充填开采之-矸石充填术课件

2024/6/171采矿B125班 杨龙龙 充填开采之充填开采之 矸石充填技术矸石充填技术2023/7/311采矿B125班 杨龙龙 充填开采之2024/6/172一一 解决相关问题的思路二二 总体技术框架三三主要技术研究内容四四主要技术特点2023/7/312一 解决相关问题的思路二 总体技术框架三一一.解决相关解决相关问题的思路的思路解决解决解决解决问题问题的的的的总总体思路体思路体思路体思路技技 术术 措措 施施矸石直接矸石直接矸石直接矸石直接充填置充填置充填置充填置换换“三下三下三下三下”压压煤煤煤煤循循循循环环利用利用利用利用矿矿区区区区废废弃物弃物弃物弃物保保保保护矿护矿区土地与区土地与区土地与区土地与环环境境境境回收回收回收回收“三下三下三下三下”压压煤煤煤煤资资源源源源实实 施施 目目 标标存在存在存在存在问题问题传统办传统办法法法法实实际际效效效效果果果果煤矸石的排放煤矸石的排放煤矸石的排放煤矸石的排放露天排放露天排放露天排放露天排放占用土地、占用土地、占用土地、占用土地、污污染染染染环环境、爆炸、自燃境、爆炸、自燃境、爆炸、自燃境、爆炸、自燃制制制制砖砖等等等等用量少、用量少、用量少、用量少、产产品品品品质质量、量、量、量、环环保等保等保等保等问题问题“三下三下三下三下”压压煤煤煤煤迁村开采迁村开采迁村开采迁村开采吨煤成本增加，吨煤成本增加，吨煤成本增加，吨煤成本增加，历历史与文化史与文化史与文化史与文化问题问题条条条条带带开采开采开采开采采出率只有采出率只有采出率只有采出率只有50%50%左右，浪左右，浪左右，浪左右，浪费严费严重重重重传统传统充填开采充填开采充填开采充填开采没有没有没有没有实现规实现规模化推广模化推广模化推广模化推广应应用用用用2024/6/173一.解决相关问题的思路解决问题的技 术 措 施矸石直接充二二.总体技体技术框架框架矸石直接充填置换矸石直接充填置换“三下三下”压煤总体技术框架压煤总体技术框架2024/6/174二.总体技术框架矸石直接充填置换“三下”压煤总体技术框架v（一）充填开采的难点之一（一）充填开采的难点之一 建立矸石充填开采建立矸石充填开采岩岩层控制理控制理论岩岩岩岩层层移移移移动动控制目控制目控制目控制目标标充填技充填技充填技充填技术术控制目控制目控制目控制目标标绝对绝对不移不移不移不移动动充入与开采充入与开采充入与开采充入与开采等量等量等量等量的矸石的矸石的矸石的矸石控制移控制移控制移控制移动动量量量量建筑物极度建筑物极度建筑物极度建筑物极度严严重重重重损损坏：拆迁坏：拆迁坏：拆迁坏：拆迁建筑物建筑物建筑物建筑物严严重重重重损损坏（局部坏（局部坏（局部坏（局部损伤损伤）：大修）：大修）：大修）：大修建筑物中度建筑物中度建筑物中度建筑物中度损损坏：中修坏：中修坏：中修坏：中修建筑物建筑物建筑物建筑物轻轻度度度度损损坏：小修坏：小修坏：小修坏：小修建筑物建筑物建筑物建筑物轻轻微微微微损损坏：不修或坏：不修或坏：不修或坏：不修或简单维简单维修修修修1.1.不同矸石充填量不同矸石充填量不同矸石充填量不同矸石充填量对应对应的地表的地表的地表的地表变变形形形形值值2.2.同一矸石充填量同一矸石充填量同一矸石充填量同一矸石充填量对应对应的地表最大的地表最大的地表最大的地表最大变变形形形形值值理理理理论论上上上上需解决需解决需解决需解决的的的的问题问题三三.主要技主要技术2024/6/175（一）充填开采的难点之一岩层移动控制目标充填技术控制目标绝对充填开充填开采采 顶板下顶板下沉沉 等价采等价采高高 顶板下顶板下沉沉 充填开充填开采采 v 1.矸石充填开采等价采高的概念矸石充填开采等价采高的概念v 矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据矸石充填开采岩层移动控制稳定性判据Hmax建筑物变形能承受的最大允许采高。建筑物变形能承受的最大允许采高。等价采等价采高高 2024/6/176S1S2Hz（1）.经验公式：公式：充填开采 顶板下沉 等价采高 顶板下沉 充填开采 1.H实际采高；实际采高；hz充填体空顶距（充实率控制参数）；充填体空顶距（充实率控制参数）；k 初始压实系数（压实率控制参数）；初始压实系数（压实率控制参数）；残余压实系数。