煤矿充填材料范文

煤矿充填材料范文（精选9篇）

煤矿充填材料 第1篇

注浆材料是注浆技术中不可缺少的一个组成部分。龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层为水体下回采, 采空区矸石充填注浆胶结的目的是使矸石由散体状态胶结形成矸石胶结带, 提高矸石充填体的强度[1], 同时, 浆液扩散充满矸石与顶板之间的空隙距离, 从而减小顶板的下沉量[3], 有效防止导水裂隙带的向上发展, 降低矿井突水事故发生的可能。本文根据龙湖煤矿的具体条件最终选择水泥-水玻璃作为注浆液。

1 水泥-水玻璃作用机理

水泥本身的凝结和硬化主要是水泥水化析出的凝胶性物质所引起的, 在硅酸三钙的水化过程中, 产生氢氧化钙:3Ca O·Si O2+n H2O→2Ca O·Si O2· (n-1) H2O+Ca (OH) 2

但在其中加入水玻璃后, 水玻璃马上与新生成的氢氧化钙反应, 生成具有一定强度的凝胶体—水化硅酸钙:Ca (OH) 2+Na2O·n Si O2+m H2O→Ca O·n Si O2·m H2O+2Na OH

由于氢氧化钙是逐渐生成的, 氢氧化钙与水玻璃之间的反应则由于氢氧化钙的逐渐生成而连续进行, 其反应较快, 且胶质体越来越多, 强度也越来越高。所以, 水泥-水玻璃浆液的强度, 早期主要是氢氧化钙与水玻璃之间的反应起主要作用。

2 水泥-水玻璃性能参数

2.1 凝胶时间

水泥品种不同, 各种物质的含量也不同, 因此, 凝胶时间也不同。一般来说, 在同一条件下含硅酸三钙的量越多, 与水玻璃反应越快, 凝胶时间也越快。如图1所示。当其它条件相同时, 水泥浆浓度与凝胶时间呈直线关系, 即随着水泥浆液浓度的增加, 水灰比越小, 水泥与水玻璃之间的反应加快, 凝胶时间缩短, 如图2所示。水泥浆越浓, 反应越快;而水玻璃则是越稀, 反应越快。如果水泥浆液浓度和水玻璃浓度同时改变, 则比较复杂。当其它条件相同时, 试验结果表明, 水泥浆和水玻璃的体积比从1:0.3到1:1的范围内呈直线关系, 随着水玻璃用量的减少, 凝胶时间缩短, 试验结果如图3所示。这个结果很重要, 特别是对实际注浆意义很大, 为了在实际注浆过程中调节凝胶时间, 就可以直接调节水泥浆与水玻璃的体积来达到这个目的, 操作时即时改变两台泵的泵量, 实际操作较为简单。

2.2 水泥-水玻璃强度

水泥-水玻璃浆液结石体抗压强度较高, 特别是早期强度较高, 并且增长速度很快, 实验室进行了圆柱形力学性能测试。

圆柱试件的配比如试件尺寸、水灰比、水玻璃浓度以及水泥与水玻璃比例等如表1所示。试件的单轴压缩曲线不同水灰比、不同水玻璃浓度水泥-水玻璃试件轴向抗压应力-应变曲线如图6所示。不同水灰比、不同水玻璃浓度水泥-水玻璃试件强度对比如图7。

水玻璃35°Be;C:S=1:1;温度24℃

C:S=1:0.6 (体积比) ;温度23℃;普通硅酸盐水泥

水灰比1:1;温度23℃;500#普通硅酸盐水泥

注:温度24℃.

3 结论

对实验数据分析, 可以得出以下结论:当水玻璃浓度一定时, 随着水灰比的增大, 水泥-水玻璃圆柱形试件的单轴抗压强度逐渐降低。当水玻璃浓度一定时, 随着水灰比的增大, 水泥-水玻璃圆柱形试件的残余强度逐渐也降低当试件水灰比一定时, 随着水玻璃浓度的降低, 圆柱试件的抗压强度有所增加。

摘要：本文通过改变水泥-水玻璃各种成分的比例, 形成各种不同组分的水泥-水玻璃的浆液, 实验分析以矸石为骨料, 水泥-水玻璃为胶结料胶结形成的“矸石胶结体”的力学性能, 通过测量圆柱形试样的单轴抗压强度, 分析各个因素对其力学性能的影响, 最后得出各个因素对其强度的影响。

关键词：充填注浆,凝胶强度,水泥-水玻璃

参考文献

[1]罗永忠.水泥-粉煤灰浆液试验及工程应用[J].公路交通技术, 2005 (2) :26-281.

[2]李建硕, 姜振泉, 贾建强, 姚普.新型井下注浆材料工程性能及模拟试验研究[J].能源技术与管理, 2008 (02) .

[3]黄青云.粉煤灰水泥注浆材料特性试验研究[J].煤矿现代化, 2005 (5) :32-331.

煤矿充填材料 第2篇

陕西上河实业集团有限责任公司起步于20世纪90年代后期，经过20多年艰苦创业和不懈努力，现已发展为涉及煤炭采掘、洗选煤及深加工、文化艺术、酒店住宿、休闲餐饮、房地产开发、公路桥梁建设、五金交电销售、农牧渔业种养殖等诸多领域的综合性集团公司。上河集团下设的上河煤矿位于榆林市榆阳区牛家梁镇常乐堡村上河自然村，在榆林城东北约15公里处，属个人独资企业，始建于1994年4月，1997年4月建成投产，2008年矿井核定生产能力为30万吨/年，2013年3月矿井最终核定生产能力为60万吨/年。矿区地处毛乌素沙漠南缘，井田面积2.977平方公里，现有地质储量1141.7万吨，可采储量479.7万吨，剩余服务年限约8年。煤矿现证照齐全，为正常生产矿井。

煤矿开采与环境保护、城市发展、水资源保护等问题一直在矛盾中纠结，困扰着企业的发展。如何在发展经济的同时保住青山绿水？榆林市上河煤矿率先实施充填开采技术，即向煤矿采空区输送沙石、粉煤灰、膏体等充填材料，并在充填体保护下进行采煤的一项技术，充填开采属绿色开采技术体系的重要组成部分，是提高回采率、减少环境破坏的最有效方式，不仅实现了对村庄、建筑、河流等“三下压煤”的开采，大大延长了矿井服务年限，而且提高了资源回收率，解决了固体废弃物的排放问题，杜绝了污染物外排，实现了绿色开采。

充填验收会照片

探路：实施充填开采

为了响应国家提倡煤矿应用推广充填式开采的号召，提高煤炭资源回收率，延长矿井服务年限，有效保护水源地不受破坏、地表不产生塌陷、杜绝煤矿开采后采空区大面积悬空所遗留的诸多安全隐患，榆林市上河煤矿在多次由榆阳区煤炭局组织前往内蒙古、河北、山东等地实地考察的基础上，于2016年7月决定引进胶体充填开采技术，进行充采试验，建设绿色煤矿企业。

