1、九里山矿矸石充填注浆条带开采技术研究,河南煤化焦煤集团九里山矿河南理工大学2010.8,1 必要性及意义,“矸石充填开采，社会、 经济、环境效益显著三下压煤问题严重，充填开采，最大限度的减少地面沉降和建筑物的破坏，确保在不搬迁的条件下，进行安全回采；采掘接替紧张，缓解辅助运输紧张； 地面排矸场地不足，实施井下矸石回填，减少排矸费、矸石山治理费，减少环境污染；承压水问题严重，充填开采，可最大限度的避免突水灾害的发生；改善矿山环境、节能环保具有重要意义。,九里山矿具备良好的工程条件和技术条件长期区域水害治理，底板注浆加固，积累了丰富的注浆经验；轨道大巷位于煤层顶板约16m，矸石仓施工条件良好；轨道
2、大巷、皮带大巷、泄水巷、上山巷道等正在进行扩修，为矸石储存，运输创造了条件良好；井下矸石量充足，地面矸石山达94万m3；大断面巷道掘进施工，全锚网支护经验成熟；仰斜开采，俯斜充填效果好；焦煤集团、九里山矿重视科技创新，坚定不移推行绿色开采先进理念。,2 工程条件,开采范围及储量 2采区的西翼，东至11采区上山，上起-100m水平，下至-210m西皮大巷保护煤柱，开采面积430400m2，煤层厚度平均5m，地质储量344.3万t。该区地面标高+93m，该区为村庄和工业广场保护煤柱。,顶底板条件较好,根据15-2钻孔整理,顶底板条件老顶：二1煤老顶为大占砂岩，细中粒，深灰色或灰黑色，厚层状，厚度变
3、化较大，平均厚11.56m。直接顶：为深灰色或灰色粉砂岩及砂质泥岩直接顶厚度不稳定，平均4.8m。直接顶板与老顶在厚度变化上具有相互消长的关系：即直接顶薄的地带往往是老顶厚的地带。伪顶：深灰色、灰黑色泥岩或炭质泥岩，该区12采区西翼下部伪顶发育，伪顶厚一般为0.20.5m，局部达1m左右。伪顶发生强烈揉皱变形，十分破碎，易于脱落。底板岩性：灰色、深灰色泥岩或砂质泥岩，有时夹粉砂岩或细砂岩薄层，东部大于西部，厚度6.0619.04m。,3. 充填工作面布置,倾斜长壁，仰斜开采；工作面长度3050m，初步考虑留10m煤柱；第一分层厚度2.52.8m;为防止开采区域水力联系，划分为左右两翼形成独立的
4、两个系统。矸石运输集中巷、上部运煤巷、回风巷，随工作面布置注浆向前掘进;工作面采用沿空留巷；,4. 生产系统,工作面煤及矸石运输系统,通风系统,工作面泄水路线,接替工作面准备,5. 矸石充填系统及充填工艺,矸石充填开采系统： 出矸地点大巷矸石车翻车破碎 皮带运输 充填上料 工作面后部运输机 充填挤压注浆,矸石充填部分工艺系统示意图,充填的中低压注浆,在留巷内铺设注浆管道、在采空区的充填矸石体内预埋注浆管；注浆材料：水泥和粉煤混合灰浆液;作用：提高接顶程度、提高充填体密实度；,预埋管注浆示意图,矸石充填系统与充填工艺示意图,6 挤压充填设备,尾梁悬挂带底插板溜子；增加挤压压实装置；设计为4柱垛式
5、支架，充填后采场矿压大大减弱，可以满足采场控制要求;挤压板为伸缩式；后部挤压机构在油缸作用下整体移动。,挤压充填液压支架,支架工作过程,充填溜子结构示意图,架尾充填漏矸溜子,充填开采输送机采用刮板输送机改造而成; 溜槽底部开设卸料孔，可将充填材料卸至各充填点; 增没充矸溜槽液压调高装置，提高矸石充填接顶程度； 插接式改为螺栓连接式； 目前已有成功经验可以借鉴（新汶矿区翟镇煤矿）。,井下采空区充填现场,矸石充填及挤压工艺过程,(a) 架尾悬挂溜子漏矸,(b) 漏矸完毕，向后推移挤压板,(c)伸出挤压伸缩板，挤压矸石,充填沿空留巷,沿空掘巷需增加巷旁加压模板，巷旁2-3架充填材料需加胶结料，如水泥