残余压实系数。矸石充填开采的矸石充填开采的技术控制指标技术控制指标充实率充实率 hz压实率压实率 k2024/6/177 2.矸石充填开采等价采高矸石充填开采等价采高Hz的理论计算公式的理论计算公式：H实际采高；矸石充填开采的技术控制指标充实率 hz20技技 术术 障障 碍碍传传 统统 办办 法法开采工作面不断移动开采工作面不断移动开采工作面不断移动开采工作面不断移动采空区顶板随采随垮采空区顶板随采随垮采空区顶板随采随垮采空区顶板随采随垮开采面与采空区隔离开采面与采空区隔离开采面与采空区隔离开采面与采空区隔离水砂充填水砂充填水砂充填水砂充填水流为动力水流为动力水流为动力水流为动力风力充填风力充填风力充填风力充填风流为动力风流为动力风流为动力风流为动力膏体充填膏体充填膏体充填膏体充填流体为动力流体为动力流体为动力流体为动力1.拆除开采工作面与采空区之间的隔离屏障拆除开采工作面与采空区之间的隔离屏障2.用同一支护系统掩护采煤与充填平行作业用同一支护系统掩护采煤与充填平行作业3.用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力创新创新与与发明发明v（二）充填开采的难点之二（二）充填开采的难点之二 矸石充入采空区的空矸石充入采空区的空间、通道与、通道与动力力2024/6/178技 术 障 碍传 统 办 法开采工作面不断2024/6/179矸石矸石充填充填开采开采综合机械化矸综合机械化矸石充填技术石充填技术条条带开采开采矸石充填矸石充填技技术普采工作普采工作面矸石充面矸石充填技填技术2023/7/319矸石充填开采综合机械化矸石充填技术条带开2024/6/1710风风井井工业广场工业广场井下固体井下固体充填物料输送系统充填物料输送系统固体固体充填充填物料物料垂直垂直连续连续输送输送系统系统井上固体充填物料输送系统井上固体充填物料输送系统井下煤炭输送井下煤炭输送系统系统建筑物下充填采煤建筑物下充填采煤主主井井副副井井综合机械化固体充综合机械化固体充填采煤工作面填采煤工作面v 1.综合机械化矸石充填技合机械化矸石充填技术立体模型立体模型2023/7/3110风工业广场井下固体充填物料输送系统固体2024/6/1711v 2.配比配比搅拌系拌系统将粉煤灰、胶结料与成品矸石一起送入将粉煤灰、胶结料与成品矸石一起送入搅拌机，加水搅拌成合格的充填料，通搅拌机，加水搅拌成合格的充填料，通过充填泵，泵送到充填位置。过充填泵，泵送到充填位置。2023/7/3111 2.配比搅拌系统将粉煤灰、胶结料2024/6/1712v 3.矸石充填开采矸石充填开采设备布置布置煤炭运煤炭运输巷道巷道 前部采煤工作面前部采煤工作面 主要主要采煤设备采煤设备 主要主要充填设备充填设备 矸石运矸石运输巷道输巷道 后部充填工作面后部充填工作面2023/7/3112 3.矸石充填开采设备布置煤炭运输v 4.综采矸石充填支架比较综采矸石充填支架比较工作工作面面 采空采空区区 传统综采液压支架传统综采液压支架掩护斜梁掩护斜梁2024/6/1713 4.综采矸石充填支架比较工作面 采空区 传统综采液压支2024/6/1714传统放顶煤液压支架传统放顶煤液压支架v 4.综采矸石充填支架比较综采矸石充填支架比较2023/7/3114传统放顶煤液压支架 4.综采矸石充2024/6/1715工作工作面面 采采空空区区 综采矸石充填液压支架综采矸石充填液压支架水平短梁水平短梁v 4.综采矸石充填支架比较综采矸石充填支架比较多孔底卸多孔底卸式输送机式输送机2023/7/3115 工作面 采综采矸石充填液压支架水平短梁2024/6/1716v 5.综采充填转载输送机综采充填转载输送机2023/7/3116 5.综采充填转载输送机2024/6/1717接料接料处处机头链机头链轮轮中部中部槽槽卸料孔卸料孔伸缩机伸缩机尾尾v 6.综采多孔底卸式输送机综采多孔底卸式输送机2023/7/3117 接料处机头链轮中部槽卸料孔伸缩机尾 v 7.综采矸石充填原理综采矸石充填原理矸石充填运输机充填工艺矸石充填运输机充填工艺2024/6/1718 7.综采矸石充填原理矸石充填运输机充填工艺2023/2024/6/1719综采矸石充填压实系统工作原理综采矸石充填压实系统工作原理v 8.