充填采煤技术现状与展望

充填采煤技术现状与展望,许家林轩大洋朱卫兵,中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室2011年5月22日,第五届中国充填采矿技术与装备大会,2,汇报内容,一、充填采煤技术特点二、充填采煤技术现状三、充填采煤技术展望,3,充填材料供应与需求不均衡,采煤能力与充填能力不均衡,充填成本与采矿效益不均衡,1.煤矿充填开采的特点,适应层状岩层移动与破坏特点；解决煤矿层状岩层的有效控制问题,解决煤矿充填开采中的三个不均衡问题,4,充填材料供应与需求不均衡,采煤能力与充填能力不均衡,充填成本与采矿效益不均衡,1.煤矿充填开采的特点,适应层状岩层移动与破坏特点；解决煤矿层状岩层的有效控制问题,解决煤矿充填开采中的三个不均衡问题,5,充填材料供应与需求不均衡,采煤能力与充填能力不均衡,充填成本与采矿效益不均衡,1.煤矿充填开采的特点,适应层状岩层移动与破坏特点；解决煤矿层状岩层的有效控制问题,解决煤矿充填开采中的三个不均衡问题,同金属矿相比，煤矿自身工业废弃物比例小，煤矿的矸石一般为煤炭开采量的15%左右，采空区全部充填难以解决充填材料来源困难的问题。,6,充填材料供应与需求不均衡,采煤能力与充填能力不均衡,充填成本与采矿效益不均衡,1.煤矿充填开采的特点,适应层状岩层移动与破坏特点；解决煤矿层状岩层的有效控制问题,解决煤矿充填开采中的三个不均衡问题,充填开采的经济核算曲线,土地赔偿与充填增加吨煤开采成本的比较,村庄搬迁与充填增加的吨煤开采成本的比较,8,全部充填,部分充填,采空区充填,冒落区充填,离层区充填,按充填位置,按充填量,水砂充填,矸石充填,自溜充填,风力充填,机械充填,按充填动力,膏体充填,高水充填,水力充填,充填采煤,按充填物质,2.充填采煤方法分类,9,1.膏体充填采煤技术2.矸石充填采煤技术3.高水材料充填采煤技术4.部分充填采煤技术,10,1、膏体充填采煤技术,配料制浆子系统,管道泵送子系统,工作面充填子系统,11,综采膏体充填工作面,膏体充填具有料浆流动性好、密实度高、充填体强度高的优势，故其对岩层移动与地表沉陷的控制效果较好。但其充填系统初期投资较高，一般达3000万元左右；吨煤充填成本相对较高，一般达60100元/t。,12,膏体充填采煤应用项目,13,矸石充填采煤法是利用重力、风力、机械等动力将充填材料煤矸石抛入或输入采空区的充填采煤方法。,2、矸石充填采煤技术,矸石充填采煤,人工充填,风力充填,自溜充填,机械充填,普通机械化,综合机械化,很少采用,急倾斜煤层,适用范围小,14,矸石,井下矸石车场,矸石仓,上(下)山,工作面回风巷,采空区,矿车,翻车机,破碎机,胶带机,刮板机,可伸缩胶带机,抛矸机,普通机械化矸石充填系统,高速动力抛矸机,15,普采与充填工作面布置,普采与充填支护系统,充填系统,充填面,开采面,I,I,普通机械化矸石充填工艺,新汶矿业集团泉沟煤矿于2006年最早开始试验和使用这种充填采煤法。该法利用井下矸石充填采空区，充填系统简单，装备投资少，多用于薄及中厚煤层普采或炮采工作面回收井筒煤柱、工业场地煤柱，煤层有一定倾角有利于充填矸石密实。,16,综合机械化矸石充填采煤，是在综合机械化采煤工作面上同时实现综合机械化矸石充填作业。实现充填采煤的技术难点是要解决实施充填的充填空间、充填通道和充填动力问题。,综合机械化矸石充填采煤,矸石来源,矸石运输,工作面充填,地面矸石,井下矸石,投料井,运输巷,充填支架,输送机,17,综合机械化矸石充填支架,工作面,采空区,综采矸石充填液压支架,水平短梁,传统综采液压支架,18,该充填系统相对简单，机械化程度高，充填系统的初期投资较膏体充填低，一般小于1000万元，吨煤充填成本一般为4080元；但矸石充填的密实度相对较低，对岩层移动与地表沉陷的控制效果不如膏体充填。