煤炭资源绿色开采

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煤炭资源绿色开采湖南科技大学 王卫军

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提 纲： 现状、目的意义 膏体充填 膏体充填不迁村采煤技术发展方向

膏体充填不迁村采煤技术经济环境效益

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1 现状、目的意义1.1 现行采空区处理方法的危害

普遍采用顶板全部垮落法 岩层移动、地表沉陷、 农田、建筑设施损坏 全国因煤炭开采引起塌陷地43万公顷 全国平均每采万t煤塌陷土地0.2公顷 每年新增塌陷地约2万公顷 兖州：土地赔偿费6000多万元/年，近10年付 出20多亿元。

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1 现状、目的意义1.1 现行采空区处理方法的危害 全国建筑物、水体、铁路下(三下)压煤100亿t

其中: (1) 兖州: (2) 新汶: (3) 徐州: (4) 峰峰: (5) 许厂:

村庄172个,压煤5.2亿t,占可采储量41.2%. 村庄压煤2.5亿t,占总储量64%. 村庄等建下压煤5.0亿t,占可采储量63.7%. 村庄73个,压煤1.0亿t. 首采区建下等压煤面积达68.7%.

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1 现状、目的意义1.1 现行采空区处理方法的危害 生产规模不断扩大, 压煤无法开采，矿井面临过早 报废(根据兖州矿业集团 “5356”工程规划)

南 矿井 屯 设计(万t/a) 240

兴 隆 庄 300

鲍 店 300

东 滩 400

济 二 400

济 三 500

实际(万t/a)

350

600

600

700

600

800

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1 现状、目的意义1.1 现行采空区处理方法的危害 迁村解放压煤，成本大幅增加 例1: 淄博许厂煤矿130南翼集中巷以东部 分，长1500m,宽1400m,涉及2个自然村490 户人家、8个企业、1座敬老院、一段1440m的 327国道，如果搬迁，需要搬迁费用1.59亿元, 吨煤成本增加19. 96元/t.

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1 现状、目的意义1.1 现行采空区处理方法的危害 岩层移动破坏、地下水大量流失 平均吨煤水代价2t,华北地区10t 严重时土地沙漠化 矸石堆积、占用良田、环境污染 现已积存矸石30亿t,每年增加1.5~2.0亿t 全国1500座矸石山中140座在自燃，对大气、土地 环境严重污染。

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1 现状、目的意义1.2 国际水平 (1)水力和风力充填采空区 国家：波兰、德国、前苏联等 材料：河砂、煤矸石、粉煤灰 地表沉陷系数 q = 0.1~0.2 (2)离层注浆 国家：波兰 减沉效果：比不注浆减少20~30%。

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1 现状、目的意义1.2 国际水平 (3)房柱法开采 国家：美国、澳大利亚等 煤炭采出率50~60% 地表沉陷系数 q = 0.35~0.68 (4)条带开采 + 水砂充填采空区 地区：波兰托维兹、贝托姆等城市下 煤炭采出率45.8~60% 地表沉陷系数 q = 0.009~0.036

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1 现状、目的意义1.2 国际水平 (5)膏体充填采空区 国家：德国、美国、加拿大、南非等 用途：金属矿山充填 煤矿处理采空区开始试验

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1 现状、目的意义1.3 国内水平

(1) 条带开采我国煤矿冒落条带开采的宽度一般为1/5 1/10采深,地表沉陷系数q =0.1 0.2, 能够 满

足不迁村采煤要求.

但是, 条带开采的采出率低，只有40 60%,煤层越厚，采深越大，采出率越低.

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1 现状、目的意义1.3 国内水平

(2) 水砂充填抚顺胜利矿利用废油母页岩、河砂充填，地表 沉陷系数q = 0.013. 新汶等矿区水砂充填，地表沉陷系数 q = 0.13~0.17.能实现不迁村采煤，但是系统复杂、采煤 工艺落后、效率低、成本高，没能推广。

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1 现状、目的意义1.3 国内水平

(3)离层区注浆减沉明显，但不能满足不迁村要求。 国内部分矿井离层区注浆情况

矿井

老虎台 徐庄 东滩 华丰

采深 (m) 602 529 545 830

采厚 (m) 25.7 2.6 5.4 2.2

开采 方法 条带 长壁 综放 长壁

注采比 (%) 47.2 47.1 38.0 67.9

减沉率 (%) 65.2 30~70 42 ~80 54

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1 现状、目的意义1.4 技术发展方向 (1)技术途径：绿色开采 (2)方法：采空区局部(条带)充填

材料：以煤矸石、粉煤灰为主的膏体、似膏体材料

(3)目标：关键层不破断、岩层不沉降，地下水不流失，地表不破坏，建筑物不搬迁，取

消矸石山。

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2 膏体充填2.1 膏体充填的基本概念 膏体充填： 将物料配制成 不淅水的、 牙膏状浆体， 在重力或泵压作用 下充填采空区的方 法。

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固体废弃物膏体材料充填不迁村采煤 (膏体充填不迁村采煤)利用煤矸石、粉煤灰、洗选煤泥或城镇 固体垃圾等制作成 不淅水的、牙膏状浆体， 在重力或泵压作用下对工作面支架后方 的采空区进行充填而形成必要的人工支 撑体系，把采煤引起的地表移动控制在 建筑物允许范围内，实现不迁村采煤的 方法。

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2.2 膏体充填材料的基本特征(6个) 之 :浓度高，一般重量浓度>75%;加拿大矿产与能源科学技术中心：

水砂充填料 高浓度充填料 膏体充填料

重量浓度 ~65% 66 ~75% 76 ~84%

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2.2 膏体充填材料的基本特征(6个)矿 名 格隆德(德) 多姆金(加) 材料组成 重介细砂,浮选尾砂 全尾砂 浓度 % 强度MPa 85~88 1.5 ~2.0 77 ~82 0.43

西德里方金(南非) 国际镍公司(加) 阿奇塞(俄) 金川(中)

铜录山(中)

全尾砂 天然砂,全尾砂 全尾砂 分级尾砂,粉煤灰,棒 磨砂 +水泥 全尾砂,炉渣 全尾砂,炉渣,水泥

78 81 ~86 80 ~83 78 ~8077 ~79 87 84

1.63

>4.0 >3.0

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2.2 膏体充填材料的基本特征(6个) 之 : 流动状态为柱塞结构流；

膏体充填浆液 流速分布

水砂充填浆液 流速分布

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2.2 膏体充填材料的基本特征(6个)

之 : 料浆不沉淀、不泌水、不离析；

隔离要求低; 不需要过滤排水设施, 系统简单； 避免或减少了水对工作面的影响； 静置后再启动容易; 基本无泌水收缩, 充填密实程度高.

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2.2 膏体充填材料的基本特征(6个)

之 : 无临界流速，最大颗粒料

粒径达到25~35mm, 流速小于1m/s 仍然能够 正常输送；

破碎加工即可, 可降低材料加工费; 可低速输送, 减少管道磨损.

水砂充填要在临界速度以上才能正常泵送, 在有 25~35mm粒径骨料时, 输送速度需要达到3~4m/s.