煤矸石似膏體充填開采技術研究

1、 收稿日期 : 2009 - 11 - 16作者簡介 : 劉志鈞 (1970 - ) , 男 , 高級工程師 , 現(xiàn)任新汶礦業(yè)集團公司技術中心副主任工程師。煤矸石似膏體充填開采技術研究劉志鈞(新汶礦業(yè)集團技術中心 , 山東 新泰 271233)摘 要 : 充填開采是實現(xiàn)煤礦綠色開采的關鍵技術之一。結合孫村礦實驗區(qū)的相關條件 , 采用矸石似膏體充填技術 , 對充填體組合料的最優(yōu)配比技術參數(shù)進行分析 , 并對充填物料添加順序進行了

2、優(yōu)化研究。研究結果表明 , 在煤礦井下運用矸石似膏體充填技術是可行的 , 可為其他類似礦井充填開采提供借鑒。關鍵詞 : 煤矸石 ; 似膏體 ; 充填開采中圖分類號 : T D82317 文獻標識碼 : B 文章編號 : 1671 - 0959 (2010) 032 00292 03利用充填采煤技術處置井下煤矸石 , 既可減少煤礦固體廢棄物排放 , 又可以減輕開采沉陷危害 , 提高礦井資源回收率 , 是實現(xiàn)煤礦綠色開采的理想途徑和

3、關鍵技術之一。按照綠色開采的理念 , 充填采礦是解決煤礦開采環(huán)境問題的理想途徑。圍繞充填材料、充填料漿制備、充填工藝參數(shù)、充填體力學性能及承載特性、充填體作用機理、充填體質量評價等方面展開研究 , 取得了不少成果。充填工藝和設備日臻完善 , 許多新型充填材料相繼問世 , 為降低膠結充填成本 , 擴大充填應用范圍 , 近年來研究人員致力于水泥替代品研究并取得了一定成果。利用粉煤灰、冶煉爐渣、鋁廠赤泥等來源廣泛、成本低廉的工業(yè)固體廢料 ,

4、大幅降低了礦山膠結充填成本 , 提高了礦山經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。1 試驗區(qū)地質條件孫村礦井地面標高在 + 165～ + 210m 之間。煤系地層大部為沖積層所掩蓋 , 只有溪溝中略有出露。工業(yè)場地內主斜井井口標高為 + 17515m。20世紀 90年代圍繞千米北立井建設的北立井工業(yè)場地位于柴汶河北岸 , 井口標高為+ 19915m。按照向深部發(fā)展過程中開采水平設置 , 孫村煤礦 已 有 - 75m、 - 210m、 - 400m、 -

5、 600m、 - 800m 和- 1050m共 6個開采水平。程治理設計要求。2) 該筒倉自 2005年建成 , 經(jīng)過 3年沉降觀測 , 最大累計沉降值 12mm, 最大傾斜 0101% , 地基穩(wěn)定 , 滿足規(guī)范要求。表 1 采空注漿后漿液結石波速值測線編號測點編號面波波速VR /m·s- 1縱波波速V P /m·s- 1面波測線 11011021150108020431919201 980 1741面波測線 2

6、 202 980 1741203 980 1741301 1000 1777面波測線 3 302 1000 1777303 1000 17776 結 語1) 由于小煤窯開采的隨意性 , 對于老采空區(qū)應采用物探、鉆探等多種手段綜合確定。2) 建于老采空區(qū)上的較重要建筑物 , 地基處理時不僅應對采空區(qū)空洞進行充填 , 更重要的是對臨界深度內巖層裂隙的充填。否則 , 難以取得較為理想的治理效果。3) 由于小窯采空區(qū)分布的無規(guī)律性 , 加

7、固治理此類采空區(qū)時 , 應根據(jù)工程實際及時調整施工參數(shù)和施工方法。4) 注漿施工應遵循由外至里的原則 , 力求形成封閉帷幕 , 同時階段性控制注漿量及注漿壓力 , 施工中一旦出現(xiàn)壓力突降 , 必須立即停止施工 , 查找原因 , 以防帷幕決堤而影響注漿效果。參考文獻 :[ 1 ] 山西省交通廳 , 中交通力公路勘察設計工程公司. 高速公路采空區(qū) (空洞 )勘察設計與施工治理手冊 [M ]. 北京 : 人民交通出版社 , 2005.[