2017年3月，上河煤矿经榆林市榆阳区政府同意，由榆阳区煤炭局指定为充填开采试点煤矿。2017年6月，上河煤矿委托西安科技大学、陕西西矿工程勘察设计有限公司、陕西世诚矿业有限公司编制了《榆林市上河煤矿风积沙似膏体充填开采方案设计》。上河煤矿启动充填开采技术应用，在经历了数月的建设、调试期后，在3216工作面针对原材料的配比、机械设备及工艺的配套进行了一系列的试验，于同年8月底成功试充填了5个条带。同年9月，上河煤矿邀请相关专家对井下充填试验现场实际查看的基础上，对充填开采方案设计进行了评审。2018年1月，上河煤矿委托设计单位根据井下开采条件及试采过程中遇到的具体问题，针对条带开采参数、开采回填工艺、监测方案和运输、通风、排水等系统做出适当调整，编制了《榆林市上河煤矿风积沙似膏体充填开采方案设计（变更及补充）》。

上河煤矿严格按照设计方案执行，地面建设充填站包括风积沙堆场、风积沙原料仓、水泥仓、粉煤灰仓、储水罐、厂房等；试验工作面采用EBZ200型悬臂式掘进机割煤，ZL18FB型轮胎式防爆装载机装煤，采用WC3型防爆胶轮车运煤。目前3216试验工作面已完成第一阶段14个条带及采空区充填、第二阶段的6个奇数号条带煤柱及其采空区域充填，正在进行第三阶段的奇数号煤柱置换工作，基本达到设计要求的验收进度。经过监测，充填体实测强度8.22MPA，大于设计要求的6.47MPA，满足要求，上河煤矿开展此项技术应用至今，在煤矿3216工作面取得了局部成果。通过不断地总结，做出如下结论：一是地面设备、设施工作稳定、正常，且充填量有保障；二是井下施工，工艺工序合理有效，不产生窝工及各种浪费；三是在充填体稳固且承压力满足置换强度的前提下，接顶情况良好，满足充后置换开采的条件；四是针对成本情况，目前综合成本在可接受范围内，并通过项目持续性开展，还有降低成本的空间；五是通过井上下监测设备、设施所反馈的数据来看，地表暂无大幅沉降，且有效保护了该矿所属范围的水资源、地面设施不受破坏；六是通过该技术的引入及项目的逐步完善，不仅为该矿增加了收益，且一劳永逸地解决了上河煤矿所面临的如采空区塌陷、地表破坏、排污等问题。

2018年6月，由榆阳区煤炭局牵头组织项目建设、设计、施工等单位及专家组成立了验收委员会，对上河煤矿充填开采项目进行了现场检查验收，验收结论为：同意榆林市上河煤矿风积沙似膏体充填开采项目工程阶段性成果通过验收。验收专家组一致认为上河煤矿实施充填开采技术为全省首例，为陕西煤矿充填开采进行了积极探索，具有很强的实践推广意义。

充填站图片

成效：源头解决地表沉降问题

推动煤炭产业向“生态环保型”转变，第一个层次，是尽量减少对生态环境的影响；第二个层次，是不影响生态环境；第三个层次，主动改善生态环境。上河集团率先实施充填开采，实现了榆林煤炭行业所期待的由被动治理向主动防治转变，是煤炭产业向“生态环保型”转变的生动典型。上河煤矿实施充填开采，可以延长矿井服务年限5年左右，对当地的经济、就业、税收与人民群众的生活稳定都起到良好的作用。总之，应用充填开采技术，在更加安全的前提下，提高了回采率，并有效保护了水源地不受破坏、地表不产生塌陷、杜绝了煤矿开采后采空区所遗留的诸多安全隐患，同时也相对地提高了煤矿的经济价值，也为地方带来了一定的社会效益。

上河煤矿

声音：“上河实践”如何复制

上河集团在煤炭主管部门的积极引导和大力支持下，投入了大量的人力、财力、物力、时间，克服了各种困难，付出了艰辛努力，率先探索出了一条绿色开采的新路子，是来之不易的，形成了“上河实践”。对榆林这样一个产煤大市而言，在目前的情况下，“上河实践”应当如何复制？笔者认为，政府应当加强技术改造项目投入扶持力度。利用煤矿安全改造、煤炭产业升级等中央预算内资金支持煤矿实施充填开采，省级财政应制定配套扶持政策，同时执行充填开采煤炭资源税费优惠，减轻充填开采企业的成本负担。地方政府相关部门要积极支持煤矿企业开展充填开采工作，以便加快充填开采技术的推广。此外，从国家宏观层面，应考虑将以沙石、矸石、膏体等尾矿废渣为主要填充材料生产的煤矿副产品以及充填开采的煤炭产品列入资源综合利用目录，享受国家资源综合利用增值税政策优惠。

上河集团率先实施充填开采技术，为陕西煤矿企业绿色开采和可持续发展探索出一条新路子。“上河实践”值得其他煤矿企业借鉴和推广。目前，上河集团实施的充填开采技术已向榆阳区十家保水采煤矿井推广。

（来源：陕西日报

通讯员 冯伟

煤矿充填材料 第3篇

关键词：煤矿井,瓦斯治理,充填材料

1 引言

瓦斯超限引起的瓦斯爆炸产生的有毒有害气体、高温火焰、以及高压气体形成的冲击波, 不仅造成大量人员伤亡, 严重还会摧毁井巷等设施。治理瓦斯超限最有效的措施是进行瓦斯抽放。瓦斯抽放的技术很多, 如底板穿层钻孔瓦斯抽放技术、高位瓦斯抽放巷道抽放技术和高位钻孔瓦斯抽放技术等, 但各种瓦斯抽采技术在高瓦斯及突出矿井应用后, 遗留了大量的钻场, 如果不对这些钻场进行充填, 很容易造成瓦斯积聚同时也可能引起煤炭自然发火, 形成安全隐患。另外在采煤工作面的上隅角、采空区及废弃的井巷等空硐也存在上述问题, 采取一定的充填封闭措施可以有效地防治井下瓦斯积聚以及煤炭自燃。

目前煤矿钻场常用的充填方式有:水泥浆充填、木垛充填、煤炭充填、有机材料充填和凝胶充填等, 水泥浆充填使用普遍且效果好, 但建设周期长, 劳动强度大;而木垛充填和煤炭充填又存在充填不严实、浪费能源等缺点;凝胶和有机材料充填时效期短、价格昂贵, 且材料本身可燃、反应发热量大, 使用较谨慎。针对上述材料的不足, 着手研发了无机轻质充填材料, 用来充填煤矿井下钻场、上隅角等空硐。该材料在许多矿业集团煤矿钻场充填应用, 效果较好。

2 新型无机轻质充填材料的研制

在研制新型无机轻质充填材料之前, 总结现有充填材料的优缺点, 并根据煤矿井下的条件和工艺要求, 设定无机轻质充填材料应具备的主要性能:能对局部空间进行密实充填, 并且不塌陷、不析水, 材料具有很好的稳定性, 这样可以提高充填效果, 彻底消除瓦斯积聚的安全隐患;材料密度小, 能以较少的材料充填一定的空间;材料强度和初凝时间适当可调, 方便施工;材料成本较低, 便于推广应用;符合健康和安全的有关规定要求, 材料属于绿色环保材料。

