专题-回填采煤法在煤矿的应用.doc

1、专题部分回填采煤法在煤矿的应用摘要：就中国煤矿回填开采技术的发展前景进行了分析和预测，对中国煤矿回填开采技术的发展途径进行了探讨，基于岩层控制的关键层理论，提出了采空区膏体部分回填技术与覆岩离层分区隔离回填技术，并对其技术原理进行了介绍。回填采矿法是具有资源回收率高、对环境破坏小等优点，是我国“三下”开采领域减沉技术的主要方法之一。关键词：回填采煤 “三下”开采 绿色开采 开采沉陷Abstract:：China coal mine backfilling mining technology in analysis and prediction of the development prospe

2、cts in chinas coal mines discussed ways of development of backfill mining technology based on strata control of key strata theory, put forward a mined - out area of paste part of backfill technology and separated strata partition isolation of backfill technology, and technology were introduced. Fill

3、ing mining method is a resource recovery of high damage to the environment of small advantage of chinas three mining area one of the principal ways of reducing subsidence technology.Keyword: Backfill mining three Mining green exploitation of mining mining subsidence1绪论1.1研究背景根据国家环保局资料，目前我国各类工业固体废料累计

4、存量近100亿t，这些尾矿对水体、大气造成严重污染，对生态也造成不同程度的破坏。我国的尾矿每年新增废石场要占用土地200300平方公里，大面积植被被破坏，大量有毒有害物质通过地表水及风力作用，大范围污染水体，正常生态环境受到巨大的破坏。由于矿山开采范围大，一个矿山能对周围数十平方公里的区域造成污染。无废采矿是采矿发展的必然趋势。在目前条件下，应用露天采矿工艺一般无法实现无废采矿，其原因是靠近地表的矿床越来越少，露天矿开采深度逐步增加，剥离范围逐步增大。相对来说，地下开采法生产的废石较少。如果采用回填采矿法，空区不但可以用废石来充填，而且可以容纳选厂尾矿，地面不需构筑大面积的尾矿库。考虑到生态环

5、境对社会的综合影响，回填采矿法应该成为优先发展的地下采矿方法。回填开采在金属矿应用较多，技术相对成熟，可以为煤矿的回填开采提供借鉴。煤系地层属于层状岩层，与一般金属矿岩层产状不尽相同，采后岩层移动与破坏规律也不尽一致。因此，煤矿回填开采技术的研究与发展必须适应煤系岩层活动规律与控制要求。本文就煤矿回填开采的现状、发展前景与技术途径进行研究与探讨。1.2煤矿回填开采技术现状煤矿采空区回填开采技术在波兰、德国应用较多，回填材料通常是河砂、煤矸石和电厂粉煤灰，其中以水砂回填技术应用最多，正常情况下长壁工作面使用水砂回填后地表下沉系数为0.100.20。波兰采用水砂回填条带法，已经成功地开采了多做城市

6、下的煤炭资源。20世纪60年代，我国抚顺胜利矿采用伪倾斜上行水砂回填长壁采煤法成功地开采了工厂保护煤柱。继抚顺矿务局之后，新汶矿务局孙村、良庄、协庄等矿也曾开展过水砂回填实验。由于水砂回填采煤工艺复杂且成本高，在我国煤矿没有得到推广应用。自20世纪80年代后期抚顺矿务局借鉴国外的经验在我国首次采用离层注浆减缓地表下沉的实验取得成功之后，此项技术引起了我国从事开采沉陷及“三下”采煤的专家和工程技术人员的重视，先后在新汶华丰煤矿、兖州东滩煤矿、开滦唐山煤矿等进行了离层注浆减缓地表沉降现场实验，取得了一定的成就。为了克服水砂回填存在泌水、需要建立复杂的隔排水系统等问题，20世纪80年代初国外发展了膏

