高水材料充填开采考察报告2.pdf

赴冀中能源邯矿集团陶一矿（超）高水材料充填技术考察报告集团公司（超）高水材料充填技术考察组2015 年 3 月 30 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 12 页 -1 赴冀中能源邯矿集团陶一矿（超）高水材料充填技术考察报告为了缓解日益突出的煤炭资源的枯竭与企业发展的矛盾，有效地进行“三下”压煤开采，特别是一些具有经济价值的稀有煤种的开采，对充分利用地下资源，改善企业经济效益，延长矿井寿命，促进集团公司的健康发展具有重要意义按照集团公司领导的安排，由集团公司生产技术部、通风管理部、机械动力部、技术中心的主任工程师和嘉乐泉煤矿、炉峪口煤矿的总工程师、龙泉煤矿通风副矿长及部分矿井的技术科科长组成的考察组一行10 人，于 3 月 26 日-3 月 27 日赴冀中能源邯矿集团陶一煤矿，就高水材料充填专项技术进行了考察学习在认真听取经验介绍的基础上，考察组成员参观了陶一矿井下（超）高水材料充填开采工作面充填现场和地面（超）高水材料充填制浆站，观看了有关充填开采的视频材料，还与有关人员进行了热烈的技术探讨现将本次考察情况整理汇报如下：一、陶一矿矿井概况陶一煤矿隶属于冀中能源邯矿集团，位于河北省邯郸市邯郸县西部边缘。

陶一井田为邯邢煤田陶庄井田一部分，井田中部有邯郸长治公路通过，北部有邯郸武安公路、邯郸长治铁路支线通过井田范围内水文网发育，但没有大的河流，均为季节性冲沟，雨后很快流失曹寨沟系地形标高介于+160+220 米左右，近南北向贯穿一条呈“y”字型干沟庆水河，向东南至牛叫村与时令性的牛叫河汇合于 1970 年建井，1976 年 7 月建成投产矿井开拓方式为主斜井、副立井单水平开拓，设计生产能力30 万 t/a，矿井名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 12 页 -2 受断层和火成岩影响较为严重，增加了掘进、采煤的施工难度2009年核定生产能力为 65 万 t/a，矿井现生产能力为 70 万 t/a矿井水文地质类型：中等，矿井正常涌水量474.4m3/h 左右，最大涌水量为788m3/h属于高瓦斯矿井深部地区有动力现象，按照煤与瓦斯突出矿井管理，地面设有永久瓦斯抽放泵站主采煤层 2#煤层为三类不易自燃煤层，煤尘不具有爆炸性陶一煤矿自投产以来，主采2#煤层，煤层厚 3.33 米煤层中有夹石一层，为 0.050.74 米的含炭细粉砂岩顶底板以粉砂岩为主，局部为中细砂岩层位名称厚度（m）柱状图岩 性 描 述老顶直接顶2#煤直接底老底2.70.8-3.51.916.641.33.72 灰色细砂岩，呈互层状，层理较发育。

灰黑色粗粉砂岩，泥质胶结，比较破碎，含大量植物化石，局部相变为炭质泥岩，易剥离呈金刚光泽,比重硬度比较大深灰色粗粉砂岩，富含植物根叶化石，节理发育灰色中细砂岩，火成岩侵蚀严重图 1 2#煤层综合柱状图从 2007 年开始，陶一煤矿在 12701 综采工作面试验沿空留巷，获得成功2008 年以来，陶一煤矿采用综合机械化充填开采法开采井田范围内村庄下、铁路下、河流下压煤，共采出煤炭约 600 万吨现煤炭资源已枯竭，矿井已进入收尾阶段，预计2015 年年底闭井超高水材料充填开采技术2011 年荣获中国煤炭工业协会科技成果一等奖；2012 年获河北省政府科技成果一等奖陶一煤矿 2013年 4 月被中华人民共和国能源部授予国级绿色矿山建设示范矿井，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 12 页 -3 2014 年被评为全国煤矿安全高效矿井二、（超）高水材料充填技术简介（超）高水材料是由中国矿业大学冯光明教授经十余年研究而发明的一种采空区充填材料该材料能较好地适应“三下”充填开采的要求，目前处于推广应用阶段该材料由 A、B 料和 AA 与 BB 辅料构成A、B 两种材料构成，主要包括高铝水泥、石灰、石膏等组分，A 料是以铝矾土等多种矿物按一定的比例混合烧制而成，B 料以石膏等多种矿物按一定的比例混磨而成，辅料 AA 为复合超缓凝剂，辅料 BB 为复合超速凝剂。