2.1 新型无机轻质充填材料的研制过程

新型无机轻质充填材料研制初设定的性能有轻质、不燃、强度可调、凝固时间可调、无污染、价格低廉等, 原料采用无机材料, 可以达到不燃的目的;强度和凝固时间可以根据胶凝材料的水灰比来调节;利用装置和发泡剂对胶凝材料进行混合并发泡, 达到轻质的目的。

2.1.1 无机胶凝材料的选择

无机胶凝材料的选择实验包括无机轻质材料的配比实验和水灰比对机轻质充填材料的影响试验。室内配比试验采用正交试验法进行。选取的因素为添加剂A、添加剂B、添加剂C和添加剂D, 观察无机轻质充填材料的凝结情况。试验采用70.1mm的试模制作, 并模拟现场充填条件, 其正交结果见表1。

分析各种因素对无机轻质充填材料的影响, 添加剂一是影响充填材料性能的最主要因素。根据实际需求, 如果初凝时间太长, 则不能满足现场充填需求;如果初凝时间太短, 则施工时很困难。根据表1中的正交试验结果, 选择最好的配方为A2B3C1D2。由于正交试验各个因素水平设置间隔较大, 所以对A2B3C1D2配方进行微调。

2.1.2 发泡体系的研究

在确定充填材料配方后, 使用发泡材料及专门设备对其间变化的抗压强度图发泡, 使其达到轻质的目的。

不管是使用发泡剂A还是发泡剂B的充填体, 其强度都是随着时间而不断增大, 且添加有发泡剂的充填材料强度增长迅速, 说明适量的发泡剂使用并不影响充填材料的性能;使用发泡剂A的充填材料早期强度比使用发泡剂B的充填材料早期强度提升的快, 且最终强度也较B的充填材料强度大, 表明发泡剂A的性能优于发泡剂B的性能。

2.2 新型无机轻质充填材料的性能

无机轻质充填材料是一种由无机胶凝材料及相关助剂组成的速凝浆料, 它是一种轻质不燃、密度小 (400~1100kg/m3) 、强度可调 (0.2~1.0MPa) 、凝固时间可调 (5~30min) 、无污染、价格低廉的新型环保充填材料;该材料初凝时间为5~30min, 30min即产生强度, 且强度增长速度很快, 可用于钻场充填、上隅角充填、矿山胶结充填等空硐充填, 消除瓦斯积聚的安全隐患, 并方便顶板管理。

2.3 新型无机轻质充填材料充填工艺

无机轻质充填材料充填装置可以利用煤矿井下注浆泵、双液泵、泥浆泵、风动潜水泵、气动注浆泵等现有设备, 因地制宜, 操作简单方便。实际使用时, 根据对煤矿的现场勘察, 选择可供使用的注浆泵和充填工艺, 安全可靠。充填工艺有双液单泵近距离充填工艺、混合液单泵近距离充填工艺 (一) 、混合液单泵近距离充填工艺 (二) 、远距离充填工艺4种。根据对煤矿井下实际资源的现场勘察, 以及可供使用的注浆泵, 选择最佳的充填工艺。

3 无机轻质充填材料的应用

通过对无机轻质充填材料进行了充分考究后, 在2009年9月, 对我矿二区段运输石门“8.23”突出事故 (未有人员受伤) 所造成的巷道东侧酷似钻场的空洞进行了现场充填。

3.1 空洞区概况

二区段运输石门揭开K16煤层后, 在过煤期间发生突出, 其突出的空洞参数为8.5m×9m×5.1m (长×宽×高) , 极易形成瓦斯积聚区。

3.2 无机轻质充填材料的充填工艺

无机轻质充填材料的充填工艺, 可以利用矿山现有的资源, 包括泥浆泵、双液泵、矿车等, 因地制宜, 工艺简单。经过现场勘察后, 选择远距离充填工艺。

3.2.1 泵站及充填管路布置

根据我矿实际情况, 可选择采用气动双液泵、电动双液泵、注浆泵等作为动力输送充填液, 采用专用发生器进行混合和发泡, 配2~4个1t空矿车, 每车有效容积为1.0m3, 设备 (设施) 之间用高压胶管连接。

3.2.2 止浆墙的构筑

在巷道东侧与空洞之间构筑止浆墙。止浆墙主要有立柱 (选用Φ160~Φ180mm的圆木) 和木板 (厚度在20~50mm的方形板) 组成。为防止漏浆, 在止浆墙与巷道周边接触处内侧铺一层风筒布。

3.3 无机轻质充填材料的充填步骤

3.3.1 原料检查。

检查原料是否有受潮结板, 如发现应立即挑出, 不得用于施工。对包装袋仔细检查, 对数量不足的原料要重新计量, 单独堆放。A、B双料应分别堆放, 明确区分, 禁止混放。

3.3.2 设备 (设施) 检查。

用清水试验泵和管路, 确认泵运转正常, 管路连接完好, 检查有洗泵的清水后, 方可开始充填。当采用双液泵充填工艺时, 在A、B搅拌桶 (矿车) 内加相同数量的水, 加水量为干料总重量的2.5~3.5倍。如每车加水610~860L, 分别放入9袋A料和B料, 要等比例投料, 即每一袋A料对应一袋B料。投料后应迅速搅拌, 确保充分溶解。在施工过程中, 要不断地观察吸料情况, 发现堵塞等异常情况要马上停泵, 迅速清理, 并用清水冲洗, 防止在管道内凝固;施工中一次连续注浆, 浆液高度不能超过1m, 超过1m时, 要停止30min后再注浆液, 防止浆液压力过大挤坏止浆板;当回浆管内有浆液流出时, 表示注浆满, 用清水清洗设备后停泵, 充填结束。

3.4 应用效果

无机轻质充填材料在二区段运输石门突出空洞的充填试验取得成功, 各项指标均满足井下充填的需求, 取得了较好的社会效益和经济效益。

3.4.1

二区段运输石门突出空洞填充体积在450m3左右, 充填消耗无机轻质充填材料47t。充填3d后, 测得形成的充填体的密度为510kg/m3, 形成的充填体密实、轻质、无污染、有强度、不缩水且可塑性强。

3.4.2

充填1m3空间所需无机充填材料约为110kg, 所需水的量为400kg;初凝时间为5min, 20min即产生强度, 7d达到最终强度的95%, 最终抗压强度即可达到0.5MPa。

4 结论及几点建议

4.1

无机轻质充填材料的研发成功, 为井下钻场等空硐的充填提供了一种新材料、新设备和新工艺。

4.2

无机轻质充填材料弥补了现有充填材料的诸多不足, 具有更强的现场适应能力。

4.3

无机轻质充填材料固水能力大, 强度和凝结时间适当可调, 制备的浆液可泵送, 在二区段运输石门突出空洞充填试验取得成功, 各项指标均满足井下充填的需求。

参考文献

[1]李树刚, 张正林.我国煤矿瓦斯防治与利用现状及改进技术[J].