8、2 ] 郭廣禮. 老采區(qū)上方建筑地基變形機理及其控制 [M ]. 徐州 : 中國礦業(yè)大學出版社 , 2001.(責任編輯 章新敏 )9 22010年第 3期 煤 炭 工 程 施工技術 圖 2 煤矸石干式充填構筑擋墻示意圖5 結 論為保護地表建筑物、農田、河流及礦山 3條主要井巷 ,孫村礦在城鎮(zhèn)范圍內留設了儲量達 1600kt的優(yōu)質保安煤柱 ,在保證地表及礦山井巷安全的前

9、提下 , 最大限度地回收這部分寶貴的煤炭資源 , 對礦山可持續(xù)發(fā)展意義重大。通過研究 , 得到如下結論 :1) 充填料物理力學性質分析表明 , 破碎后的煤矸石 (粒徑 5mm以下 )雖然粒級組成不理想 , 但添加粉煤灰和減水劑進行改良后 , 大大提高了充填體充填料的管道輸送性能。2) 充填體組合料按最優(yōu)配比后 , 配比組合料強度指標、坍落度、坍落擴散度、稠度較優(yōu) , 流變特性類似于膏體的結構流 , 充填體膠結充填除了具有膏體充填固有的高

10、懸浮性、低脫水率、低管道磨損等優(yōu)點外 , 還具有良好的流動性能 , 完全滿足管道自流輸送與采場充填對組合料漿流動性能的要求。3) 充填體作用機理研究表明 , 水泥、粉煤灰、煤矸石體系的水化反應是一個分階段、多層次的水化反應過程。包括 : 水泥水化期 (水泥、粉煤灰、煤矸石體系自加水到14d左右的時間 ) , 此階段水泥通過水化反應形成了氫氧化鈣膠體或晶體 , 形成早期強度 ; 水硬期 (充填體形成后大約14～30d左右 ) , 此階段粉

11、煤灰顆粒表面上形成的 C - S - H凝膠中的 Ca2 +向粉煤灰顆粒內部擴散 , 形成一定的 C - S -H過渡層 ; 強度期 (充填體形成后 30d～90d) , 這是 C - S -H形成的主要時期 , 強度增加較大。4) 進行充填物料添加順序的優(yōu)化研究 , 提出了先加水泥、粉煤灰和減水劑 , 3m in后 , 根據(jù)標定的比例添加煤矸石 , 保證了充填物料在攪拌桶和充填管道中處于懸浮狀態(tài) ,有利于提高充填質量 , 減輕管道磨損

12、 , 防止管道堵塞。5) 根據(jù)開采工作面傾斜布置且斜長較大的特點 , 首次提出了煤矸石非膠結干式充填構筑擋墻、煤矸石充填體管道自流輸送充填采場的綜合充填工藝 , 既減少了矸石出井量 , 又簡化了采場濾水墻的構筑工藝 , 填補了國內外大傾斜采場充填工藝的空白。參考文獻 :[ 1 ] 實現(xiàn)現(xiàn)代化的理想經(jīng)濟模式 “ 中國現(xiàn)代化進程戰(zhàn)略構想 ”[M ]. 北京 : 科學出版社 , 2002.[ 2 ] 錢鳴高 , 許家林 , 繆協(xié)興.

13、煤礦綠色開采技術 [ J ]. 中國礦業(yè)大學學報 , 2003, 32 (4) : 343～348.[ 3 ] 張東升 , 張吉雄 , 徐金海. 預掘巷過斷層及其矸石井下處理技術 [ J ]. 中國礦業(yè)大學學報 , 2004, 33 (2) : 179～182.[ 4 ] 劉建功 , 趙慶彪 , 張文海 , 趙計生. 煤礦井下巷道矸石充填技術研究與實現(xiàn) [ J ]. 中國煤炭 , 2005, 31 (8) : 37～39.[ 5

14、 ] 郝永月 , 秦海峰. 煤礦井下矸石填充工藝流程的探討 [ J ].河北煤炭 , 2004, (6) : 5～6.[ 6 ] 張魁武 , 李金洲. 掘進矸石在井下的處理 [ J ]. 華北科技學院學報 , 2005, 2 (2) : 46～47.[ 7 ] 鄰友峰 , 鄧喀中 , 馬偉民. 礦山開采沉陷工程 [M ]. 徐州 :中國礦業(yè)大學出版社 , 2003.[ 8 ] 煤炭科學研究院北京開采研究所. 煤礦地表移動