综采矸石充填压实原理综采矸石充填压实原理2023/7/3119综采矸石充填压实系统工作原理 8.v 8.综采矸石充填压实原理综采矸石充填压实原理综采矸石充填压实系统工作原理综采矸石充填压实系统工作原理2024/6/1720 8.综采矸石充填压实原理综采矸石充填压实系统工作原理v 9.综采矸石充填工作面井下工况综采矸石充填工作面井下工况前部采煤前部采煤后部充填后部充填2024/6/1721 9.综采矸石充填工作面井下工况前部采煤后部充填2022024/6/1722采煤机、刮板采煤机、刮板采煤机、刮板采煤机、刮板输输送机、充填开采液送机、充填开采液送机、充填开采液送机、充填开采液压压支架、充填刮板支架、充填刮板支架、充填刮板支架、充填刮板输输送机送机送机送机v 9.综采矸石充填设备配套：四机配套综采矸石充填设备配套：四机配套2023/7/3122采煤机、刮板输送机、充填开采液压支架、矸矸石石充充填填整整体体示示意意图图2024/6/1723充填充填体体 矸2023/7/3123充填体 普采与充填支护系统普采与充填支护系统v 10.普采工作面矸石充填技术普采工作面矸石充填技术普采与充填工作面布置普采与充填工作面布置普采与充填支架系普采与充填支架系统充充填填系系统统普采与充填工作面布置普采与充填工作面布置普采矸石充填高速普采矸石充填高速动力抛矸机力抛矸机充充填填面面开开采采面面2024/6/1724普采与充填支护系统 10.普采工作面矸石充填技术普采与充填抛矸机抛矸机抛矸面抛矸面实况况矸石充填高速矸石充填高速动力抛矸机力抛矸机v 11.条带开采矸石充填置换煤炭开采技术条带开采矸石充填置换煤炭开采技术2024/6/1725抛矸机抛矸面实况矸石充填高速动力抛矸机 11.条带开采矸条条带充填巷充填充填巷充填实况况条条带充填巷充填充填巷充填实况况2024/6/1726条带充填巷充填实况条带充填巷充填实况2023/7/3126v（三）应用效果实例（三）应用效果实例比比比比较项较项目目目目全高开采全高开采全高开采全高开采预计预计采高采高采高采高2.1m2.1m综综采充填采充填采充填采充填预计预计等价采高等价采高等价采高等价采高0.6m0.6m综综采充填采充填采充填采充填实测实测 最大下沉量最大下沉量最大下沉量最大下沉量/mm/mm15801580420420380380 最大水平最大水平最大水平最大水平变变形形形形/mm/m/mm/m3.23.20.80.80.50.5 建筑物破坏等建筑物破坏等建筑物破坏等建筑物破坏等级级 1.1.新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测l 平均采深平均采深500ml 实际采高采高2.1ml 等价采高等价采高0.6ml 采出率采出率85%综采矸石充填地表下沉曲线对比图综采矸石充填地表下沉曲线对比图 2024/6/1727（三）应用效果实例比较项目全高开采预计综采充填预计综采充填v（三）应用效果实例（三）应用效果实例比较项目比较项目比较项目比较项目全高开采预计全高开采预计全高开采预计全高开采预计采高采高采高采高1.8m1.8m普采充填预计普采充填预计普采充填预计普采充填预计等价采高等价采高等价采高等价采高0.4m0.4m普采充填实测普采充填实测普采充填实测普采充填实测 最大下沉量最大下沉量最大下沉量最大下沉量/mm/mm13651365280280257257 最大水平最大水平最大水平最大水平变变形形形形/mm/m/mm/m3.03.00.60.60.30.3 建筑物破坏等建筑物破坏等建筑物破坏等建筑物破坏等级级 普采矸石充填地表下沉曲线对比图普采矸石充填地表下沉曲线对比图 2.2.新汶盛泉矿工广下普采充填地表移动预计与实测新汶盛泉矿工广下普采充填地表移动预计与实测 l平均采深平均采深450ml 采高采高1.8ml 等价采高等价采高0.4ml 工作面采出率工作面采出率85%2024/6/1728（三）应用效果实例比较项目全高开采预计普采充填预计普采充填实（1）矸矸石石直直接接充充填填置置换换煤煤的的方方法法、工工艺艺、与与装装备备，包包括括：综综采采矸矸石石充充填填、普普采采矸矸石石充充填填和和条条带带矸矸石石充充填填的的技技术术与与工工艺艺，以以及及矸矸石石充充填填液液压压支支架架、充充填填运运输输机机和和高高速速动力抛矸机等关键设备。