淄矿集团许厂煤矿置换开采幻灯片31

淄矿集团许厂煤矿置换开采幻灯片31第一页，共34页。矸石置换开采综合技术

2、矿生产情况许厂煤矿于1996年6月开工兴建，设计生产能力150万t/a，1998年10月试生产以来，已累计生产原煤2079万吨，实现了安全生产。

3、开采煤层

矿井主采煤层为3下、16上和17煤层，平均总厚5.05m，占可采煤层总厚的85%。矿井井田南北长10km，东西宽6km，总面积56.3km2。第二页，共34页。矸石置换开采综合技术

由于城市建设快速发展，煤炭资源压覆量大幅增加，可采煤量锐减，从长远的发展看,矿井面临以下急需解决的问题：（二）项目研发背景1、“三下”压煤问题严重，影响矿井可持续发展。许厂矿“三下”可采储量约2725万t，占全矿的33%。其中130采区南翼占68.7%。仍有进一步扩大的趋势。

自2002年以来，许厂煤矿针对"三下"压煤问题，在130采区开展了条带开采的研究和实践，采出率控制在45%左右，留宽大于采宽。第三页，共34页。矸石置换开采综合技术（二）项目研发背景2、辅助运输紧张，不利于矿井高效生产。井下矸石的处理问题日趋严重。矿井的开拓工程量大、产矸多，年出矸量12.5万t，辅助运输出现了一定程度的紧张，给矿井的高效开采带来了一定的隐患。3、地面矸石排放量大，不利于清洁生产。传统地面排矸方式产生的矸石山侵占大量良田，同时对环境的污染与破坏严重，不利矿区与村庄的和谐发展。第四页，共34页。矸石置换开采综合技术（三）项目指导方针

许厂煤矿确立以提高资源利用率为核心，以资源节约重点的指导原则，提出了将井下矸石处理和条采煤柱合理回收相结合，实施置换开采的方案，实现条采后留设煤柱资源的进一步合理回收，而且可以将井下产生的矸石直接进行处理，达到矸石不上井的目的。

第五页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）研究意义

本项目的研究，对解决我国“三下”压煤、井下矸石处理等问题开创了一条新的技术途径，可以最大限度地回收煤炭资源，对许厂煤矿的可持续发展具有极大的现实意义。第六页，共34页。矸石置换开采综合技术（一）井上、井下对照图

经过分析，确定130采区南翼为置换开采区域，上面村庄稠密，2003年6月采用条带进行开采，2005年8月回采结束。二、实验区域生产地质条件第七页，共34页。矸石置换开采综合技术（二）围岩情况

130采区主采3下煤层，平均约为5.0m、煤层倾角平均4°、容重1.35t/m3、煤层f＝2～3。埋深约290m。

岩性岩层抗压强度/MPa抗拉强度/MPa容重/t·m-3抗剪强度(MPa)正应力内摩擦角/°30°45°3下顶板粉砂岩47.41.32.562.37.435中砂岩63.72.62.489.015.430细砂岩55.62.32.635.710.6383下煤层14.84.121.353.225.46333下底板砂质页岩38.21.52.526.313.235粉砂岩45.31.92.553.18.030粉细砂岩67.13.52.69.914.227第八页，共34页。矸石置换开采综合技术（三）条采后地表水平变形

压煤村庄为孙桥、王桥，孙桥住户为160户；王桥住户为270户。建筑物为老旧的土房、砖瓦住房，近年新建的二层砖混结构住宅，多为土木结构和部分砖混。采用条带开采后，村庄建筑物均处于《规程》规定的最高保护等级Ⅰ级范围内。第九页，共34页。矸石置换开采综合技术（一）研究内容1、充填矸石物理力学性能测试2、充填巷合理布置位置3、合理采出宽度研究4、合理的掘充顺序确定5、充填巷支护与加固技术6、置换开采后的地表变形预测7、充填系统及其工艺设计8、地表移动观测设计三、研究内容与技术路线第十页，共34页。矸石置换开采综合技术（二）技术路线建下条采保护煤柱矸石置换开采综合技术研究矸石的压实度测试与分析置换开采可行性分析矸石充填系统设计充填巷两侧煤柱设计充填巷掘充顺序优化充填巷支护方案设计矸石充填巷位置优选矸石充填工业性试验第十一页，共34页。矸石置换开采综合技术（一）矸石性能的测试

采用MTS810力学试验伺服机进行试验，矸石的原始碎胀系数约为1.74，在许厂煤矿的地应力条件下，压实试验后碎胀系数降为1.39，可知压实度为0.8。四、主要研究成果第十二页，共34页。矸石置换开采综合技术（一）矸石性能的测试

巷道中矸石充填后因碎胀系数的变化，矸石密实后的实际充填率约为63.7%。结论：矸石的充填和加固作用，在初期主要是对充填巷两侧煤柱施加一定的侧向约束，通过提高其两侧煤柱的承载性能来控制地表下沉的；只有在矸石的压缩变形量达到一定程度时，才能起到支撑作用。第十三页，共34页。矸石置换开采综合技术（二）充填巷合理位置确定

