煤矿膏体充填研究与发展

1、周华强 教授2010.12.21 徐州1提 纲20 引言1 煤矿矿膏体充填开采是什么?2 煤矿矿膏体充填发发展的背景3 膏体充填的技术优势术优势4 膏体充填采煤的关键键技术术5 膏体充填控制岩层层移动动效果6 膏体充填采煤效益分析7 煤矿矿膏体充填的发发展方向0 引言3最近听了艾莫老师师的做最有用的好员员工，很有收获获，有几点想与大家分享。人才的五个标标准排序？专业专业 、敬业业、性格、 人品、心态态正确的排序是：心态态、人品、性格、敬业业、专业专业 ！良好的心态应该态应该 包含：归归零心态态、学习习心态态、积积极 心态态、感恩心态态、包容心态态。两个错误错误 心态态：法官态态度、旁观观者心态态。0 引言4 人才成长长的心路历历程：（1）有一个梦想老板需要5匹马马：领导马领导马 、执执行马马、管理马马、技术术 马马、顾问马顾问马 。（2）有一个明确的目标标（3）有一个有效的计计划（4）持续续地行动动（5）坚坚定的信念 人生是挂幌、经营经营 幌的过过程。成功的秘密：滴水穿石。经营经营 幌的三原则则：相信、坚坚持、系统统学习习。0 引言5（1 1）选择课题：研究的目的和对象）选择课题：研究

2、的目的和对象 （2 2）调查分析：历史现状调查、实地考察、文献调查）调查分析：历史现状调查、实地考察、文献调查、资料整理、资料整理 （3 3）制订方案）制订方案 （4 4）提出假说）提出假说 （5 5）实验观测）实验观测 （6 6）解释结果：解释实验结果和分析推理，形成理论）解释结果：解释实验结果和分析推理，形成理论/ /假说或结论假说或结论 （7 7）撰写报告：研究报告和科学论文）撰写报告：研究报告和科学论文 （发现问题，分析问题，解决问题，表述问题）（发现问题，分析问题，解决问题，表述问题）4P4P 科学研究的基本程序1 煤矿膏体充填开采是什么？6膏体充填指的是把物料制作成“无临界流速、 不需脱水”的膏状浆体，通过泵压和重力作用，经 过管道输送到矿井下，适时充填采空区的方法。 膏体充填定义煤矿膏体充填料浆是一种利用矸石、粉煤灰等固体废物制作的， 适合管道输送的、低成本的、特殊 “混凝土”或特殊“砂浆”。1 煤矿膏体充填开采是什么？7 膏体充填开采改变了什么？ 传统长壁垮落采煤破装运支管 长壁胶结膏体充填采煤1 煤矿膏体充填开采是什么？8 为什么要搞膏体充填采煤？ 解放解放“三下一上

3、” 压煤，提高煤炭采出率，延长矿井服务年限； 保水采煤； 坚硬顶板管理； 沿空留巷，煤与瓦斯共采； 固体废弃物资源化利用。2 煤矿膏体充填发展的背景9 我国煤炭工业规模与地位中国能源结构中国煤炭产量中国煤炭产产量占全世界40%左右。专专家预测预测 ，未来50年内中国煤炭产产量将达到4550亿亿t/a，煤炭占全国能源比例不会低 于50%，煤炭将一直是中国第一能源。2 煤矿膏体充填发展的背景10 我国煤炭工业主要问题之一安全问题 中国煤矿历年百万吨死亡率统计内蒙古0.052山西0.328陕西0.117山东0.05安徽0.28河南0.90四川4.334重庆5.42贵州3.24 2009年部分 省市煤矿死亡率美国0.045澳大利亚0德国0.04波兰0.26南非0.3印度0.27单位：人/Mt2 煤矿膏体充填发展的背景11 我国煤炭工业主要问题之二采出率低区域美国俄罗斯中国印度澳大利亚世界 占世界份 额/%27.117.312.610.28.6100储采比/年24550059229215164 2004年世界煤炭探明储储量统计统计据据2007中国能源发发展报报告报报报报道，我国煤炭平均采道，我国