动力抛矸机等关键设备。（2）矸矸石石直直接接充充填填置置换换煤煤的的岩岩层层控控制制理理论论，为为充充填填开采设计和地表沉陷控制等提供了科学依据。开采设计和地表沉陷控制等提供了科学依据。2024/6/1729v 四四.主要技术特点及应用前景主要技术特点及应用前景1.主要技术特点主要技术特点（1）矸石直接充填置换煤的方法、工艺、与装备，包括：综采矸石 实行充填法开采不但可以实现建筑物下压煤的开采、缓解矿井辅助提升，而且可以将井下实行充填法开采不但可以实现建筑物下压煤的开采、缓解矿井辅助提升，而且可以将井下产生的矸石直接进行处理，消除矸石地面堆积对人类生存与生活环境带来的危害。矸石充填产生的矸石直接进行处理，消除矸石地面堆积对人类生存与生活环境带来的危害。矸石充填综采技术，将地面矸石山矸石或洗选矸石、井下所有掘进或分选的矸石用于采空区充填，实综采技术，将地面矸石山矸石或洗选矸石、井下所有掘进或分选的矸石用于采空区充填，实现采充一体化，效率高，月产可达现采充一体化，效率高，月产可达5万吨以上，实现了低成本、高效率、设备标准化、高效机万吨以上，实现了低成本、高效率、设备标准化、高效机械化连续充填开采的奋斗目标，代表了充填开采的方向，具有广泛的应用前景。因此，充填械化连续充填开采的奋斗目标，代表了充填开采的方向，具有广泛的应用前景。因此，充填开采对解决我国开采对解决我国“三下三下”压煤、城市垃城处理等问题开辟了一条新的技术选径，其科学与工压煤、城市垃城处理等问题开辟了一条新的技术选径，其科学与工程研究意义十分重大，同时研究成果能够为相关政府部门宏观规划和决策提供技术支持，具程研究意义十分重大，同时研究成果能够为相关政府部门宏观规划和决策提供技术支持，具有较强的现实意义。有较强的现实意义。虽然充填开采技术取得了巨大的发展，但我们也应该看到其不足之处，还需研究人员在虽然充填开采技术取得了巨大的发展，但我们也应该看到其不足之处，还需研究人员在这方面做大量的研究工作，使其充填开采技术完善、成熟。如：深化充填理论研究，量化充这方面做大量的研究工作，使其充填开采技术完善、成熟。如：深化充填理论研究，量化充填介质特性、充填参数对地表沉降的关系；研发新型的充填材料，尽可能利用矿井固体废料，填介质特性、充填参数对地表沉降的关系；研发新型的充填材料，尽可能利用矿井固体废料，减少固体污染，变废为宝，降低填充成本；研发新型的充填设备，包括顺送机、充填支架等，减少固体污染，变废为宝，降低填充成本；研发新型的充填设备，包括顺送机、充填支架等，为充填开采技术的发展助力。为充填开采技术的发展助力。2024/6/17302.应用前景应用前景 实行充填法开采不但可以实现建筑物下压煤的开 中中中中国国国国是是是是以以以以煤煤煤煤炭炭炭炭为为主主主主要要要要能能能能源源源源的的的的国国国国家家家家之之之之一一一一，现现如如如如今今今今承承承承受受受受着着着着巨巨巨巨大大大大的的的的资资源源源源、环环境境境境和和和和矿矿难难压压力力力力，故故故故研研研研究究究究煤煤煤煤炭炭炭炭绿绿色色色色开开开开采采采采理理理理论论，开开开开发发煤煤煤煤炭炭炭炭绿绿色色色色开开开开采采采采技技技技术术的的的的目目目目标标就就就就是是是是保保保保护护与与与与煤煤煤煤炭炭炭炭开开开开采采采采相相相相关关关关的的的的资资源源源源与与与与环环境境境境，防治防治防治防治矿难矿难，实现实现科学科学科学科学绿绿色采煤。色采煤。色采煤。色采煤。随随随随着着着着可可可可持持持持续续发发展展展展理理理理念念念念、无无无无废废采采采采矿矿理理理理念念念念和和和和工工工工业业生生生生态态学学学学的的的的矿矿山山山山充充充充填填填填理理理理念念念念在在在在中中中中国国国国的的的的不不不不断断断断深深深深入入入入，将将将将会会会会进进一一一一步步步步促促促促进进中中中中国国国国充充充充填填填填技技技技术术的的的的发发展和推广展和推广展和推广展和推广应应用。用。用。用。结结 束束 语语2024/6/1731 中国是以煤炭为主要能源的国家之一，现如今承受着巨大的资源、谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！