综合机械化充填采煤技术与装备—42页.

1、一一中国充填开采的背景与意义中国充填开采的背景与意义二二充填开采技术与装备充填开采技术与装备三三充填开采技术实践充填开采技术实践目目 录录目 录一次能源生产总量一次能源生产总量一次能源消费总量一次能源消费总量1 1、中国煤炭、中国煤炭能源结构和地位能源结构和地位 煤炭煤炭是中国的是中国的主体能源，保障着国民经济快速发展。主体能源，保障着国民经济快速发展。一一、中国充填开采的意义、中国充填开采的意义2 2、煤炭生产过程中存在的问题煤炭生产过程中存在的问题n 全国规模较大的矸石山约有1600多座，矸石堆积量 在43亿吨以上，占地1.5万公顷左右；n 造成水资源破坏和污染；n 煤炭开采引起土地塌陷，

2、影响和破坏了地表生态；n 同时全国137亿吨“三下”煤炭资源不能开发。一一、中国充填开采的意义、中国充填开采的意义2 2、存在问题、存在问题一一、中国充填开采的意义、中国充填开采的意义 近年来，中国在研究充填开采技术方面取得了突破，有效地解决上述问题：p 可有效控制开采过程中的矿压显现；p 控制地表下沉，减少对地面生态的破坏；p 可实现矸石不升井，煤矿不建矸石山；p 可避免采空区的瓦斯爆炸和残留煤自然； 研究煤炭资源开采过程中的充填技术和装研究煤炭资源开采过程中的充填技术和装备对生态环境保护具有重要的理论与实践备对生态环境保护具有重要的理论与实践意义。意义。3 3、充填开采的意义、充填开采的意

3、义一一、中国充填开采的意义、中国充填开采的意义目 录n 岩层虽然具有非均质性、各向异性和破碎性的基本特征， 仍可用极限值来确定岩层的变形的条件。n 岩层不断裂的两个必要条件是:1 1、充填开采矿压显现规律研究充填开采矿压显现规律研究二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备n 充填支架和充填体支撑顶板变量关系研究充填支架和充填体支撑顶板变量关系研究二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备2max22rtqqLH 4332rrHqLhhEH 支架对顶板的支撑力支架对顶板的支撑力rqn 在液压支架顶板控制区在液压支架顶板控制区式中可见：式中可见： 在充填采煤中，液压支架控制区支架对顶板的支撑

4、力在充填采煤中，液压支架控制区支架对顶板的支撑力 决定着拉应力决定着拉应力 大小。大小。 直接顶处于限定变形状态，支架支撑力允许的下沉量直接顶处于限定变形状态，支架支撑力允许的下沉量约束着直接顶的变形量。约束着直接顶的变形量。)(1LL rqmax二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备式中可见：式中可见： 充填体高度充填体高度 和密实度和密实度 决定拉应力决定拉应力 大小；大小； 充填后的直接顶，也是限定变形状态，充填体的高度充填后的直接顶，也是限定变形状态，充填体的高度和密实度限制了直接顶变形量。和密实度限制了直接顶变形量。) 1(11AniicmKmchhhLhmhcniic20ma

5、x2)(2LL n 在充填体顶板控制区在充填体顶板控制区mmhc,充充填填体体高高度度充填密实度充填密实度cchcmax二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备 充填开采理论和实践证明：支架支护强度和充填体密实度控制着直接顶下沉变形。正确地确定不同岩性条件下的液压支架支护参数和充填密实度，就能控制了上覆岩层的移动，达到在采煤过程中控制地表下沉的目的。二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备n “矸石矸石+ +粉煤灰粉煤灰”固体充填材料固体充填材料 通过试验室力学参数测试和现场试验，研制出适合规模化开采和密实充填材料,成为消除地面矸石山污染源的有效方法。（配比1:0.31；粒度30mm；

6、含水率20% 25% ；采空区充实率90 % 97%）。351 01 52 02 53 03 54 04 55 05 56 06 502 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 0CI/SC lC lC lC lOIFOSQFI/SQQQQQQQQIFFKKKKKKKKKKK K Q : 石 英（ 多 ）K : 高 岭 石 （ 多 ）I: 伊利 石I/S : 伊蒙混 层S : 蒙皂 石 （ 少）C l: 绿 泥 石 （ 少）C : 方 解石 （ 少） F : 长 石 （ 少）n o n : 非 晶物 质O : 其它 （ 少）衍射 角度 (单 位