73、何为高水速凝固化充填材料 第4篇

高水速凝固化充填材料是一种含水量高达86%～90%(按体积计算)的新型材料，主要用于矿井支护、充填、堵漏、阻燃灭火，适用于煤矿井巷巷旁充填沿空留巷技术和金属矿山全尾砂充填采矿法的充填材料。

高水速凝固化充填材料是由甲、乙两种组分的粉状物料，分别加水配制成浆液，通过两套管路，泵送到使用现场，经专用混合器混合后，注入固定的充填袋内，混合浆液便能快速凝固、硬化。高水速凝固化充填材料的水灰比为2.0～3.0，泵送距离可达3000～5000m。甲、乙两种材料在分别加水搅拌时，24h内不沉淀、不凝固、不堵管。两种浆液混合后将在5～30min内凝固，强度发展很快，从混合均匀后算起，2h抗压强度可达0.8～1.5MPa，24h可达2.5MPa以上，7d可达4.0MPa以上，是现用液压支护抗压强度(0.8MPa)的5倍以上，完全达到井下采掘快速推进的技术要求。

高水填材料的甲组分，是以铝酸盐、硫铝酸盐或铁铝酸盐等为主要成分的特种水泥熟料，加入适量缓凝剂共同磨细制成的粉状物料。高水速凝固化充填材料的乙组分，是以硬石膏、生石灰与若干种促凝剂共同磨细制成的粉状物料。它们具有早强高、使用寿命长、省电、施工工艺简单、操作方便、无腐蚀性、对皮肤无伤害、安全可靠，充填体密实，不漏气，能抑制采空区煤层的自然着火等特点，是一种应用范围广，具有较大的经济效益和社会效益的新产品，有着十分广阔的应用前景。

煤矿充填材料 第5篇

在我国煤炭开采过程中,过度开采导致的地表沉降现象比较严重,地面民用建筑和公共设施遭到严重破坏;另外,由于开采条件和工艺的限制,有很大一部分煤炭不能很好的加以利用,例如“三下”压煤等(在建筑物下、水体下和铁路下的煤炭)。煤矿充填工艺主要是将充填材料输送到采空区,利用充填材料自身的特性来充当抗压对象,一方面防止了地表沉降,保护了地面建筑,另一方面又使得无法开采的煤区得到了释放,能够最大程度地利用现有的资源。

1 系统介绍

本系统是基于PLC及触摸屏的煤矿充填材料制备工艺控制系统,通过传感器检测各个过程罐的液位、料位、流量等信息,从而控制变频器机组的输出频率和电动阀的阀门开度,完成从材料制备到自动充填的整个工艺过程。系统主要分为3个子系统:料浆制备、料浆输送及自动控制系统。

料浆制备系统是由2个制备初浆材料的初浆罐、2个贮存各种辅助材料的辅料罐、1个成浆罐以及辅助的送料系统组成,主要完成将各种辅料、基料、水等按照一定的混合比例及工艺要求进行混合,配成为高水膨胀材料。

料浆输送系统由钢复合超高分子量聚乙烯管路和控制流量的恒流盘装置组成,用来将料浆制备系统产出的高水膨胀材料输送至充填单元(区域)。

自控系统是充填过程的重要控制子系统,对各个传感器采集的数据进行处理和分析,根据制定的控制策略对变频器及电动阀进行控制,实现充填过程的自动化。

2 控制系统的要求

2.1 控制模式

在自动模式下,各个初浆罐、辅料罐及成浆罐的变频器机组、电动阀等将自动调节输出频率和阀门开度,通过PLC对各个传感器的采集数据进行处理,并根据制定的控制策略进行自动调节,无需人为操作;在手动模式下,操作人员可以通过触摸屏和琴式按键操作台来完成上述控制动作,其另一个主要功能是进行设备的调试和系统的维护。

两种控制模式下,操作人员都可以根据触摸屏上的实时数据来判断系统的工作情况,并可在两种模式间自由切换。

2.2 故障报警功能

当各传感器的检测数据出现异常或变频器机组无法正常工作时,系统发出报警信号,并在触摸屏上提示故障信息,操作人员可根据具体提示来排除故障。

3 控制系统的设计

3.1 硬件设计

本系统选用FP-X系列PLC一台,配套A/D转换模块一块,用于处理各项检测数据;多功能触摸屏MT6100i一台,实时显示系统参数及运行状态,并可用于系统的手动操作;沉筒式液位计,主要用于实现初浆罐及成浆罐的液位检测;超声波液位计,主要用于检测成浆罐内浮球的高度,其检测数据将用于系统的自动控制;温度传感器,主要检测初浆罐和成浆罐的温度,用于观测浆料的温度以确定其达到最佳的膨胀及抗压效果。系统的硬件结构见图1。

在本系统中,检测数据的准确与否关系到控制策略能否正确实施、成浆的品质能否达到要求;同时由于材料自身的特性,材料制备过程及输送过程中对于传感器和电动阀等有较高的要求。因此,系统的硬件设计在本系统中尤为重要,其中初浆及成浆的液位高度检测是最为棘手的问题。

液位高度对于操作人员来说是掌握充填速度及充填记录的重要参数指标。然而,在初浆的制备过程中,由于添加材料的方式和材料本身的特性,罐内呈现出高温、重粉尘、蒸汽、搅拌的复杂情况,加之材料本身的粘附性和凝固性等自身特性,使得传统的液位检测装置无法正常工作。

基于上述复杂工况,设计研制了一种新型沉筒式液位计。它主要由拉力传感器、变送器和沉筒组成。拉力传感器内部贴有电阻应变片,通过信号线将变送器输出的标准电流信号送到PLC的A/D输入端口,用以进行数据处理和远程控制。沉筒由上下两端封闭的空心材料制成,并悬挂在拉力传感器的受力端,其余部分投入到储料罐中。拉力传感器用法兰盘或自带螺纹固定在储料罐的上方。其工作原理是:沉筒浸在被测液体中,受到自身重力G和液体浮力f的作用,两者的合力F由拉力传感器来测量,即:F=G-f。

拉力传感器检测的拉力大小与液位的高低成反比。

当沉筒干燥时,拉力传感器只测得其自身的重力;当液位上升或下降引起浮力变化时,由公式得出拉力值变化。拉力传感器内贴有电阻应变片,受力端受力发生变化后测点发生应变,应变片发生变形而使应变片的电阻也发生变化,通过变送器将电阻值的变化转化为标准的4~20mA电流信号输出。

为使液位计正常工作,必须保证沉筒的重力始终大于它受到的浮力,必要时可在沉筒下方加挂重物。另外,为防止搅拌机的搅拌使得沉筒发生偏转,可利用固定件将沉筒束缚。其检测应用图如图2所示。

