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1、井下充填浅谈粉煤灰矸石充填开采技术与研究作者：郑国廷、王喜博作者单位：冀中能源金牛股份邢台矿浅谈粉煤灰矸石充填开采技术与研究冀中能源金牛股份邢台矿摘要：在煤炭资源日益紧缺、环境迫需治理的当代，充填开采成为了煤炭界一个热门话题。华北、东北的老煤炭工业基地经过长时期高强度的开采，可采煤量日益减少，“三下”压煤煤量所占比例越来越突出；同时，地面工业废料堆积成山，污染严重。为解决三下”压煤的充填开采技术与研究课题，意义重大，应用前景十分广阔。关键词：充填开采矸石+粉煤灰“三下”压煤粉煤灰矸石充填开采就是从地面将工业废料-矸石和粉煤灰输送到井下，充填到回采工作面采空区，从而减少顶板下沉，缩小地面沉降，极
2、大地减轻对地表建筑的影响。目前，邢台矿首个7606充填面，在08年12月份开始试采。7606充填面位于邢台矿工业广场保护煤柱下，面长50米，后退长度460米，经不足一个月的初期工业试采，工作面达到月产2万吨生产能力，采空区全部充满接顶，并用捣实装置进行推捣压实，仅有顶底板移近量、采空区充填料二次压实无法根本控制外，实现总充填采充率达90。工作面未出现任何明显来压现象，上方40米回风大巷未出现明显下沉，初步认定充填效果良好。一、项目的提出邢台矿是已开采40多年的老矿，随开采强度逐年增加，矿井储量趋于枯竭。截至2007年底，邢台矿剩余可采储量日益减少，而邢台矿区范围内的村庄及工业广场建筑物、断层煤
3、柱、冲积层煤柱却压煤5800多万吨。因此，对于邢台矿来说，从村庄、工业广场及冲积层下进一步解放煤炭资源是延长矿井服务年限、保持稳产高产的当务之急。邢台矿现有矸石山一座，占地面积4.6万m2，矸石储量380万m3有丰富的矸石积存。现有洗煤厂一座，年洗矸量30万m3，有大量的洗矸资源。自备有矸石电厂一座，年产粉煤灰37万m3。这些固体废弃物为邢台矿充填开采提供了丰富的充填材料。邢台矿提出将矸石和粉煤灰固体废弃物直接充填到采空区，从而控制顶板下沉和地表沉陷，解放“三下”压煤。二、国内外技术现状国外（如波兰、德国、法国等）一些煤矿都曾采用过充填法采煤。充填开采在波兰、德国发展应用效果较好且比较广泛。波
4、兰在城镇及工业建筑物下采煤时采用水砂充填的采煤量占全国建筑物下采煤量的80%左右。国外使用的充填料通常是河砂、煤矸石和电厂粉煤灰等。英国、法国、比利时等国都不同程度地采用了风力充填方法。我国在抚顺用废油母页岩充填采空区，下沉系数为0.12。蛟河煤矿将矸石破碎作为充填材料，其下沉系数为0.21。矿山充填技术是为了满足采矿工业的需要发展起来的。矿山充填虽然已达数百年的历史，但早期的充填是从矿山排弃地下废料开始的，最早有计划地进行矿山充填是1915年澳大利亚的塔斯马尼亚芒特莱尔矿和北莱尔矿应用废石充填。在矿山充填方面取得较大的进展，在国外是近60年以来，而在我国则是近40年。在吸取了国外经验的基础上
5、，其差距已逐步缩小。特别是近十年来，随着我国社会经济的大发展，资源的日益紧缺，煤炭行业正努力寻求能够解放“三下”压煤的新的开采技术工艺，充填开采技术因而在我国得到了大的发展，在山东、河北、河南等地煤矿相续进行了充填开采试验，我相信，在不久的将来，我国充填开采技术必将超越国外发展水平，为我国的煤炭工业可持续发展奠定坚实基础。三、主要研究开发内容1、充填材料选择充填材料以地面矸石为主，为填补矸石间隙，加强充实率，减少顶板压实量，我矿充填材料选择矸石（洗矸）中加入一定比例粉煤灰，混合成矸石+粉煤灰的黏结材料，矸石与粉煤灰配比，考虑黏结材料固结性、受压密实度、井上下运输条件等因素，混合质量比为1：0.