4、煤炭平均采出率只有出率只有3030左右，不到国左右，不到国际际际际先先进进进进水平的一半。中国水平的一半。中国1980198020002000年的年的2020年年间间间间，煤炭，煤炭资资资资源就浪源就浪费费费费了了280280亿亿亿亿t t。中国煤炭开采强度是其探明储储量比例的3倍，采出率比世界先进进国家少2030个百分点，每年煤炭资资源浪费费20亿亿t，如 此下去，是不可持续续的！ 2 煤矿膏体充填发展的背景12 我国煤炭工业主要问题之二采出率低我国的煤炭95%是地下井工垮垮落法开采的，我国的井工采煤 量占全世界井工采煤总总量的65%左右。我国东东中部地区人口密集，以村庄建筑物为为主的“三下一上” 压压煤十分严严重。以山东东省为为例，2000年统计统计 建筑压压煤44亿亿t，占 全省煤炭可采储储量的53%。初步统计统计 中国山东东、河北、河南、安 徽、江苏苏五省“三下一上”压压煤等呆滞煤炭储储量超过过200亿亿t。传统传统 “三下一上”压压煤主要采用条带带法开采，采一条带带煤， 永久保留一条带带煤，采区采出率一般低于50%，煤厚、采深大时时 更低。钱鸣高院士指出：几十年来我国“三下”

5、采煤 技术没有根 本改变，急需发展新的不迁村高采率采煤技术。 2 煤矿膏体充填发展的背景13 我国煤炭工业主要问题之三破坏环境我国煤矿普遍采用垮落法开采，引起岩层破坏与我国煤矿普遍采用垮落法开采，引起岩层破坏与 移动，导致地表开采沉陷，破坏土移动，导致地表开采沉陷，破坏土地资资源和地下水资资 源，同时时排放大量瓦斯、煤矸石、矿矿井水，污污染环环 境。据统计统计 ，全国平均每产产1t煤排放瓦斯68m3、矸 石0.10.15t、矿矿井水1.752.15t。单单矸石，我国每年 新增34亿亿t。陕陕西榆榆林地区按照开采对对土地水质质大气和人力 资资本的影响2003年达到52.88亿亿元，合74.18元/t， 环环境损损失占当年GDP的18.83%。2 煤矿膏体充填发展的背景14 我国煤炭工业主要问题之三破坏环境煤炭的环境成本指在煤炭生产、加工、储存、运输、消费过程中对环境造成各种损害的成本，其中包括气 候变化、空气破坏、水污染、土地破坏等各类环境问题 的成本。2005年煤炭开采环境成本69.47元/t，煤 炭燃烧环境成本91.70元/t。2 煤矿膏体充填发展的背景15 我国煤炭工业可持续发展技

6、术途径（1 1）提高资源采出率）提高资源采出率 （2 2）提升资源开采范围）提升资源开采范围 （3 3）减少矸石排放）减少矸石排放 （4 4）减轻地表沉陷）减轻地表沉陷 （5 5）减少水资源破坏）减少水资源破坏 （6 6）矸石综合利用）矸石综合利用 （7 7）减少材料消耗）减少材料消耗 （8 8）减少瓦斯排放）减少瓦斯排放 （9 9）瓦斯利用）瓦斯利用 （1010）土地复垦）土地复垦 （1111）矿井水净化）矿井水净化 （1212）伴生矿物综合开发）伴生矿物综合开发。固体废废物膏体充填开采把矸石等固体废废物的利用，与 控制采煤工作面顶顶底板岩层层破坏，减少开采沉陷，保护护地 面建/构筑物结结合起来，具有提高资资源采出率、增强矿矿井安 全保障度、保护矿护矿 区生态环态环 境的鲜鲜明特性的绿绿色开采核心 技术术，是我国煤炭工业业科技发发展的主要方向。2 煤矿膏体充填发展的背景16 我国煤炭工业可持续发展技术途径 “高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系2 煤矿膏体充填发展的背景17 世界主要充填采矿方法发展历史2 煤矿膏体充填发展的背景18中国矿业矿业 大学是国内最早研究煤矿矿膏体