7、体回填技术。膏体回填技术的优点是：回填料制作成不泌水的牙膏状浆体，在较低流速情况下也能够正常地泵送，提高了回填效率。膏体回填技术在金属矿山得到了较快的发展。甘肃金川镍矿和湖北大冶铜矿推广应用了膏体回填技术。膏体回填技术在煤矿仅在德国沃尔萨姆等煤矿进行过初步实验。我国学者对膏体回填技术在我国煤矿应用的可行性进行了探讨，目前正在有关煤矿开展工业性实验。回填开采技术是煤矿绿色开采技术的重要组成部分。我国生产矿井“三下”压煤约为140亿t可供10个年产1000万t的矿井生产140a，其中建筑物下压煤约为90亿t。如何合理解决建筑物下压煤开采问题一直是困扰中国煤矿企业的重要课题之一。煤炭开采沉陷对土地资

8、源的破坏是十分严重的，我国开采万吨原煤造成土地塌陷面积平均达0.200.33平方公里，每年因采煤破坏的土地以34万平方公里的速度递增。煤矿开采会产生占煤炭产量10%20%的矸石，目前我国有煤矿矸石山约1500余座，矸石70亿t，矸石山的堆积不仅占压大量土地，还造成严重的环境污染和安全问题。采用回填开采方法将煤矸石填到井下，一方面可以减少矸石的排放，另一方面可以控制岩层移动减缓开采沉陷，实现建筑物下压煤开采和保护土地资源。因而，研究煤矿回填开采技术对发展绿色开采具有十分重要的意义。2回填开采技术的发展前景2.1汲取关键层理论的开采沉陷控制原则由于成岩时间及矿物成分不同，煤系地层形成了沟渎不等、强

9、度不同的多层岩层。实践表明，其中一层至数层厚硬岩层在岩层移动中起主要的控制作用，这类岩层被称为关键层，其中对采场直至地表的全部上覆岩体起控制作用的岩层称为主关键层，仅局部起控制作用的岩层称为亚关联层，也就是说，关键层的断裂将导致全部或相当部分的上覆岩层产生整体运动。实测和模拟研究结果证明，主关键层对地表移动的动态过程起到控制作用，主关键层的破断将导致地表快速下沉，因此，可将保证覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采矿设计的原则。为了保证建筑物下采煤既具有较好的经济效益，有确保地面建筑物不受到损害，关键在于根据具体条件下的覆岩结构与主关键层特征来研究确定合理的减沉开采技术及参数。去原则为：判别覆岩

10、层中的主关键层位置，在对主关键层破断特征进行研究的基础上，通过合理设计条带开采、覆岩离层去回填、采空区部分回填等技术手段来保证覆岩主关键层不破断并保持长期稳定。2.2煤矿绿色开采的提出煤炭在中国一次能源结构中占70%左右。在未来20年内，煤炭在中国能源构成中的主体地位将不会改变。传统煤矿开采方法会引起采空区岩层移动和破坏，并导致地表塌陷、煤岩体中水与瓦斯的流动，从而引发一系列的环境与安全问题，如地表建筑物和土地的破坏、地下水资源的破坏和井下突水事故、井下瓦斯事故与瓦斯排放污染大气等。为了实现煤炭工业的可持续发展和适应煤炭工业走新型工业化道路的要求，中国煤矿应大力发展绿色开采技术，即从广义资源的

11、角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用得各种资源，基于岩层移动规律，从开采的角度采区措施，从源头防止或尽可能地减轻采煤对环境和其他资源的不良影响，从而取得最佳的经济效益、环境与社会效益。中国生产矿井“三下”压煤约140亿t，其中建筑物下压煤约90亿t。随着社会经济的发展，村庄搬迁费用和难度越来越高，严重制约着煤矿企业的发展。因此，不迁村采煤技术的研究与发展具有重大意义。目前，中国主要采用条带开采技术来实现不迁村开采，其主要缺点是煤炭才出率偏低，仅为30%5%。2.3煤矿回填开采的发展前景回填开次啊技术是煤矿绿色开采技术的重要组成部分。从理论上来说，回填开采时解决煤矿开采环境问题的理想途径

