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绿色矿山建设技术之煤炭资源:建筑物下综合机械化充填采煤技术

一、技术类型

煤炭资源高效开采技术。

二、适用范围

顶板比较稳定的薄及中厚煤层。

三、技术内容

(一)基本原理

建筑物下综合机械化充填采煤技术就是将矸石、粉煤灰等固体废弃物经投料系统、井下运输系统运至工作面,再通过充填开采输送机充填至生产采空区,达到解放建筑物下压煤并控制覆岩运动及地表沉陷。

(二)关键技术

综合机械化充填开采有三个关键技术:

1.推压密实充填装备;

2.采-充平行作业的充填采煤工艺;

3.充填区域注浆补强工艺。

(三)工艺流程

将矸石与粉煤灰以合适比例(例如1:0.31)混合后,通过投料系统、井下运输系统运至工作面,再通过充填开采输送机充填到采空区,由推压密实充填液压支架进行夯实。利用煤壁、支架和充填体对直接顶的不间断接力支护限制直接顶变形,使直接顶转变为基本顶,改变矿山压力岩梁传递作用岩层,从而控制矿压显现,达到解放建筑物下压煤并控制覆岩运动及地表沉陷的目的。

四、主要技术指标

1.主要设备参数:

(1)矸石投料系统:投料深度350~400m,投料能力450t/h。

(2)全封闭式充填液压支架:支护高度2~4.5m,采充平行作业,配合采煤与运输设备年产能力达100万t。

(3)矸石膏体充填系统:膏体浓度大于80%,初凝时间4h,系统充填能力150m3/h。

2.技术效果参数:

采区回采率85%以上,采空区充实率达90%,地面沉降变形控制在建筑物承受范围内。

五、典型实例及成效

冀中能源股份有限公司邢台矿、东庞矿、邢东矿等矿山企业,解放村庄建筑压煤,延长矿井服务年限。邢台矿主采2号煤层,村庄及建筑物下压煤约3200万t,其中村庄下压煤约1500万t,邢台市区压煤(Ⅰ勘探区)约1700万t。充填采煤试验成功后,可实现不迁村开采。按照目前我矿原煤平均价格710元/t,成本按352元/t计算,投资费用服务于现充填区,其储量为799.6万t,按厚煤层75%采出率计,可采出煤炭量599.7万t,可获经济效益425787万元,利润214692.6万元。

六、推广前景

建筑物下综合机械化充填采煤技术的成功应用,能够盘活矿井呆滞煤量,解决“三下”压煤问题,是一套先进的矿井采煤技术,具有可观的社会推广价值,为全国煤矿生产提供了新方法,其主要意义:

1.解决矸石与粉煤灰的地面排放造成环境污染与破坏和占地的问题;

2.大大减轻边角煤柱产生冲击地压的威胁、减轻地表沉陷带来的生态破坏等问题;

3.为解决我国“三下”压煤问题提供一条新的技术途径。

充填开采不仅适用于建(构)筑物、村庄下、水体下压煤的开采,对承压水体上煤炭的安全开采也是一条重要的技术途径。