使用时，A、B 料以重量比 1：1 使用，水体积可达 9597，用水量超高，初凝时间为0.51.5h，终凝强度 0.51.0MPa，2h 强度达 2 MPa，24h 达 4 MPa，7d 以后可达 5MPa 以上，具有很好的强度性能，且生成的固结体不收缩，也不可压缩，是一种理想的采空区及巷旁充填材料生产（超）高水材料的原料在我国非常丰富，且生产工艺简单超高水材料具有早强快硬、两主料单浆(A 或 B 浆液)流动性好、初凝时间可调等特点高水速凝充填材料水化反应后固化体主要形成钙矾石(3CaO32OAl 34aSOC 32OH2)晶体，生成的固结体具有亲水性，在水环境中不收缩不扩散，稳定性良好的特点，在三向受力状态下有良好的不可压缩性超）高水材料唯一的不足就是抗风化及抗高温(400以上)性能较差，即该材料不适于在干燥、开放、高温环境中使用因此，（超）高水材料在井下潮湿、低温、封闭的采空环境下，是一种理想的“三下”充填材料与其它充填技术相比，(超)高水材料充填采煤具有以下优点：一是由于其用水量高，故所需固体材料少；一方面克服了煤矿固体充填材料缺乏的问题，另一方面简化了其他充填技术所需的庞大充填系统；由于所需固料少，对矿井辅助运输影响基本没有。

二是充名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 12 页 -4 填系统简单且初期投资少，一般小于 500 万元；充填料浆以水为主，料浆流动性好，不易堵管，工作面不泌水三是机械化程度高，充填速度快；充填与工作面回采互不影响，生产效率高四是采空区充填密实性与饱满度较好，其硬度超过实体煤，可更好地控制地表沉降，地表沉降不会对建筑物造成破坏，在水体下开采时也不会造成水害五是材料的 95%以上是水，充填成本低，经济效益好三、（超）高水材料充填技术在陶一矿的应用超高水材料充填技术经历了开放式充填和袋式充填两个阶段，现陶一煤矿使用的袋式充填技术具有国际领先水平其工艺流程见视频一）袋式充填技术工艺流程超高水材料充填工艺系统包括超高水材料制浆系统、输送系统和采空区充填三部分制浆系统有A、B 两条生产线组成，由超高水材料的使用要求可知，两生产线布置方式完全相同，配制完成的单料浆分别放入相应的缓冲池输送系统由输送管路和混合器组成待缓冲池内单料浆液累积到一定量后，同时开启A、B 输送管路，将 B 浆液输送到工作面附近的混合器，混合浆液最后经混合管到达采空区充填作业点1、充填泵站首先按照充填空间的测算和经验确定充填方数；按照日检流程进行检修后，进行试制浆，制浆量为储浆池的90%；打开渣浆泵；观察流量计，调节阀门，使得双管流量匹配；然后进行制浆、输送的正常阶段；结束后采用高压水和（或）高压风进行管路的清洗。