通过新型沉筒式液位计来检测浆料的液位高度,避免了高温、粉尘、蒸汽、搅拌及材料本身的粘附性和凝固性的影响,保证了检测数据的准确性。

3.2 软件设计

3.2.1 成浆液位控制

为使得浆料的膨胀效果和抗压能力最佳,操作人员根据工作经验得出成浆效果最佳时的浮球高度,并将此高度设定为理想值。超声波液位计检测的浮球高度与该值比较,用来(通过PID调节单元)调节初浆电动阀的阀门开度,改变初浆流量,使成浆浮球高度稳定在经验设定值上。其控制流程图见图3。

3.2.2 辅料与初浆的联动

在两种工作方式下,辅料的进给量是随着初浆流量的大小自动调节的,辅料的添加量关系到料浆的抗压能力及凝固时间。

手动方式下,操作人员根据配比比例得出辅料变频器的输出频率f,调整辅料和初浆的联动系数k,使得辅料的进给量能够跟随初浆流量的变化。其联动系数的计算公式为:

式中,f为辅料变频器的输出频率;l为初浆的流量大小;k为初浆和辅料的联动系数(k的大小可在触摸屏上调节)。

自动方式下,系统根据制定好的联动系数及控制策略自动调节辅料变频器的输出频率,使辅料跟随初浆变化。

3.2.3 触摸屏控制画面设计

控制主界面的设计如图4所示,显示各个初浆罐的液位高度、温度、流量等;显示各个辅料罐的料位高度;显示成浆灌的液位高度、温度、流量;用于控制系统和手动操作的各个按键设计。

3.2.4 触摸屏参数设置画面设计

参数设置包括校正参数、工艺参数和其他参数的设置,主要完成成浆罐浮球高度、初浆和辅料联动系数以及初浆电动阀开度上下限等的设置;此外,还可通过“校正参数”模块对各个显示数据进行校正。

3.2.5 控制流程

从触摸屏上能够观察到各个过程罐的液位、料位、流量等信息,了解各变频器机组的运行状态,并可通过触摸屏和操作台对运行参数、运行模式等进行修改。整个工作过程的流程图如图5所示。

4 结语

本系统适应现代煤矿开采的新技术,既符合我国的煤炭开采现状,又能满足实际应用要求,在实际应用取得了良好的效果。

摘要：介绍以PLC为控制系统核心,并用触摸屏和琴式按键操作台对材料制备过程及充填过程进行观测、控制的煤矿充填材料制备工艺控制系统。根据设计要求和实际工况设计了新型沉筒式液位计,作为在高温、重粉尘、蒸汽、搅拌及材料有较强粘附性和凝固性情况下的液位检测装置。

关键词：煤矿充填,沉筒式液位计,PLC,触摸屏

参考文献

[1]石建新.高水膨胀材料充填采煤技术的研究与应用[J].山东煤炭科技,2010:128-129

[2]钟肇新,范建东.可编程控制器原理及应用(第3版)[M].广州:华南理工大学出版社,2004:194-202

[3]王迎旭,李春菊,施晓蓉.触摸屏与PLC在全自动双面钻控制系统中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2004,(4):92-94

[4]王家祯,王俊杰.传感器与变送器[J].北京:清华大学出版社,1996:158-161

城市垃圾充填煤矿采空区研究 第6篇

城市垃圾成分分析

城市的垃圾分为有机类、无机类、可回收废品。有机类包括厨房餐饮剩余物、动植物残体等;无机类包括灰渣、砖瓦等建筑垃圾或工业垃圾;可回收废品包括纸类、布类、金属、塑料、橡胶、玻璃等。城市垃圾的这些成分随季节的变化, 其含量有所变化, 根据某矿业城市环保测试中心提供的资料, 将大致情况如表1所示。

从表2中可以看出, 城市垃圾中无机部分含量较大, 虽然随季节有所变化, 但总的都占大多数, 年平均含量为64.6%;其次为有机部分, 年平均含量约为28%, 可回收的废品部分数量不大, 年平均含量为7.4%, 并且可以直接回收利用, 对环境造成的污染不大。

由表2可知, 城市固体垃圾的主要化学成分与黏土砖基本相同, 说明城市固体垃圾从化学成分上来说, 作为充填材料是完全可行的。

装袋充填工艺及流程

首先要对城市垃圾进行预处理, 将垃圾进行收集、分拣 (把有机部分进行堆肥或焚烧处理, 将可回收利用的废品直接分拣循环利用) , 其次将分拣后垃圾干燥、破碎, 压缩, 经 (沥青) 固化后, 通过钻孔, 地面投料系统输送到井下储料仓中, 经螺旋给料机给料、自动包装机打包、皮带输送、液压支架架后翻转装置把充填袋翻到采空区中。装袋充填工艺流程见图1, 架后翻转装置见图2。

装袋充填系统组成

(1) 建立地面城市垃圾和黄河沙存储场以及输送设备

在地面建立地面城市垃圾储场地和输送设备系统, 地面场地外需修建城市垃圾运输道路, 场地内需建设办公房屋三间, 地面配电室一个, 需建立地面通讯系统, 铲车两台。

(2) 城市垃圾无压投料系统输送

在地面城市垃圾存储场地施工钻孔, 城市垃圾通过无压系统输送至井下。考虑到充填材料在管道中的冲力, 因此专门设计了地面矸石等的无压投料系统。通过无压投料系统将城市垃圾和黄河沙输送至井下的储料场。

(3) 井下城市垃圾和矸石存储系统

在轨道大巷施工城市垃圾、黄河沙和矸石存储硐室和联络巷, 施工一个城市垃圾存储仓, 施工一个黄河沙存储仓和一个矸石存储仓。

(4) 井下城市垃圾和矸石装袋和运输系统

存储仓内的城市垃圾、黄河沙和矸石按照一定的质量比例放置到仓下的一个自动搅拌和装袋的系统内, 每袋的重量为40公斤左右。然后充填袋经皮带运至工作面顺槽的皮带上, 顺槽皮带将充填袋运至工作面综采充填支架后方悬挂的输送机上。

(5) 工作面城市垃圾、黄河沙和矸石运输充填系统

在综采充填支架后方悬挂刮板输送机, 每个支架后方都有一个翻转装置。充填袋运至待充位置, 经翻转装置将其翻至采空区。

工程实践应用

新汶矿业集团公司赵官能源公司建筑物下的2712工作面和2711工作面拟采取充填开采。充填开采技术成功实施后, 不仅能解决赵官煤矿不迁村开采的难题, 延长矿井服务年限, 同时能为其它类似矿井不迁村开采提供借鉴意义。赵官能源公司所用充填材料以附近的黄河沙为主, 同时加入城市垃圾 (固体废弃物) 、矸石等为主要骨料, 来源充足, 成本低廉。充填材料的配比见表3。

充填材料成本及运行费用包括:城市垃圾运输费约15元/t、黄河沙挖掘和运输费18元/t、粉煤灰成本及运输费用100元/t以及矸石运输加工费用约10元/t等。经过它们之间的合理配方, 充填材料成本及运行费用约每吨20元。设备折旧期限按5年, 按年产30万t计算, 则设备折旧t煤成本为:2100/5/30=14元/t。因此充填的t煤增加成本约为20+14=34元。