7、: 度 )衍 射 强 度 (单位: 每 秒 脉 冲 数)2 2、综合机械化矸石固体充填技术、综合机械化矸石固体充填技术二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备 充填开采液压支架把铰接点设计在了中间，形成前后顶梁结构，整个顶梁对顶板进行积极支撑，没有薄弱点，有效地支撑着顶板，且充填工作始终在支撑状况下进行，相当于煤体、支架和充填体共同支撑顶板。n 矸石固体材料充填液压支架矸石固体材料充填液压支架2 2、综合机械化矸石固体充填技术、综合机械化矸石固体充填技术二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备 充填材料经大垂深投料系统，运到支架后部的充填输送机，投放到采空区，实现了采煤、充填在空间上分

8、开，时间上平行，形成了规模化开采能力。n 矸石固体材料充填技术矸石固体材料充填技术充填工艺充填工艺2 2、综合机械化矸石固体充填技术、综合机械化矸石固体充填技术二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备n 超高水充填材料制备超高水充填材料制备3 3、综合机械化超高水材料充填技术、综合机械化超高水材料充填技术 超高水充填：在没有固体充填材料时，研究的一种材料充填技术。超高水材料试验过程示意图二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备 高水材料水化的主要产物是细针状钙矾石，钙矾石大量吸收周围水分变为本身的结晶水，在结晶过程中形成为一个坚固的钙矾石网状形骨架，网状骨架像海绵体一样吸附大量游离水，

9、使高水材料具有凝结快、固水率高的特性，形成固定形状的支撑体，起到支撑顶板的作用。 钙矾石的针柱状结构交错形成网状骨架钙矾石的针柱状结构交错形成网状骨架n 超高水充填材料制备超高水充填材料制备二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备 凝固剂和助凝剂两种材料制浆后，在未混合混合前24h以内不凝固、不结底；一旦两者混合，则可在30分钟内整体固化。固结体各龄期单轴抗压强度随时间变化曲线n 超高水充填材料制备超高水充填材料制备充填材料受力实验二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备 四柱式四柱式: :支架前部满足正常的综合机械化开采，后部支架实现采空区超高水充填，同时满足充填和采煤协调作业。 六

10、柱式六柱式: 前、后分体式支架的中间采用液压缸连接，实现前支架走三个步距进行一次充填或者采煤与充填同时进行作业，提高工作效率。二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备n 超高水材料充填液压支架超高水材料充填液压支架矸石膏体充填站外观矸石膏体充填站外观投料系统设备缓冲器布置图投料系统设备缓冲器布置图 矸石膏体充填：先将固体破碎加工，然后用胶结料和水按比例混合搅拌制成膏体浆液，再通过充填泵把膏体浆液输送到井下充填工作面进行充填。4 4、综合机械化矸石膏体充填技术、综合机械化矸石膏体充填技术二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备粉煤灰粉煤灰-80 -80 m m部分激光粒度分析部分激光粒度

11、分析 胶结料膏体与胶结料膏体与42.542.5级水泥膏体强度对比图级水泥膏体强度对比图粉煤灰质量与膏体强度关系粉煤灰质量与膏体强度关系-5mm-5mm矸石百分比与龄期强度关系矸石百分比与龄期强度关系4 4、综合机械化矸石膏体充填技术、综合机械化矸石膏体充填技术n 膏体充填材料制备膏体充填材料制备二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备矸石膏体充填支架示意图矸石膏体充填支架示意图矸石膏体充填支架矸石膏体充填支架 充填支架为四柱支撑式，采取特殊的四连杆掩护板结构设计，能够起到隔离墙功能，达到快速构筑隔离墙的目的。二、充填开采技术与装备二、充填开采技术与装备n 膏体充填支架膏体充填支架目 录邢台

12、矿邢台矿76067606充填采煤工作面井上、下对照图充填采煤工作面井上、下对照图1 1、矸石固体材料充填技术矸石固体材料充填技术工业应用工业应用三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践1 1、综合机械化充填采煤技术效果综合机械化充填采煤技术效果综合机械化矸石固体井下充填现场综合机械化矸石固体井下充填现场三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践井下充填沉降监测井下充填沉降监测地表充填沉降监测地表充填沉降监测1 1、综合机械化充填采煤技术效果综合机械化充填采煤技术效果三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践n 2008 2008年全国第一个真正年全国第一个真正意义上的综合机械化推压意义上的综合机械