原则：掘进充填巷后所留煤柱具有稳定性，能有效支撑上覆岩层，从而维护地表变形可控。

两种实现的方法：（1）所留煤柱尺寸合理；（2）要对充填巷帮进行必要的加固，以约束充填巷两侧留设煤柱的变形。此时可实现安全置换开采。第十四页，共34页。矸石置换开采综合技术（二）充填巷合理位置确定1、首先确定充填巷位置：充填巷位置选择是本项目的技术关键之一。一般充填巷位置有三种，方案（1）均匀布置；方案（2）集中在中部布置；方案（3）分开布置在煤柱两侧。第十五页，共34页。矸石置换开采综合技术（二）充填巷合理位置确定2、确定充填巷的条数：在煤柱中施工两条、三条、四条等七个方案，首先采用进行计算，又采用模型按实际煤层埋深设置模拟

。第十六页，共34页。矸石置换开采综合技术（二）充填巷合理位置确定结论：

1、在条采保护煤柱中采用集中布置充填巷，约束充填巷两侧留设的煤柱，以加大其“核区”，实现置换开采后所留较小的煤柱承载效果与原大煤柱承载效果大体相当的目的，从而达到控制地表移动在允许的变形范围之内。

2、每个条采煤柱中间布置2条矸石充填巷，充填巷尺寸为：宽×高＝4.0×5.0m，巷间煤柱为4.0m，可保证地表变形在国家规定的Ⅰ级变形范围之内。第十七页，共34页。矸石置换开采综合技术（三）充填巷支护方案

充填巷维护特点：巷道围岩应力相对较高、充填巷维护时间短，支护要求相对较高、充填巷维护思路是“强帮固顶”。

1、充填巷施工：充填巷间煤柱4.0m，巷道为矩形，宽×高＝4.0×5.0m，分二次掘进成巷：第一次掘进的巷道断面尺寸为宽×高＝4.0×3.0m，第二次为落底掘进，宽度不变，但高度以到达煤层底板为准，则二次掘进高度一般为2.0m。第十八页，共34页。矸石置换开采综合技术（三）充填巷支护方案2、支护方案：选用Φ18×2400mm的锚杆。每根锚杆均采用2支MSCK2350树脂药卷锚固。顶板和两帮均使用菱形金属网。第十九页，共34页。矸石置换开采综合技术（三）充填巷支护方案3、井下置换开采实照（巷道维护情况）第二十页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）置换开采的工艺1、煤柱置换开采顺序（1）掘进顺序：南三→南五→南二→南四→南一，采用跳采方式。（2）充填巷随掘随充。（3）按上述顺序进行二期置换。第二十一页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）置换开采的工艺2、置换开采工艺流程：矸石充填置换开采是在煤柱中掘出巷道、采出煤炭，并采用井下矸石对巷道进行充填，其工艺流程是，将岩石巷道掘进生产出的矸石，经轨道运输巷，到达充填工程上部车场，用抛矸机抛射到充填巷道进行充填。

第二十二页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）置换开采的工艺3、置换开采工艺流程图

第二十三页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）置换开采的工艺4、必须的充填系统设备。序号设备名称数量设备型号1翻车机1台FDBZ-1/62给料机1部K3-00（B）3胶带输送机3台SSJ-800/2×55（2部）SJ-80X（1部）4矸石充填机1台ZHT52.5/1065第二十四页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）置换开采的工艺5、井下置换开采实照（矸石充填系统翻车机）第二十五页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）置换开采的工艺5、井下置换开采实照（抛矸机抛矸状况）第二十六页，共34页。矸石置换开采综合技术（四）置换开采的工艺5、井下置换开采实照（抛矸机推矸及充填后的状况）第二十七页，共34页。矸石置换开采综合技术（五）置换开采地面监测（1）沿南北方向设一条测线，测点相距25m，共布置65（即测点1至15）个测点，在不受采动影响区域设三个控制点R1、R2和R3。（2）沿东西方向设一条测线，测点相距25m，共布置40（即测点16至37）个测点，在不受采动影响区设三个控制点R4、R5和R6。第二十八页，共34页。矸石置换开采综合技术（五）置换开采地面监测（3）地面情况实照（农田、公路）第二十九页，共34页。矸石置换开采综合技术（五）置换开采地面监测（4）地面情况实照（村庄）第三十页，共34页。矸石置换开采综合技术（五）置换开采地面监测

结论：基于概率积分原理编写的矿区沉陷预测预报系统MSPS对置换开采区域地表的变形进行了预测，而且通过地表岩移的实际观测分析后，结果表明：许厂煤矿在近三年的置换开采后，地面村庄内的建筑物的变形指标均可有效控制在Ⅰ级变形范围之内。第三十一页，共34页。矸石置换开采综合技术（一）经济效益1、2006年度：置换煤量13.12万t，充填矸石9.7万m3

；除去投入成本1133万元，年获净利润4770万元。

2、2007年度：置换煤量20.21万t，充填矸石15万m3；除去投入成本1133万元，年获净利润7827万元。

3、2008年度：截止一季度出煤5.12万t，充填矸石3.8万