[01719241]近强富含水层下矸石充填开采防水煤柱技术

本项目是综合机械化固体充填采煤技术在应用领域内的进一步发展与创新，其涉及的技术综合解决我国含水层下防水煤柱安全高效开采、水土流失及矸石排放带来的生态环境破坏等问题，属于煤炭高效安全生产和固体废弃物的处理与综合利用技术领域。本项目的主要技术内容包括：（1）提出了在近含水层下固体充填开采技术，形成了近含水层下固体充填开采系统与方法，有效控制直接顶裂隙发育高度，并分析了裂隙发育高度与充实率的关系，为近含水层下矸石充填安全开采提供了理论依据；（2）综合机械化固体（矸石）充填采煤技术，包括：设计制造了高支撑力（14400kN）六柱双顶梁支撑式采充一体化液压支架；改进了充填夯实系统，设计了井上下固体充填采煤系统与采充一体化工艺；（3）开发了综采充填工作面垒砌矸石墙巷旁支护加巷道半断面加强支护、“π型钢梁+单体支柱”加强支护的沿空留巷支护方法，实现了无煤柱安全开采；（4）基于不同区域煤层条件与充填开采充实率的关系，建立了含水层下矸石充填采煤设计方法，并结合试验工作面的工程实践，成功应用于矿井防水煤柱的开采。本项技术是与综合机械化采煤相匹配，采用机械化的方法把矿区的矸石、粉煤灰等固体废弃物密实充填到采空区，将直接顶作为隔水关键层，在严格控制岩层移动的同时，最大程度的提高了矿井含水层下防水煤柱的开采上限，因此，该技术具有效率高、采出率大和控制效果明显等特点。本项技术已获国家发明专利4项，实用新型专利1项，其研究成果和关键技术在国内外高水平学术期刊上公开发表。本技术已达到的技术经济指标如下：采空区充填密实度可达90%以上，采区煤炭采出率达85%，含水层下留设安全煤岩柱高度由90m减少至仅15m；与常规综采比较，直接生产成本每吨煤仅增加约30元人民币，其直接经济效益十分显著。我国煤矿尤其是华东地区煤矿水文条件均比较复杂，受水体危害的煤炭资源储量巨大，在华北、东北和华东平原地区普遍被第四系的松散含水砂层覆盖，这些地区煤田的浅部开采都存在含水层下采煤的问题，而本项技术对采矿地质条件适应性较广，具有广阔的推广应用前景，已成功应用在安徽恒源煤电股份有限公司五沟煤矿，已安全回采煤炭资源129万t，获得新增利润达38442亿元，预计能多采出煤炭3200万t，提高了含水层下开采上限，解放大量呆滞煤炭资源，可延长矿井服务年限达25年。同时，避免了矸石等固体废弃物对地表生态环境的破坏，有效缓解了矿井辅助运输压力，也为全国类似条件的煤矿安全高效开采提供了重大技术借鉴，其经济与社会效益十分显著。