13、化推压密实充填开采工作面成功密实充填开采工作面成功生产。生产。n 2012 2012年年6 6月，工作面月月，工作面月产达到产达到 8.638.63万吨万吨 。1 1、矸石固体材料充填技术矸石固体材料充填技术工业应用工业应用三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践冀中能源陶一矿超高水材料充填工作面冀中能源陶一矿超高水材料充填工作面n 陶一矿工业应用陶一矿工业应用2 2、超高水材料充填技术超高水材料充填技术三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践 在陶一矿实施超高水材料采空区充填中，采取了多种手段对充填效果进行了钻打窥视孔、在被充填的采空区中掘探巷、工作面矿压观测及地面观测等探测与验证。p 效果

14、检验超高水材料充填矿压观测超高水材料充填矿压观测2 2、超高水材料充填技术超高水材料充填技术三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践p 根据邢东矿工业广场地面各类设施布局的实际情况，设计在试验区上方布设两条地表移动观测线。地表移动观测站布设示意图地表移动观测站布设示意图n 邢东矿充填工作面地表移动邢东矿充填工作面地表移动三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践倾向线动态下沉曲线倾向线动态下沉曲线(mm)沿采空区倾向线动态下沉曲线沿采空区倾向线动态下沉曲线走向线动态下沉曲线走向线动态下沉曲线(mm)走向线动态水平变形曲线走向线动态水平变形曲线(mm/m)p 邢东矿充填工作面地表移动三、充填开采技

15、术实践三、充填开采技术实践观测线Wm（mm）im（mm/m）km（mm/m2）U(mm)（mm/m）倾向方向431.8-0.140.1230-0.90.9走向方向371.3-0.10.0648-1.71.5 邢东煤矿1126充填工作面地表移动观测站长期观测结果地表移动变形最大值如下表：可见井下充填起到了控制或减少地表变形的作用。p 邢东矿充填工作面地表移动三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践在充填体上打的锚杆在充填体上打的锚杆充填体内的巷道高度充填体内的巷道高度3 3、综合机械化充填采煤技术效果综合机械化充填采煤技术效果三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践3 3、综合机械化充填采煤技术

16、效果综合机械化充填采煤技术效果三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践邢东矿和梧桐庄矿被河北省邢东矿和梧桐庄矿被河北省评为评为3A 3A 级工业旅游示范点级工业旅游示范点三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践n 2013年12月21日，中国工程院谢克昌院士到冀中能源参观国家能源充填采煤技术重点实验室，并详细了解充填采煤技术和煤矿生态矿山建设情况。谢克昌院士（左二）参观生态矿山模型谢克昌院士（左二）参观生态矿山模型三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践刘建功给谢院士讲解充填开采相似模拟刘建功给谢院士讲解充填开采相似模拟n 20112011年年9 9月月2828日，日，“全国煤炭工业绿色开采生

17、态矿山建设全国煤炭工业绿色开采生态矿山建设现场会现场会”在冀中能源集团隆重召开，在全国推广冀中能源在冀中能源集团隆重召开，在全国推广冀中能源煤矿生态矿山建设经验。煤矿生态矿山建设经验。现场会参观人员到井下矸石充填综采工作面现场参观学习现场会参观人员到井下矸石充填综采工作面现场参观学习三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践n 已经为国内外已经为国内外100100多家煤炭企业进行了技术指导和服务。多家煤炭企业进行了技术指导和服务。刘建功向国内外来访人员讲解刘建功向国内外来访人员讲解煤矿生态矿山关键技术煤矿生态矿山关键技术三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践刘刘建功向印度建功向印度MAHACOLMAHACOL公司董事公司董事长长SONGITSONGIT、高级顾问、高级顾问PANPAN先生讲解先生讲解超高水充填材料性能超高水充填材料性能n 多次应邀参加国内外交流会议。多次应邀参加国内外交流会议。三、充填开采技术实践三、充填开采技术实践 中国虽然在充填开采做了大量工作，并且取得成功，但中国虽然在充填开采做了大量工作，并且取得成功，但为使这项技术