考虑到顶板欠接顶量50mm~100mm, 充填体压缩率2%左右, 顶底板压缩量及浮煤压缩量50mm, 则控制赵官煤矿7煤层开采实际地表的下沉系数在0.08~0.12。在此充填效果条件下煤层开采, 完全可以保证地表村庄建筑物的安全使用, 其最大移动变形均控制在“规程”的I级范围以内。

城市垃圾充填前景及存在的问题

城市垃圾装袋充填采空区, 该种模式充填具有系统简单、前期投入和运营费用低的特点, 而且该充填模式将城市垃圾处理和附近煤矿采空区的处理复合成一项系统工程, 符合我国国情, 一旦这种模式获得成功, 将会得到大面积推广, 具有巨大的社会效益和经济效益。

目前关于城市垃圾装袋充填煤矿采空区还有些亟待解决的关键技术问题。首先, 如何在垃圾充填井下前, 进行无害化处理, 使其充填后不会对井下环境 (水、气) 产生二次污染;其次, 垃圾本身性质决定其固化后的强度不足, 如何与煤矸石等固体废弃物材料有效配比以增强其强度, 也需要进一步研究;再者, 该项工程既涉及具体的充填技术、污染控制和潜在资源的回收问题, 也涉及行政、法律及管理上的一系列问题, 是一项复杂的系统工程。只有让城市垃圾处理部门和矿井企业提高积极性, 协调统筹, 科学一致, 才可能把这项工程尽快应用实施。

结语

城市固体垃圾的主要化学成分与黏土砖基本相同, 说明城市固体垃圾从化学成分上来说, 作为充填材料是完全可行的。

(2) 对充填开采前景进行展望, 提出了进一步的研究方向。根据新汶矿业集团赵官能源公司充填技术实施的具体情况, 提出将城市垃圾作充填料进行回填处理。城市垃圾充填模式具有系统简单、前期投入和运营费用低的特点, 方案有效可行。

煤矿开采中充填采矿技术的应用 第7篇

关键词：资源利用,绿色采矿,充填采矿

我国现已进入矿产资源消耗的高峰期, 而采矿业面临深部岩爆、冲击地压等地质灾害问题;地表下沉、塌陷等生态环境问题;生产能力、生产成本等技术经济问题。由于大量工业废水、废料、废气的排放造成了自然生态环境的恶化, 人们越来越认识到加强矿山环保和矿产资源综合利用的重要性。与其他采矿方法相比, 充填采矿法有提高矿石回采率、减少矿石贫化率、充分利用现有资源、有效地控制地压和地表塌陷、优化矿区周围环境、防止内因火灾和“三下开采”等显著特点。而且充填采矿在改进和完善现有技术的基础上, 又有新的进步, 在充填料制备、输送技术、充填材料开发和充填回采工艺技术等方面均有了长足的发展, 加之井下无轨自行设备的广泛应用, 充填采矿目前已成为一种高效的开采方法。

一、我国目前资源开采存在的问题

(一) 资源浪费与不足。

从总体上看我国矿产资源总量较丰富, 居世界第三位, 但是人均占有量远低于世界平均水平。在45种主要矿产资源中, 我国人均储量仅居世界第80位, 只达到世界平均水平的58%, 目前能够满足国民经济发展需要的矿产资源仅有20多种, 金属矿产资源缺口达到约2亿吨。

(二) 地下开采引起的地面变形和塌陷。

我国大多数是地下矿山, 由于地下进行大面积开采、挖掘, 往往形成较大的采空区。一旦采空区放顶后, 采空区上部的岩层便形成冒落带、裂隙带和变形带, 造成地面沉降, 地表形成低洼地。随着地下开采强度和广度的扩大, 地面变形和塌陷的危害不断加剧, 目前地面塌陷已在我国23个省区发现了800多处, 塌陷坑约3万多个, 全国每年因地面塌陷造成的经济损失约10多亿元。

(三) 矿山废石和尾矿对环境的影响。

无论是地下还是露天开采, 都会产生大量废石;选矿过程则会产生大量的尾矿。据估计, 由矿业生产所排放的工业固体废弃物占到了全国工业固体废弃物排放总量的80%, 仅金属矿山排放堆积的废石和尾砂就已超过50亿t, 并且以每年4~5亿t的排放量剧增。废石和尾矿对环境的影响主要表现在以下几个方面:一是固体废料往往就地堆放, 不可避免地要覆盖农田、草地或堵塞水体从而破坏生态环境。二是某些废石堆或尾矿场会不断溢出或渗滤析出各种有毒有害物质, 污染大气、地下或地表水体。

二、绿色采矿模式与充填技术

21世纪初, 钱鸣高院士及其研究团队提出了煤炭绿色开采的理念并构建了绿色开采技术框架。绿色采矿模式, 就是最大限度地减少废料的产出、排放, 提高资源综合利用率, 减轻或杜绝矿产资源开发的负面影响的采矿模式。符合科学发展观的绿色采矿应基本满足资源综合利用效率高、废料排放最小、地表不受破坏三要素。在目前众多的采矿方法中, 充填采矿工艺是绿色采矿的主体支撑技术。

三、充填采矿的优势

(一) 降排功能。

充填采矿的作用和意义已远远超出了矿山开采的范畴。在世界上已经出现了少数典型的无废料排弃的矿山。例如, 德国格隆德铅锌矿利用浮选后的全尾砂和重选碎石制备膏体充填料回填下向充填进路, 不再有尾矿排弃到尾矿库;在一些风景名胜区、自然保护区内采矿, 如奥地利的布莱堡铅锌矿, 我国南京栖霞山铅锌银矿等。毋庸置疑, 这类矿山开采的首要条件是能否将大量工业固体废物回填到地下。大量处理工业固体废料将是矿山今后设计优先考虑的重要任务, 是解决矿区环境污染问题的最好方法。

(二) 消除地表变形及下沉功能。

利用充填技术快速、有效地充填采空区, 可以及时支撑采空区围岩, 阻止和抵抗围岩进一步变形, 防止大幅度的位移发生;通过充填可以快速形成新的工作面, 为后续作业创造条件, 缩短采充循环周期, 提高采矿综合生产能力;充填采矿技术可以有效地阻止岩层发生大规模移动, 实现水体下、建筑物下采矿, 同时保护了地表不遭破坏, 维持原有的生态环境。

(三) 低贫损开采功能和远景资源保护功能。

充填采矿技术可以应用到水平矿体、缓倾斜矿体、急倾斜矿体、分支复合矿体等各种复杂多变的矿体, 特别是厚大矿体, 将大幅度提高矿柱回收率和出矿品位, 最大限度地回收矿石;充填采矿技术可以对某些需要优先开采下部或底盘富矿的矿山实现“采富保贫”而不会造成矿产资源的破坏和损失;废石、尾矿、废碴仍含有当前技术不能回收的有用物质, 置于地表难以长期保存, 充填也是一种最为可靠的保护方式。

四、常用的充填采矿技术

随着回采和充填工艺逐渐完善, 采装设备配套成型, 适合不同矿床开采条件的各种充填采矿法, 如分层充填法、分段充填法和阶段充填法等具有高回收率、低贫化率的优点, 提高了采场产量和劳动生产率, 应用前景日趋广泛。

