高水膨胀材料充填采煤技术简介.doc

高水膨胀材料充填采煤技术简介一、研发背景“三下”压煤是我国煤矿普遍存在的问题。据统计,国有重点煤矿的压煤总量约138亿吨。其中,建筑物下压煤近90亿吨。由于村镇规模的不断扩大,实际压煤量远高于这一数字。仅以山东为例,现有的80亿吨煤炭储量中有50%是“三下”压煤。我国现行的“三下”压煤的开采技术,存在的突出问题是:或资源的回收率低,或地面发生明显沉降。据文献报道,条带开采方式虽然能保证地面不发生明显沉降,但其资源回收率不到50%。水沙、矸石、膏体和似膏体等充填开采方式的回收率虽能提高到65%左右,但不能保证地面不发生明显沉降和不能保护地上建筑物不受破坏。长期以来,我矿一直受到“三下”压煤和地表“沉降”两大难题的困扰:一是不断增加的地面建筑物使近千万吨的储量变为“三下”压煤而无法采出;二是垮落法采煤导致的地表沉降使周边村庄的房屋建筑和良田受到较大破坏。也正是由于这两大难题的存在,具有丰富主焦煤资源的临淄煤田的开发曾被永远放弃。二、技术要点1、充填材料(1)原料成份A、基料:粉煤灰、赤泥、尾矿、风积沙等硅质材料;B、辅料:石膏、石灰、水泥、铝养熟料和膨胀剂。(2)料浆特性将基料和辅料混合后,制成固水质量比为1:~,即高水膨胀材料。其特点为:A、良好的流动性。料浆在2小时以内呈液体状态,可实现自流输送。B、适度的膨胀性。料浆2小时以后开始固化并伴随30%以下的体积膨胀。体积膨胀可使固化后的充填体实现与顶板的主动接触。C、足够的稳定性。固化后的充填体是基料中的二氧化硅、三氧化二铝与辅料中的碱土氢氧化物发生化学反应而生成的具有水硬胶凝性能的含水硅酸钙和含水铝酸钙。这两种化合物的化学性质非常稳定。D、较强的抗压性。固化后,充填体的单向抗压强度表现:;;2个月达到15Mpa;19个月达到30Mpa。2、充填工艺(1)料浆制备系统A、初浆罐。容积为60~240m3,供浆能力55~220m3/h。其用途是将固体的基料配制成固水质量比为1:~。B、辅料罐。容积为60~150m3,给料能力30m3/h。其用途是装储和向成浆罐供给辅料。C、成浆罐。容积为16m3。其用途是连续将初浆与辅料制成充填料浆并备送充填单元。(2)料浆输送系统由钢复合超高分子量聚乙烯管路和控制阀门组成。其用途是将料浆送至充填单元。3、充采方法(1)长壁充采工艺A、采用三班作业。其中:两班采煤,一班充填。B、每昼夜完成一个充采循环,。(2)房柱式充采工艺A、采用“充二采一”方式。即:充填两个已回采的相邻的房,回采中间的煤柱。B、配备3个采煤班组和1个充填班组,实行单独和平行作业。4、与其他方法的比较优势(1)基料和辅料的来源充足而且丰富。因此,适合推广的地域相对广泛。(2)30%以下的体积膨胀使充填体实现支撑式主动和完全接顶。因此,可以实现控制围岩移动。(3)充填体最终单向抗压强度可超过10Mpa。因此,可以有效控制围岩移动。(4)充填体中的含水硅酸钙和含水铝酸钙是化学性质非常稳定的化合物。因此,可以长期控制围岩移动。(5)充填站建设投资500万元以下。因此,可以降低固定成本5-20倍。(6)充填作业劳动定员10人以下。因此,可以降低劳动成本5-7倍。(7)充填料浆实现数控制备和自流输送。因此,可