,综合机械化矸石充填评价及应用,19,充填系统,开放式充填,全袋式充填,混合式充填,3、高水材料充填采煤技术,20,由于其用水量高，故所需固体材料少，既解决了煤矿固体充填材料缺乏的问题，又简化了庞大的充填系统，对矿井辅助运输影响基本没有。充填系统初期投资少，一般小于500万元；充填料浆流动性好，不易堵管；工作面不泌水。最大的缺点是高水材料抗风化及抗高温性能差，充填材料长期稳定性差。,高水材料充填评价及应用,21,部分充填开采，是相对全部充填开采而言的，其充填量和充填范围仅是采出煤量的一部分，它仅对采空区的局部或离层区与冒落区进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及隔离煤柱联合控制开采沉陷。,4、部分充填采煤技术,22,部分充填采煤技术分类,离层区注浆充填,冒落区注浆充填,采空区部分充填,条带冒落区注浆充填,长壁冒落区注浆充填,长壁分区隔离注浆充填,长壁隔离充填,条带充填,部分充填开采,23,采空区部分充填,短壁工作面（充填）,短壁工作面（不充填）,短壁工作面（充填）,短壁工作面（不充填）,短壁工作面（充填）,长壁隔离充填开采,短壁工作面（充填）,短壁工作面（不充填）,条带充填开采,隔离煤柱,长壁充填工作面,长壁充填工作面,24,冒落区部分充填,随冒随充,冒落区一次充填,25,离层区部分充填,充填原理图,26,27,分区隔离注浆充填,28,q,地表,主关键层,亚关键层2,亚关键层1,开采煤层,主关键层破断距,亚关键层1破断距,亚关键层2破断距,主关键层确定的采宽,亚关键层1确定的采宽,亚关键层2确定的采宽,关键层不破断,有典型关键层时,分区隔离注浆充填工作面宽度确定,29,分区隔离注浆充填隔离煤柱宽度确定,地表,关键层,开采煤层,充填工作面宽度a,隔离煤柱宽度b,q,承载区宽度c,充填工作面宽度a,q,承载区宽度c,承载区宽度c,h注浆层位距煤层高度q充分采动角,h,30,地表,关键层,开采煤层,充填工作面宽度a,隔离煤柱宽度b,q,承载区宽度c,极限强度理论,充填工作面宽度a,q,承载区宽度c,分区隔离注浆充填隔离煤柱宽度确定,31,淮北海孜煤电公司1031工作面,工作面煤层倾角315，平均8；采高3.0m；采深310330m，平均320m，松散层厚度240m。因断层影响划分为两个工作面，编号为D和E。之间隔离煤柱宽度3553m，平均约44m。D工作面宽度40147m，平均94m，推进总长400m。E工作面宽度3475m，平均约54m，推进总长230m。工作面对应地表位置为村庄。,村庄,32,煤柱b44,分区隔离煤柱宽度校核,地表,关键层,开采煤层,1031D宽度a94,70,c65,E宽度a=54,安全系数=4.72满足要求！,33,采深320m，采高3.0m工作面宽度94m和54m工作面隔离煤柱宽44m工作面推进长230400m采出煤量20万t充填总干灰量28553t体积充填率39%,34,煤矿充填的目的是为了控制岩层运动，因此，应深入研究充填开采岩层破断运动与地表沉陷规律，形成基于岩层移动和地表沉陷控制要求的充填采煤设计理论和方法。从目前充填采煤实践来看，制约煤矿开采技术推广应用的主要因素之一是充填采煤能力较低，与煤矿高产高效生产模式不匹配。因此，应着重研究如何提高充填采煤生产能力。实现充填工艺与采煤工艺合理匹配的途径：合理选择充填工艺模式，如实施采充分离；减少充填量，实施部分充填；改善充填材料，如提高充填材料的早期强度、采用气体作为充填材料等。,35,谢谢!,许家林Prof.XUJialin中国矿业大学ChinaU