(一) 盘区高分层充填采矿技术。

传统分层充填采矿工艺的分层高度一般在2~3m左右, 生产能力和生产效率较低。凡口铅矿盘区机械化高分层充填采矿法, 盘区沿矿体走向布置, 盘区内划分为矿房、矿柱。第一步回采矿房, 回采后尾砂胶结充填;第二步回采矿柱, 回采后尾砂充填。采场分层高度达到4.5~5m, 运用上向凿岩采矿工艺、分层采场一次微差爆破与界面控制爆破技术, 从凿岩到出矿全盘大型无轨机械化配套作业, 实现分层充填采矿法集中强化采矿, 标准盘区 (3个采场) 的生产能力达到840t/d, 显著提高了生产能力和生产效率。

(二) 点柱充填采矿技术。

点柱式充填采矿法实质上是房柱采矿法和充填采矿法的结合, 兼有房柱法生产能力大和充填法有效控制地压的优点。主要适用于厚度在8m以上的缓倾斜或倾斜厚大矿体, 矿山要求较大的生产规模, 矿石价值较低或品位相对较低, 可避免二步骤回采间柱。

(三) 分段充填采矿新技术。

将暴露面积较大的分层采场转变为矩形断面结构, 大幅度缩小采场暴露面积, 可以在矿体不太稳固的条件下实行高效率充填和无矿柱连续开采。丰山铜矿将中段划分为10m高度的分段, 在各分段布置采场进行采矿与充填作业, 分段采场垂直矿体走向布置, 可在中段内呈梯状多分段布置采场。回采与充填作业在分段采场内按采矿步距交替进行。在巷道内进行凿岩、出矿和充填作业;上向中深孔挤压充填体爆破, 放矿形成采空区后立即进行胶结充填。台车凿岩, 铲运机出矿和运料充填, 推卸式铲运机充填接顶, 实现了采、出、充作业全盘无轨机械化。

(四) 大直径深孔嗣后充填采矿技术。

由高效率的落矿技术与阶段嗣后充填工艺相结合, 既发挥了充填采矿法的优点, 又能实现高效率、大规模地下采矿。采用大孔距小抵抗线爆破、小断面VCR法掏槽、倒梯段侧向崩矿、水孔排水气囊和水孔装药工艺。在安庆铜矿成功应用120m高阶段大直径深孔采矿工艺。通过铲运机平底出矿, 遥控铲运机回收残矿, 采空区嗣后高浓度尾砂胶结充填等工艺的集成, 使采场综合生产能力达到1, 039t/d, 大量出矿期间平均生产能力达2, 418t/d, 采矿工效达67.4t/工班, 主要技术经济指标接近国际先进水平。

五、结语

随着科学技术的进步, 充填法已成为高效采矿方法之一, 并且具有安全、回采率高、对地表生态环境破坏较小等等一系列不可替代的优点。加上充填采矿法的许多复杂工艺实现了机械化和自动化, 运用起来变得日益简单。在资源利用和环境保护协同并进的地下矿山, 充填采矿技术必将得到优先发展。

参考文献

[1] .乔伟华.现代采矿理念与充填采矿[J].有色金属科学与工程

[2] .张世雄, 褚洪涛.我国金属矿山地下采矿的技术进步[J].矿业研究与开发

煤矿巷道冒顶区的加固充填技术 第8篇

11#、12-1合并层8423工作面直接顶为粉砂岩,厚度0.4—3m,岩性特征深灰色,交错层理,含大量煤屑,属于“两硬”极近距离煤层开采条件的裂隙顶板。10#煤层,部分已采空,平均厚度1.97m。直接底为细砂岩,厚度1.7—3.16m,岩性特征为深灰色,以石英为主。

为了继续掘进巷道并保证安全生产,通过调查研究,利用施工现场的风源和水源,采用马丽散注浆产品,将顶板加固为一体,使巷道钢梁受力均匀,保证了安全生产。

1.充填材料

本次充填采用的材料为中法合作生产的马丽散,马丽散是由树脂和催化剂以1:1的体积比混合而成,主要用于破碎顶板的加固和堵水,它具有高度黏合力和很好地机械性能,与岩石产生高度黏合,该产品注射至岩层以后,低黏度化合物在保持液体状态下仅需几秒钟就可渗透进入岩体裂隙内膨胀,从而有效地加固和密封注射岩层的区域。

马丽散的优点是:马丽散黏度低,能很好地渗入细小的裂隙中,具有较好的黏合能力,与岩层形成很强的结合;良好的柔韧性能可以承受随后的地层变形;可与水迅速反应达到封闭水流的目的,能提高地层的支撑力并且机械阻力高。

2.马丽散超前加固工艺过程

2.1 设备准备工作

①准备0.4—0.7MPa压力的风源;

②准备足够的风管和水管;

③准备4根5m长、直径Φ10mm的高压软管,其中1根作为注射管,其余3根作为备用;3根5m长、直径Φ13mm的高压软管,用作输料管,其中l根作为备用。

④准备直径Φ10mm的直通(快速接头)2个,其中1个作为备用。

⑤准备一定数量的棉纱和木楔。

2.2 加固工艺过程

①加固孔位的设计。根据巷道断面尺寸和围岩情况,进行加固孔位设计。

②在两钢梁的中线附近打钻孔。钻孔要求倾角θ=60～70°,孔深d=1.6m,直径Φ=42mm。一排打三个孔,孔间距为1.0m,排距为0.5m。并且要求钻孔打在岩石顶板中40～50mm深。

③安装马丽散注射设备。试泵,检查泵活塞、管路和各个阀门是否正常。

④注浆工作。所有设备检查工作正常后,开始注浆,把两根吸料管分别插入树脂桶和催化剂桶内,活塞在气马达作用下往复运动,原料吸入活塞,通过活塞进入吸料管,输送到注射枪里,充分混合后注入地层,原料渗入裂隙并在此过程中迅速反应,把破碎岩石黏结成为一体,达到加固的目的。

⑤当原料在顶板下渗时,注浆工作结束,换孔注浆。

2.3 施工过程中应采取的技术措施

①缩短输料管路提高气泵提供的有效压力;减少清洗管路时消耗的机油量,同时可以提高清洗的效率和减少管路堵塞。

②增长注射管,使原料充分混合,进入煤(岩)体时迅速扩散反应,减少原料的浪费。

③加快产品的反应速度,只需在树脂中加少许水。一桶树脂加包装桶盖一盖的水。

④按要求生产4”钢管,长度500mm,在钢管上均匀打四对孔,垂直交叉分布。

⑤钻孔要求打在岩石顶板中40—50mm,目的是为了使顶煤和岩石顶板在原料和钢管作用下成为一体,从而减小对钢梁的压力。

3.结论

在2423巷的735m～934m段采用马丽散进行顶板的超前加固,共加固巷道长度129m,使用封孔器85个,马丽散产品5.6t,4”钢管400m。通过使用马丽散超前加固及漏顶充填技术,保证了巷道的安全掘进,简化了施工工艺,减轻了工人的劳动强度,提高了巷道单进速度。

马丽散超前加固及漏顶充填技术施工工艺简单,操作方便,现场施工要求不高,能迅速达到加固顶板的目的。

参考文献

[1]马忠良.马丽散在处理综放工作面冒顶中的作用[J].当代矿工,2006,(04).