2、充填工作面（1）量测充填区域的尺寸，然后计算充填总数，并通知泵站；（2）清理掉倒塌的充填体及冒落的矸石，将充填区域底板清理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 12 页 -5 平整；老空方向出现尖锐冒矸时，需采取措施严禁尖锐冒矸与包体直接接触；（3）挂设充填袋时，尽量要先挂前上方，再挂后上方，之后固定中前方，待挂设完成后，将充填袋拉直拽平，使得充填袋紧贴四周固定体（支架或充填体）；（4）开始充填时，先观察充填浆体的变化，当目测浆体达到要求时，方可将充填管伸入充填入口内，并扎紧；（5）充填过程中，每个充填袋都需要有人专门进行观察，防止充填浆体直接冲击充填袋；（6）充填袋充满后，将伸入充填袋内的分料管抽出，并将入浆口用塑料绳扎紧，并同时关闭此通路的阀门，然后将管路用高压水和(或)压风冲洗干净图 2 浆液配置系统工作原理图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 12 页 -6 图 3 袋（包）式开采示意图图 4 超高水充填工艺流程3500718200814339002540006600150011 泵站2 充填泵3 过滤器4 搅拌桶5 堆料平台6 排水沟7 轨道8 防爆开关图 5 沿空留巷井下充填泵站布置名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 12 页 -7 采空区充填体未撤抬棚加强支护缺口内支护皮顺巷 巷内原支护工作面支架排头架走向梁永久木支柱充填体锚栓图 6 沿空留巷充填体与巷道平面位置示意图153015157002400150025003200充填体锚栓采空区冒落矸石3600图 7 沿空留巷充填体与巷道剖面位置示意图进料排气孔吊挂环2000/15002550332031002850/3000102图 8 沿空留巷梯形充填袋结构示意图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 12 页 -8（二）袋式充填开采工艺技术性分析1、充填过程分析该方法需要专门的充填支架，采煤与充填工作协调进行。

1）根据煤层厚度、采煤进尺及围岩条件确定并制作一定尺寸的柔性充填袋2）制作一定尺寸的柔性充填袋3）用专用柔性管路把混合好的超高水材料浆液灌入充填袋内，凝固后形成充填体4）袋内超高水材料固结体稳固后，采煤并前移支架，回采尺寸和充填袋宽度相近时停止采煤，支架后方架设充填袋并充填如此循环，直至进行完整个工作面2、袋式充填优缺点（1）袋式充填开采的优点：能适用于现有大多数采煤方法与回采工艺条件下的采空区充填要求；可直接控制直接顶，充填效果直观；受工作面涌水影响小此外，该方法还可根据需要进行两巷沿空留巷不足:充填袋架设工序与劳动组织较复杂，工作量较大，对作业环节安全要求高；充填与回采两工艺存在相互影响，配合管理技术要求高2）袋式充填沿空留巷的优点：充填体的护巷效果显著，由于充填体早期强度发展迅速，能够有效地支撑巷道上方的顶板，充分发挥巷旁支护对顶板“顶”的作用，大大减轻了巷道内支架承受的载荷；充填体本身良好的硬度性能使顶板切落性好，从而改善了沿空留区域的力学状态；巷道的断面收缩率小，通常在12%24%之间（视围岩状况有所不同），这样巷道只需简单的维修就可以复用；充名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 12 页 -9 填体隔离采空区的作用效果好。

每百米漏风率平均为 1.4%，这样有效地防止了采空区煤的自燃和有害气体的溢出3、使用条件与开放式充填相比，袋式充填适用性更广，特别是对水平或近水平条件下的煤层有较好的适应性但在采高过大时，难以架设充填袋，不适宜运用袋式充填开采三）袋式充填开采工艺经济性分析1、袋式充填开采工艺经济性分析（1）装备投资泵站及管路投资约1000 万元；以采高 4 米的重型支架为例，每架 40 万元，150 米长工作面需 100 架支架，支架投资 4000 万元2）材料、人工及其他成本每吨材料综合价约850 元，与水混合后充填体积6.5-7m3，折合每吨充填费用约 70 元，考虑人工、模板和充填袋费用每吨费用约85 元2、袋式充填沿空留巷工艺经济性分析（1）装备投资沿空留巷可在井下设注浆泵站，使用双液柱塞泵，合计费用包括管路约 50 万元工作面可用单体液压支柱和箱型梁支护，不需另外增加成本2）材料、人工及其他成本每吨材料综合价约 850 元，与水混合后充填体积4-5 m3，充填1m3约 200 元，以巷高 4 米为例，保留 1 米巷道材料费约 2000 元，考虑人工及其他成本每米巷道留巷成本约4000 元，低于巷道掘进成本。

名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 12 页 -10（3）增加煤炭回收率等优势根据对陶一煤矿无煤柱开采的系统分析，沿空留巷可使该矿井回采率提高 10%以上，巷道掘进率和巷道维修费可降低30%左右沿空留巷技术可以大大减少矿井巷道掘进量、缓解采掘接替紧张、缩短工作面搬家时间、延长矿井服务年限等优点，具有明显的技术和经济效益，是煤矿开采及回采巷道支护技术的一项重大改革四、对集团公司在超高水材。