 二采区水仓 A B 15 二 充填开采技术应用情况 充填泵站布置平面图 充填硐室剖面示意图 A A A A 粉料仓 螺旋给料装置 搅拌装置 16 二 充填开采技术应用情况 3 充填面布置田庄煤矿布置的第一个超高水充填工作面1611位于闲置的淀粉厂保护煤柱内 地面标高 41米 表土层厚度167 2米 煤层厚度为1 2m 倾角平均为60 标高 164 212米 顶板为石灰岩 十下 厚度4 5 5 5m 致密坚实 裂隙较发育 稳定岩层 底板一般为粘土岩 偶含粉砂 工作面走向长约58 2 114m 推进长度398m 充填工作面布置为仰斜开采 以适应开放式充填方法的需要 充填面与地面淀粉厂井上下对照图 淀粉厂 1611充填面 淀粉厂保护煤柱 淀粉厂保护煤柱 17 充填材料凝固区 混合器 A料输送管 B料输送管 推采方向 1611进风巷 1611回风巷 待凝固区 挡浆板 4 充填工艺1611工作面采煤工艺为炮采 采用 四采一充 的循环作业方式 充填时可以进行打眼作业 充填后可爆破落煤正常回采 在最后一个生产班收工时支设好挡桨板为充填做好准备 皮带输送机 刮板输送机 刮板输送机 挡浆板 18 二 充填开采技术应用情况 根据1611工作面开采条件 煤层倾角较小 为提高液面高度 我们研制了超高水充填专用挡浆板 以减小采空区悬空距离 挡浆板使用前后液面变化情况如图所示 6 专用挡浆板 充填管路 3 5m 2 2m 使用后 8 7m 使用前空顶距离 充填材料凝固区 待凝固区 液面抬高0 9m 19 二 充填开采技术应用情况 5 主要技术创新点田庄煤矿与中国矿业大学合作研发的超高水材料充填开采技术所取得的主要创新点有 1 研究的超高水速凝材料具有含水量高 凝固速度快 早期强度高 固结体不可压缩 具有良好的承载性能 2 研制的大流量制浆充填工艺系统具有初期投入低 自动化程度高 劳动强度低 系统简单可靠 输送距离远 输送能力大的良好性能 充填站触摸屏操作 充填站AB搅拌系统 超高水材料试块 20 二 充填开采技术应用情况 3 研究并应用的超高水材料充填工艺 具有施工容易 简便 充填与回采工艺互不影响的特点 4 超高水材料充填技术可大量使用井下污水 且可大大降低排水费用 经济 环境及社会效益显著 21 三 项目投资及开采成本 1 项目投资该项目总体投资约870 0万元 主要包括充填站施工和设备 设施 管路等费用 具体投资项目如图所示 30 5 18 5 7 44 约870万 柱塞泵及充填管路费用60万元 超高水材料科研费 矿压观测费262万元 充填制浆系统费用380万元 充填泵站工程费用159万元 22 三 项目投资及开采成本 2 开采成本根据1611及三采区充填面实际情况 经计算 充填回采吨煤成本增加103 77元 具体如图所示 超高水材料费81 25元 运输费8 59元 人工费6 30元 电费3 36元 折旧费4 15元 其它材料费0 12元 吨煤成本增加103 77元 23 三 项目投资及开采成本 3 经济和社会效益 经济效益 田庄煤矿现有建筑物压煤4571 4万吨 如果采用超高水材料充填 按回采率85 计算 永久压覆煤炭资源除外 可采出煤炭资源3403 3万吨 若采用条带开采 可采煤量仅为685 2万吨 吨煤开采成本361 96元 t 2010年原煤开采综合成本 超高水材料充填增加成本103 77元 t 吨煤销售价格675元 t 按2010年原煤销售不含税价格 多回收资源产生的经济效益为49 77亿元 田庄矿景 田庄矿薄煤层综采面 井下运输大巷 24 三 项目投资及开采成本 社会效益 超高水材料充填开采是绿色开采技术的重要组成部分 是解决煤矿建下开采及环境问题的理想途径 通过对采空区进行充填 可阻止采空区冒落带继续向上发育 从而控制或限制上覆岩层的继续下沉破坏 这样 一方面可避免采空区上方覆岩含水层遭到破坏 保护地下水环境 另一方面起到保护地表的目的 避免了采空区塌陷造成的地表严重变形 破坏和水土流失 荒漠化等一系列的土地问题 田庄矿在建现代化副井 多家矿业集团前来参观学习 25 四 充填原料的供应及保障 目前该材料生产集中在河北地区 且生产规模偏小 材料供应不足 严重制约着该充填技术的推广与应用 根据与中国矿业大学达成的合作协议 我们在山东省内独家建设了超高水材料生产厂 山东绿源特种材料有限责任公司 该公司由山东能源临矿集团田庄煤矿投资建设 是一家生产经营高科技 超高水新型充填材料的现代化企业 设计总生产能力220万吨 年 工程分三期建设 一期20万吨 年 二期100万吨 年 三期100万吨 年 一期工程总投资0 4亿元 已于6月份动工改建 三期全部建成投产后 年实现销售收入11 56亿元 实现利税2 9亿元 超高水材料厂规划图 26 四 充填原料的供应及保障 根据工程进展情况 充填原料A料 迪夫迈 9下旬试生产 B料 迪夫派 12上旬组织试生产 山东绿源特种材料有限责任公司是山东省唯一一家充填材料生产基地 服务涵盖山东 辐射两淮 徐州 河南区域 建成后势将加快推动煤炭绿色开采 环保开采的进程 27 五 充填效果分析 1 地表变形情况通过对田庄煤矿1611面及三采区充填工作面地表移动观测站大量实测资料的整理 计算和分析 表明超高水材料充填起到了控制或减少地表移动量的作用 统计地表观测实际测量值所求得的地表移动参数最大值如表所示 地表移动参数最大值 数值均处于 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 中规定的I级破坏范围 倾斜3mm m 曲率0 2mm m 水平变形2 0mm m 之内 28 五 充填效果分析 2 矿压显现规律通过对1611面及三采区充填工作面支柱压力 顶底板移近量以及回采巷道围岩变形的监测与分析 我们将1611工作面矿压观测情况与正常开采工作面进行了对比 充填与未充填工作面矿压资料对比 29 五 充填效果分析 通过对比 超高水材料充填开采与非充填开采在矿压显现及其规律上有着明显的不同 主要表现为 1 超高水材料充填开采无明显初次来压及周期性来压现象 2 超高水材料充填开采顶底板移近量较小 支柱工作阻力较小且比较稳定 波动幅度较小 3 超高水材料充填开采顺槽超前压力明显减小 4 超高水材料充填开采对上覆岩层破坏高度小 充填面支柱支护 充填面顶板 充填面相对地表道路 充填面超前支护 30 六 意见及建议 超高水充填材料以及超高水充填开采技