[01463669]浅埋薄煤层条带采空区建筑废弃物膏体条带充填复采技术

从上世纪90年代开始，级索煤矿采用条带开采方式，在村庄下进行了近20年的开采，形成了大面积的条带采空区。已采出条带655个，采出煤炭资源80.7万t，尚有564个条带作为上覆岩层的支撑体遗留井下，形成呆滞煤炭储量71.7万t。随着矿井可采煤炭资源的日渐减少，如何利用更加科学合理的开采方式将这些已采区域（条带采空区）的呆滞储量开采出来，同时提高未采区域（村庄下）的资源回收率，最大化的延长矿井服务年限，保证矿井的可持续发展，解决矿井职工的就业等问题，已经成为当务之急。因此，综合研究矿区的岩层与地表移动规律，针对条带采空区的特殊地质条件和采动条件，在严格控制地表下沉变形量的前提下，由滕州市级翔（集团）级索煤矿与山东科技大学合作共同提出并研发了浅埋薄煤层条带采空区建筑废弃物膏体条带充填复采技术，对于保持矿井的可持续发展具有重要的意义。本项目属于矿山绿色开采领域。根据级索煤矿地面村庄密集、煤层埋深浅、厚度小且采用条带开采方式开采了近二十年留下了大量条带煤柱于条带采空区的特殊条件，充分考虑了级索煤矿矸石等充填材料缺乏的实际困难，构建了条带采空区的条带充填复采模式；建立了条带充填开采结构力学模型，从理论上分析了充填复采后地表位移量及建筑物破坏等级。以此为基础，提出了条带充填设计准则，建立了条带充填设计模型，创新了薄煤层条带采空区条带充填复采模式与工艺；充分利用旧城改造和农村城镇化过程中产生的建筑垃圾，开发了新型膏体充填材料。这种新型充填材料与普通矸石膏体相比，可节约水泥用量，提高材料的抗压强度，同时减少了建筑垃圾造成的地面污染和土地占用，保护了生态环境；自主开发了简单实用的混凝土三级连续搅拌机。该机结构简单，方便实用，搅拌均匀。以此为基础，采用国产大排量混凝土泵和自主研发的膏体浆料输送管道专用液压控制阀，构建了简单实用的膏体泵送充填系统。与采用国外设备组建的膏体充填系统相比，该系统投资少，效率高，易于控制，不易堵管。泵送距离可达2000m，理论流量可达200m3/h。本项目实现了条带采空区充填复采，提高了煤炭资源回收率，延长了矿井服务年限，从根本上消除了条带采空区内由条带煤柱失稳造成的地表塌陷、建筑物破坏等潜在的重大灾害的隐患，保证了矿区老百姓生活的幸福安定、社会的和谐发展与长治久安，具有重大的现实意义和深远的历史意义。本项目自实施以来，已成功复采了6个条带采空区内的遗留煤柱，采出煤量5万t，新增利润1630余万元。两年来的充填开采实践表明，地表最大下沉值40-44mm。开采后地表的最大倾斜变形为0.65mm/m；最大曲率变形为0.018mm/m2；最大水平变形为0.16mm/m。均远小于建筑物I级损坏的地表变形值。该项目获得发明专利2项，实用新型专利4项。发表学术论文2篇。该项目成果整体达到国际先进水平，经济和社会效益明显，为密集建筑物下浅埋深薄煤层充填开采（特别是条带采空区的复采）提供了一种可以借鉴的模式，极具推广价值。