12、，在经济发达地区开采建筑物下压煤尤其如此。传统的回填开采成本相对偏高，限制了该项技术在煤矿的实验与应用。如何降低回填成本，是煤矿回填开采技术研究的关键问题。只有当回填成本小于因开采引起的土地破坏和村庄搬迁赔偿费用时，回填技术才有生命力。2.4回填工艺的发展和进步以矸石、粉煤灰、胶结料或砂、粉煤灰、胶结料为回填材料，以矿用混凝土泵进行长距离输送的回填工艺实验成功，为无煤柱开采提供了技术保障。回填工艺从混凝土泵的放置地点来分，主要有两种形式：一是井下回填；二是的面回填。针对峰峰；煤矿应用的情况，现着重说一下地面回填及其工艺。3煤矿部分回填开采技术3.1部分回填开采的概念及其理论依据按回填材料浆的浓

13、度大小，煤矿回填开采方法可分为；低浓度回填、高浓度回填和膏体回填、按回填料浆是否胶结，煤矿回填开采方法可分为：胶结回填、非胶结回填。按回填位置，煤矿回填开采方法可分为：采空区回填，即在煤层采出后顶板未冒落的采空区域进行回填；冒落区回填，即在煤层采出后顶板已冒落的破碎矸石中进行注浆回填；离层区回填，即在煤层采出后覆岩离层空洞区域进行注浆回填。一般情况下，采空区回填宜采用高浓度或膏体的胶结回填，离层区回填和冒落区回填宜采用低浓度回填。按回填量和回填范围占采出煤层的比例，煤矿回填开采方法可分为：全部回填和部分回填，全部回填开采即在煤层采出后顶板未冒落前，对所有采空区域进行回填，回填量和回填范围与采出

14、煤量大体一致，它完全靠采空区回填体支撑上覆岩层控制开采沉陷；部分回填开采，是相对全部回填而言的，其回填量和回填范围仅是采出煤量的一部分，它仅对采空区的局部或离层区与冒落区进行回填，靠覆岩关键结构、回填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷。全部回填的位置只能是采空区，而部分回填的位置可以是采空区、离层区或冒落区。按部分回填的位置不同，提出了如下3种建筑物下压煤开采的部分回填开采技术：采空区膏体条带回填、覆岩离层分区隔离注浆回填、条带开采冒落区注浆回填。如何降低回填成本，是煤矿回填开采技术研究的关键问题。采用部分回填开采技术，可以减少回填材料的用量和回填量，是降低回填成本的重要技术途径。同时，与金

15、属矿山相比，一方面煤矿的回填材料来源相对不足，金属矿山可用作回填材料的尾矿一般占开采矿石量的90%以上，而煤矿的矸石一般仅为煤炭开采量的15%左右，如采用全部回填法，煤矿回填材料的来源受到限制；另一方面煤矿工作面的单产相对较高，金属矿山回填站的回填能力一般为3060m/h，而一个年产100万t的采煤面的生产能力为100m/h以上，如采用全部回填法，回填系统的回填能力不能满足采煤工作面高效生产的要求。鉴于上述两方面的原因以及要满足降低回填成本的要求，采用部分回填开采技术是我国煤矿回填开采技术研究的方向和出路所在。部分回填开采技术的研究必须结合采动岩层移动规律。岩层控制的关键层理论为部分回填开采提

16、供了理论依据。研究证明，主要关键层的破断将导致地表快速下沉。由于覆岩主关键层的破断将导致地表下沉的明显增大，因此，可将保证覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采煤设计的原则。为了保证建筑物下采煤既具有较好的经济效益，同时又确保地面建筑物不受到损害，关键在于根据就提条件下覆岩结构与主关键层破断特征进行研究的基础上，通过合理设计条带开采、部分回填等技术手段来保证覆岩主关键层不破断并保持长期稳定。3.2采空区膏体条带回填技术采空区膏体条带回填就是在煤层采出后顶板冒落前，采用膏体材料对采空区的一部分空间进行回填，构筑相间的回填条带，靠回填条带支撑覆岩。只要保证未回填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距，且回填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表沉陷。采空区膏体条带回填技术有2种模式，有一种模式是长壁条带回填开采模式，工作面布置成长壁工作面开采，沿推进方向在采空区相间构筑回填条