煤矿充填材料 第9篇

1 目前我国煤矿充填开采技术的发展现状

1.1 水砂充填长壁法

对充填开采法应用的范围进行分析了解后, 其主要被用来应用在金属矿中, 相对来说, 其技术发展较为成熟。在德国和波兰等地, 煤矿采空区充填开采技术应用的较多, 主要将煤矸石、河砂以及电厂粉煤灰作为充填材料, 在这些充填材料中, 水砂应用范围更广。通常情况下, 将水砂运用到长长壁工作面中, 填充后, 其地表下沉系数约为0.20。其具有较好的应用效果, 如波兰通过运用水砂充填法, 在多座城市下开采出比较丰富的煤炭资源。

1.2 膏体充填技术

在二十世纪六十年代, 我国的抚顺胜利矿通过运用水砂充填长壁将工厂保护煤柱开采出来, 虽然其开采效果较好, 但其需要较高的成本, 且工艺较为复杂, 在我国煤矿中还未得到广泛普及。为有效解决水砂充填过程中存在的建立隔排水系统、泌水问题, 在二十世纪八十年代初期, 膏体充填技术诞生了。在制作充填材料时, 能够将其作成不会发生泌水现象的牙膏状浆体, 即使流速较低, 也能够实现正常泵送, 这样能够进一步提高充填效率。由于其自身存在较好的优点, 在金属矿山中, 其得到快速发展。目前, 在我国煤矿中正在进行膏体充填技术应用在工业中的可行性试验。

1.3 离层注浆减缓地表下沉

在二十世纪八十年代后期, 借鉴外国的经验后, 离层注浆减缓地表下沉在我国诞生了, 其试验获得成功后, 得到了相关工程技术人员以及开采沉陷专家的重视。如在新汶华丰煤矿、开滦唐山煤矿等煤矿中获得显著成效。

进入到二十一世纪后, 充填技术在不断的创新和改造, 逐渐进步发展。膏体充填、胶结充填以及高水速凝材料固结充填等在煤矿中得到越来越多的使用。但其均不同程度存在一些缺点, 如胶结充填的主要胶凝材料为水泥, 由于其固结细粒能力差, 初次充填体时需要进行少量脱水工作, 进而易导致析出料浆中的水泥颗粒, 并使其流失;另外, 在污染井下作业, 还会减弱充填体自身强度等。

2 我国煤矿常见的充填开采工艺技术

对我国煤矿充填法的发展过程进行分析了解后, 主要将其分为两大类, 分别是传统煤矿充填与现代煤矿充填。

2.1 传统煤矿充填技术

传统煤矿充填技术主要包括水力充填、粉煤灰充填、风力充填、矸石自溜充填以及矸石带状充填等, 其中, 水力充填指的是运用水力输送的方法, 将充填料经过充填管路送入到采空区中充填;风力充填指的是运用压缩空气风压的原理, 经过垂直管路将充填材料送入到井下贮料仓中, 然后再运用普通输送机将其送入到采空区风力充填机中, 运用风压的原理, 将充填材料送到采空区充填;矸石自溜充填指的是使用单轨吊车、卡轨车或者齿轨车等运输工具将矸石从掘进工作面中输送到采空区中。如煤层倾角比较大, 那么则适宜运用矸石自溜充填法进行充填;矸石带状充填指的是沿着工作面的推进方向或者开切眼, 隔开一定距离后, 通过垒砌一个矸石, 对顶板进行支撑, 进而起到防止地表下沉的作用。

2.2 现代煤矿充填技术

现代煤矿充填技术主要包括注浆胶结充填技术、膏体充填技术以及超高水材料充填技术。

2.2.1 注浆胶结充填技术

注浆胶结充填技术主要包括采空区高浓度浆液充填技术和离层带注浆技术。其中, 采空区高浓度浆液充填指的是在地面将膏状的高固低水浆液制备后, 使用管道将其运送到井下的工作面中, 在工作面中进行推进时对采空区进行充填;离层带注浆是一种新型的岩石控制方法, 在特定地质环境下, 如开采空间为特定尺寸, 那么采空区上覆岩层中断裂带和弯曲带相结合后, 在一定范围中, 内岩层会发生离层, 经地面钻孔将粉煤灰等材料注入到离层带内, 且会在岩体中逐渐形成支撑结构, 对覆岩下沉进行有效控制, 最终逐渐有效控制地表下沉。

2.2.2 膏体充填技术

膏体充填指的是在采出煤层与顶板冒落之前, 将劣质土、煤矸石以及粉煤灰等固体废物制作成不需要脱水、无临界流速的膏状浆体, 在重力或者泵压的作用下, 通过管道将其运送至回采工作面中, 然后填充采空区, 并构筑相间的充填条带, 使用充填条带起到支撑覆岩的作用。其主要包括胶结膏体充填与非胶结膏体充填两种。主要具有环保、采出率高、安全性高、材料选择广泛以及能够经过管道运输的优点。

2.2.3 超高水材料充填技术

该种材料主要由中国矿业大学研制, 属于一种ZKD型的高水速凝充填材料, 材料主要包括A料、B料、A-A添加剂以及B-B添加剂, 其含有较高的掺水量, 掺水量达到95%;能够有效减少固体粉料的用量, 是一种比较理想的充填材料。主要使用挂包、水力泵送的方式进行充填。首先将其制作呈高水速凝充填材料, 然后将材料输送到泵中, 使用泵进行充填, 注意对充填情况进行实时监控。

3 我国煤矿充填开采技术的发展趋势

煤矿充填开采技术室对“三下”压煤进行开采的重要途径, 能够显著提高煤矿开采的安全性和可靠性, 为解决矿山采出矸石、处理城市固体垃圾以及解决矸石山污染与安全提供有效的方法途径。另外, 其解决以往出现的采空区问题, 不仅能够保证“三下”煤炭资源开采的安全性, 而且还有效解决采空区瓦斯超限问题, 给煤炭企业带来较大利益。此外, 超高水材料充填、膏体充填等技术在我国范围内正逐步推广应用, 其技术发展越来越成熟。虽然其具备很多优点, 但也存在不足之处, 如在对新型的充填材料进行研发时, 要对矿井固体废料充分利用, 降低固体污染, 实现变废为宝;另外, 要注重研究充填理论, 对充填介质特性进行量化, 并发现充填参数和地表沉降之间的关系;对新型的充填设备进行研发, 如充填支架、输送机等设备。

4 结束语

随着我国经济水平不断提高, 我国的煤矿开采技术也在不断的创新和发展, 其将会给我国煤矿开采工作带来更大的效益, 真正实现煤炭开采工作的环保性、经济性、安全性以及高效性。

参考文献

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