7、充填开采技术术的单单位之一：1996年提出利用固体废废物膏体充填开采控制地表开 采沉陷，解放“三下一上”压压煤思想。 2005年通过过“211工程”，投资资建成充填采矿实验矿实验 室，现现已经经成为为“煤炭资资源与安全开采国家重点实验实验 室 ”的重要组组成部分。2006年以来承担完成了我国煤矿矿第一批膏体充填工 业业化试验项试验项 目。 我国煤矿膏体充填的发展过程19充填注浆材料制备实验系统充填注浆材料制备实验系统粗粒料浆充填实验系统粗粒料浆充填实验系统细粒料浆充填实验系统细粒料浆充填实验系统在中国矿业大学在中国矿业大学“ “211211工程工程” ”支持下设计建支持下设计建立了充填采矿实验室，已为煤炭资源与安全开立了充填采矿实验室，已为煤炭资源与安全开 采国家重点实验室的一部分，为膏体充填技术采国家重点实验室的一部分，为膏体充填技术 研发提供了先进试验平台。研发提供了先进试验平台。2 煤矿膏体充填发展的背景 中国矿大充填实验室20 中国矿大承担煤矿膏体充填投产项目中国矿大承担煤矿膏体充填投产项目No项项目名称充填目的合作单单位投产时间产时间1厚煤层层分层层膏体 充填开采提高开采上限

8、太平煤矿矿2006.52粉煤灰膏体充填井下处处理粉煤灰金牛股份邢台煤 矿矿2007.73村庄下矸石膏体 充填综采解放建筑物压压煤，保 护护村庄建筑峰峰集团团小屯 矿矿2008.64村庄下与承压压水 上绿绿色开采解放建筑物压压煤，保 护护建筑和开采安全焦煤集团团鑫珠 春公司2008.75膏体充填回收条 带带煤柱回收条带带开采遗遗留煤 柱，保护护建筑/构筑淄矿矿集团团岱庄 煤矿矿2009.126地面管输膏体巷 旁充填厚煤层无 煤柱开采无煤柱开采淄矿矿集团许团许 厂 煤矿矿2010.621 兄弟单位承担煤矿膏体充填项目部分统计兄弟单位承担煤矿膏体充填项目部分统计2 煤矿膏体充填发展的背景No煤矿名称项目名称进展情况1枣枣庄蒋庄煤矿矿村庄下膏体充填2006.5投产产2新汶孙孙村矿矿煤矸石似膏体自流充填2006.9投产产3淄博王庄煤矿粉煤灰高水膨胀充填2008.10投产产4峰峰通顺顺公司煤矸石似膏体自流充填2009.9投产产5内蒙古泰源煤矿煤矸石膏体充填2008.10通过过方案论证论证6新汶赵赵官公司矸石/河砂膏体充填2009.9通过过方案论证论证7铁铁法大明矿矿风风井煤柱膏体充填开采2010.

9、1通过过方案论证论证8金牛股份东庞矿东庞矿煤矸石膏体充填2010.4 项项目启动动9华华泰矿业矿业 公司铁铁路压压煤似膏体充填2010.5通过过方案论证论证2 煤矿膏体充填发展的背景22膏体充填最早是1979年在德国格伦德金属矿发展起来的；国内金川有色金属公司1989年开始试验膏体充填 ；膏体充填已经在世界金属矿山开采和尾矿处理等方面 得以比较广泛的应用，一年一度的世界膏体充填研讨会 已经召开13次。国内外金属矿矿山膏体充填技术术研究成果，对对我国煤 矿发矿发 展膏体充填有重要参考借鉴鉴价值值，但是，以解放“ 三下一上”压压煤为为主要目的的煤矿矿膏体充填与金属矿矿山 膏体充填有重要的区别别。 煤矿膏体充填的特点2 煤矿膏体充填发展的背景23与金属矿矿山膏体充填比较较，解放“三下一上”压压煤 的煤矿矿膏体充填开采主要特点是： 充填的目的是减沉。 充填与采煤同在一个工作面，充填体构筑方法不 同于金属矿矿山，煤矿矿需要发发展专门专门 膏体充填隔离支架。 充填材料强度性能要求不同，煤矿矿充填以后数小 时时后就要求充填体承载载，否则则，影响采煤面产产量。 煤矿矿膏充填原料主要是煤矸石、坑口电电厂低质质粉 煤灰等，材料品质质差，质质量波动动大。 煤矿膏体充填的特点3 膏体充填的技术优势24 煤矿充填开采地表沉陷W0的组成No地表沉陷组成部分主要影响与控制因素1充填前顶底移近量W1 （顶板下沉量W11、底臌量W12）主要受采深、

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