[01646072]残采区域空巷充填复采技术研究

1 课题来源及背景 该研究课题属于企业委托横向项目。 上世纪八、九十年代,全国掀起开办煤矿的热潮,仅山西一省煤矿数量最多时达1万多座,其中大部分是乡镇小煤矿或个体小煤窑,开采规划和开采方法不合理,造成煤炭资源极大的浪费与破坏。山西省2009年开始对全省煤炭资源进行兼并重组,大力推广综采技术,但残采区域积气、积水、顶板管理等问题严重,推广应用难度较大。晋煤集团海天煤业有限公司为资源整合矿井,以开采3#煤为主,由于矿井开采规划不合理,采用落后的开采方式,致使井田内存在大量的空巷,导致搬家倒面频繁,浪费了大量的人力物力,同时造成煤炭资源大量损失,因此,开展残采区域空巷充填复采技术研究,对保障残采区煤炭资源安全开采、提高煤炭资源回收量、延长矿井寿命具有极其重要的意义。 2 应用领域和技术原理 本项目的研究成果主要应用于残采区域内的空巷充填,具有广泛的应用前景。 以晋煤集团海天煤业有限公司残采区域过空巷回采为工程背景,研制适用于残采区空巷充填的粉煤灰基高水充填材料,设计地面制浆、井下运输、充填系统,并提供工作面过空巷安全保障技术,以实现良好的空巷充填效果,解决空巷区域工作面开采的安全问题,实现了工作面过空巷复采的安全进行,为其它资源整合矿井残采区工作面开采提供了有效的技术方法参考。 3 性能指标 1)设计的地面充填系统,充填能力不少于60立方米/小时; 2)地面制浆系统自动化程度高,工人劳动强度低,制浆能力不少于60立方米/小时; 3)充填材料来源广泛,水料比0.6～0.8：1,充填体28d强度约4～6MPa,后期根据试验情况,逐渐提高水料比,减少材料输量; 4)选择、优化充填管道的合理布置方式,保证浆液能够通过自流的方式进行充填,不需要增加额外的加压设备; 5)充填材料强度合理,能够保障工作面过空巷复采安全,经济效益显著; 6)确定回采过空巷过程中工作面的调斜角度、顶底板的处理方式及现场观测工作面过空巷的情况。 4 与国内外同类技术比较 本项目形成了一整套涵盖充填浆材料、充填系统、充填工艺参数、充填装备以及管理等方面的技术体系,与国内外同类技术相比,具有较强的技术优势： 1)充填材料为粉煤灰基充填材料,性能优越、环保、成本低,取材容易,工程时效性强; 2)过空巷方式采用空巷充填,不必重新开切眼,节约煤炭资源,劳动强度小,作业效率高,作业环境好; 3)制浆工艺,内外循环、结合搅拌,投资小,工艺简单; 4)浆液输送为管路自流输送,通过地面建站、管路合理布置、结合材料性能实现了自流输送; 5)充填工艺系统,地面建站、井下输送,充填设备灵活轻便、投资少,系统简单高效,适应性强。 5 成果的创造性、先进性 针对资源整合矿井残采区空巷影响工作面有效推进的问题,以实现工作面在空巷区域的顺利推进、进而实现安全高效回采为目标,综合运用采煤学、材料学、机电学等基本原理与方法,通过理论分析、室内实验与现场应用,研究残采区域空巷充填技术,主要创新性体现在以下几个方面： ①研究划分了4种空巷类型,分别为完整型、顶煤冒落未充满型、顶板和顶煤冒落未充满型、顶板和顶煤冒落充满型。 ②研制了以粉煤灰为主料,生石灰为胶结料,充填辅料为改性材料三种材料构成的充填材料,具备良好的流动性和微膨胀特性,泌水率低,强度适宜。 ③研究设计了高速涡流搅拌工艺,采用常规设备实现了高效快速搅拌,自动化程度高。 6 作用意义 1)保证工作面安全通过残采区空巷,降低过空巷时安全事故的发生,减少工作面过空巷时搬家倒面工作,社会经济效益显著。 2)空巷高水充填材料原材料就地取材,主原料粉煤灰为工业废渣,空巷充填材料使粉煤灰变废为宝,对于社会资源循环利用和环境保护都具有重要意义。 3)空巷高水充填材料在海天煤业空巷充填工作面的成功应用,为矿井工作面过空巷提供了有效的技术方法,保障了空巷区域工作面开采的安全,提高了煤炭资源回收量,延长了矿井寿命,为其它资源整合矿井残采区域工作面开采提供了有效的技术方法。 7 推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 该项目推广应用范围较广,可应用于空巷充填、工作面充填开采等工程中。目前,我国由于煤炭资源的滥开乱采,造成了大量的资源浪费,遗留了大量的空巷、废巷,因此说项目中残采区空巷充填复采技术的成功应用也为其它资源整合矿井残采区域工作面开采提供了有效的技术方法。同时由于采矿技术的日益发展,充填开采技术也在逐步推广,充填材料的研发也为充填开采技术在集团公司乃至全国范围内的推广应用提供了保证,因此该项目具备良好的推广应用前景。 由于现场工程条件复杂多变,充填材料性能参数还需要进一步的系列化;充填系统及工艺设计还需结合不同工程条件进一步优化分析,以适应复杂多变的工程条件。