毕业设计小专题

矸石充填 绿色开采技术研究

学校：山东科技大学 班级：采矿工程08级 姓名：刘孟

摘 要

岱庄煤矿为了解决井下矸石处理、“三下”压煤的合理开采、建下条采保护煤柱的二次回收问题，在条采煤柱中掘充填巷，采用井下矸石进行充填。通过矸石井下充填处置，减少了矸石山的占地及对环境的污染，提高了矿井资源的采出率，实现了绿色开采，取得了良好的经济和社会效益。

关键词： 矸石充填、保护煤柱、开采技术

Abstract

Dai underground coal mine waste rock in order to solve handling, %under the%under the article to protect the second pillar of the recovery in the column of coal-de-sac be filling roadway, the use of mine waste rock for filling. Filling through the underground disposal of waste, reducing the area of Waste and environmental pollution, increased mine recovery rate of resources to achieve a green mining, and achieved good economic and social benefits.

Key words: waste filling to protect the coal pillar, mining technology

1 矸石充填绿色开采实施背景

矸石充填开采就是利用矸石将采空区充满，支撑围岩，减少围岩垮落和变形的一种采煤方法。从理论上来说，充填开采是解决煤矿开采环境问题的理想途径，矿山充填技术是为了满足采矿工业的需要发展起来的。充填开采技术在金属矿山应用较多，技术相对成熟，我国金属矿山用充填法开采的比例已经超过50%。世界上首次煤矿采空区充填是1864年在美国宾夕法尼亚州的一个煤矿区进行的，当时是为了保护一座教堂的基础。矿山充填虽然已达数百年的历史，但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。

采空区是井下的最大空间，在采空区直接处理掉井下产生的矸石，采用矸石充填技术，是目前来说最合理的解决方法。矸石回填采空区，不仅能够实现矸石回填不上井，不占地，避免环境污染，降低运输费用，而且通过井下的合理处理，充填的矸石也可做为地下结构支撑体支承上覆围岩，减小矿山压力，减少地表下沉量，起到保护地表建筑的目的，同时可以大幅度解放煤炭储量，有利于安全生产，具有显著的经济效益和社会效益。同时，无煤柱护巷技术对于提高煤炭资源的回收率、改善巷道维护、降低巷道掘进率、 消除因留煤柱和丢煤而引起的井下灾害有明显效果。

岱庄煤矿作为一座现代化新建矿井，由于井田内村庄、公路、企业及工业广场大量压煤，特别是近几年，随着市区北扩、新修327国道、任城新区等城区压煤的增多，导致矿井资源及接续紧张的局面；加之太原组16与17煤层(薄煤层)的开拓，导致矸石产量不断增多，随着国家环境保护力度的加大，日益增多的矸石侵占大量耕地，也污染着城区环境。

(1)井下矸石的处理问题日趋严重 岱庄煤矿随着开采深度的加大，矿井开拓工程量越来越大，特别是对太原组16与17煤层(薄煤层)的开拓，导致矸石产量不断增多，辅助运输也出现了一定程度的紧张，井下矸石处理的问题日愈严重。

(2)“三下”压煤问题严重 岱庄井田内共有78个自然村，村庄和工厂等各种建(构)筑物密集，“三下”压煤十分突出，村庄压煤的可采储量约占矿井可采储量的80%。截止到2006年底，全矿井地质总储量337.74Mt，能利用工业储量231.73Mt，可采储量99.34Mt；而在“三下”压煤量中，地质储量约320.34Mt，可采储量约93.38Mt，占全矿可采储量的94%以上。特别是南部采区，近几年来济

宁市城区扩展速度快，城区压煤增多，济宁市区北扩压覆储量53.28Mt，新修建的327国道压覆储量15.99Mt，济宁市任城新区压覆8.0Mt。岱庄煤矿可布置正规工作面的储量迅速减少，这不仅会给国家造成极大的资源浪费，同时缩小了矿井的服务年限，给矿井带来新的就业压力等问题。

(3)条带开采留设煤柱资源的回收 自矿井投产开始就针对村下压煤采用条带开采，但采出率一般不超过45%： 1300采区-315西部区域采40m，留60m煤柱， -410区域采50m，留50m煤柱； 2300采区采50 ~70m，留60 ~70m煤柱；5300采区采60m，留70m煤柱。

因此，如何处理井下矸石、“三下”压煤的合理开采、建下条采保护煤柱二次回收的问题，已成为影响岱庄煤矿持续发展的重大技术难题。岱庄煤矿为寻求新的适应本矿条件的、经济、实用的特殊开采技术措施，在不搬迁、少赔偿的前提下尽可能多地、高效地采出煤炭资源。

确定矸石井下处置绿色开采的总体思路是：在条采煤柱中掘充填巷，采用井下矸石进行充填，通过一些必要的技术措施，保证煤柱的弹性核区在一定的范围之内，实现在将地表变形控制在国家规定的I级变形范围的前提下，采出部分煤柱，而对建筑物影响轻微。这样一方面可以处理井下矸石，减少其占地、对环境的污染，缓解辅助运输紧张的局面；另一方面也可以提高矿井的资源采出率。

2 矸石井下充填置换开采系统设计

矸石井下充填系统包括充填上部车场、矸石仓、充填胶带巷、充填巷及其他辅助巷道等。

上部车场运输 岩巷迎头掘进的矸石装车后经轨道大巷进入上部车场，由推车机将矿车推入翻车机中，将矸石倒入矸石仓。

接给料至胶带机上，粒级≥300mm的矸石经破碎破碎给料 矸石仓中粒级≤300mm的矸石直区环境。

机破碎到≤100mm粒径，再给料至胶带机上。

胶带机运输 由可伸缩胶带机将矸石运送到采空充填巷迎头，装入抛矸充填输送机。

抛填 矸石直接运至抛矸充填输送机抛射部进行抛射充填。调整抛矸充填输

送机，使之左右上下摆动，使整个巷道断面均匀受料。

3 矸石井下充填置换开采技术试验

岱庄煤矿经过充分论证，决定在-315m水平130采区西部1321至1331工作面间的条带保护煤柱进行矸石井下充填置换开采技术试验。

3.1 试验区域的采矿技术条件及开采情况

该区域处于姜庄、姜庄小学、邑营的下方，地面建筑物密集，多为民房。区域所采煤层为下二迭统山西组3上煤，一般含夹矸0~3层，属结构较简单煤层。该范围内煤层赋存稳定；煤厚2.30~4.33m，平均厚度2.88m。直接顶为粉砂岩，平均厚度7.5m；基本顶为中砂岩，平均厚度7.1m；直接底为粉砂岩，平均厚度1.68m；老底为粗粒砂岩，平均厚度2.73m。该区是建筑物下条带开采， 设计的采宽、留宽等见表1。

表1 不同采宽和留宽时煤柱强度与宽高比计算

条带面 1321 1323 1325 1327 1329 1331 5 40 40 40 40 40 56 6 60 6 75878667 60 0 62916667 60 0 68916667 采宽/m 54 60 0 76916667 柱宽/m 100 78采长/m 79煤柱载荷/kN·m-1 1454667 916667 3724657 2052657 2052657 2052657 2052657 1900657 柱可承受载荷/kN·m-1 安全系数 2.56 2.24 2.24 2.24 2.24 2.16 32.5 18.6 18.6 18.6 18.6 17.5 柱宽高比

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