6、6。2、设计施工了大口径投料孔和储料仓，并安装缓冲装置和防堵装置，解决了深井大流量输料关键技术难题；邢台矿充填项目，需要将大量充填材料，从地面输送到300多米深的井下。所需充填材料大约等同于工作面采出煤量的体积，即每月至少需要几万吨的充填材料，如此大批量的充填材料（干料）向井下输送，目前国内外尚没有解决方案。为解决我矿充填系统中矸石运输的关键环节，邢台矿决定在工业广场内打大直径投料钻孔，钻孔直径为470mm，钻孔下部施工一个直径3.5米，深为56米的储料仓，储料仓内安装缓冲装置和防堵装置。利用大口径投料孔将洗矸与电厂粉煤灰投送至井下仓储存，再利用井下皮带运输到工作面。3、形成地面储装运系统，建
7、立粉煤灰矸石充填站。皮带输送矸石，螺旋给料机输送粉煤灰，并分别安装计量装置，定量给料，连续投料进大直径投料孔，输送至井下储料仓。4、形成一条全部皮带化的井下高效运矸系统；掘进运矸皮带巷，利用井下皮带将充填料运输至工作面。5、综采工作面安装充填支架，实现架后充填和捣实；采煤与充填有机统一，实现了边采煤边充填；与普通支架相比，充填支架多一个后尾梁，尾梁后端吊挂没底封的刮板运输机，刮板运输机中槽钢板开方孔，刮板运输机运转时向采空区漏充填料，支架后端联接捣实机，通过操作捣实机，实现对充填料的充捣压实。6、采场安装矿压在线监测设备，实现矿压在线实时监测，并在地面和工作面上方的回风大巷设测站，对工作面支护
8、质量、矿压显现、顶板离层、充填体、地面变形全方位观测。五、与当前国内外技术比较此项目中，通过地面打大直径投料孔，投料孔下端施工储料仓的方式，将大量充填材料从地面输送到井下的材料输送系统，在国内外尚没有相关报道；通过架后安装捣实装置，将充入采空区的充填料进行充捣和压实的充填技术，在国内外尚没有相关报道。本课题的成功，为更大范围的解放“三下”压煤奠定了坚实基础，此项技术在国内外处于领先水平。邢台矿矸石粉煤灰充填开采技术研究是我公司级重大科技攻关项目，该技术与研究在工程实践及理论研究方面在国内外尚属先例。六、社会效益.该项目在邢台矿成功后，可以将地面洗选矸石和电厂粉煤灰充填于采空区，将矸石与粉煤灰的
9、混合体作为井下充填结构支撑体，在解决或降低地面沉降和塌陷问题的基础上，可实现建筑物下煤炭资源的最大程度回收，最大可能的增加矿井的服务年限，对邢台矿具有极大的现实意义。主要社会效益如下：解放“三下”压煤，提高矿井资源采出率，大大增加矿井服务年限；解决矸石与粉煤灰的地面排放造成了环境的污染与破坏的问题；大大减轻边角煤柱冲击地压威胁、减轻地表沉陷带来的生态破坏等问题，避免地面建筑设施搬迁和采动破坏；为解决我国“三下”压煤的“规模性”开采问题，实现绿色矿山开采提供一条新的技术途径。因此，在邢台矿实施矸石与粉煤灰直接充填开采技术的研究，其技术科学与工程研究意义十分重大。为我国类似条件下“三下”压煤矿山开采开创了一条新的技术途径，对于整个煤炭工业可持续发展，也有着重大现实意义。参考文献：刘同有等编著，充填采矿技术与应用，冶金工业出版社出版，2001年10月，1页、2页、385页、389页作者简介：王喜博，男，1979年6月4日，河北省保定市蠡县，冀中能源金牛股份邢台矿，助理工程师。郑国廷，男，