6、、水等； 巷旁充填体内可添加锚杆（不用树脂），通过插入带弯头的锚杆；,巷旁增加加压模板,解决煤炭、矸石运输互相影响，矸石全部从工作面后部进入采空区，避免生产和充填干扰；可以作为工作面的泄水巷；确保接替工作面足够的瓦斯预抽时间；可以作为工作面采空区注浆巷道；全工作面充填，实现难度不大。,沿空留巷作用,充填开采主要设备一览表,7 充填材料及指标,充填体密实,再压缩率低，减沉效果好正常松散矸石，碎胀系数可达1.61.8；经加压压实（压力P1MPa），碎胀系数为1.2 1.3，密度平均提高42%以上；注浆后，矸石碎胀系数约1.02 1.10；通过挤压、注浆，可有效的降低矸石的压缩率，减少岩层的活动范围
7、和活动程度，利于岩层的稳定性控制,矸石挤压试验实况,矸石挤压强度试验实况,矸石挤压强度试验结果,8 地面矸石入井系统,利用矿井辅助提升系统进行运输工程量少，节省投入；对矿井的辅助提升造成很大的压力。大垂深矸石直接投料系统系统简单，投资不大； 地面给料系统设计； 投料井参数设计； 缓冲装置。,地面矸石投放系统示意图,9 矸石挤压充填沉降效果分析,按地表下沉成份分析充填前顶底板移近量:为3-5 mm/m(综采支架)，按照充填前最大控顶距6m计算，充填前顶底移近量24-30mm；充填后充填体的稳定压缩率为0.06%,按充填高度3m,最大压缩值为180mm；工作面充填后顶板总稳定下沉值为：30mm+1
8、80mm=210mm地表沉陷值小于210mm；地表下沉系数为0.07,达到或优于膏体充填同样的效果.,按等价采高预计地面损害程度 H等价采高； hd 未充填时顶板下沉量，0.1m； hw 综采充填未接顶高度，注浆后考虑0.1m； k 充填体压实率，采用仰斜开采，挤压充填，注水泥浆后，充 填体的压缩率大大降低，考虑6%； H 实际采高，考虑九里山矿条件，初步考虑采高3.0m。按照上述开采条件，开采3.0m煤层，实际相当于开采平均约0.5m的极薄煤层；按照等价采高预计，地面最大下沉值为250mm，最大水平变形值为0.5mm/m，远小于I级变形临界值;实际上更为重要的是， 通过仰斜开采、挤压压实、注
9、浆等措施，构筑“充填条带- 上覆岩层- 主关键层” 结构体系，控制地表沉陷。,等价采高估计充填支架工作阻力,液压支架工作阻力选型，一般按照采高倍数估算，因此充填与非充填工作面支架载荷之比为：因此，采高3m的充填工作面，充填开采支架工作阻力仅为非充填开采支架工作阻力的0.5/2.5=20%，顶板压力均匀。,10 矸石充填注浆技术关键及优点,充填液压支架的设计与改进 充填设备配套及选型分析 充填系统设计 充填材料配比试验研究充填工艺参数的设计、实验与改进充填开采采场矿山压力显现及围岩控制技术 充填留巷技术设计 注浆材料配比及注浆压力等参数地面沉陷及损害观测,矸石充填注浆技术主要优点,充填设备均为常规设备，投资少，技术简单，容易实现；矸石经过挤压强化，强度较高，防止围岩破坏，地面沉陷效果较好；运输、上料、充填均在工作面后部完成，对工作面的开采影响较少，组织管理简单；,11 项目原始创新与技术集成创新,矸石充填+注浆，绿色开采技术； 矸石充填沿空留巷技术； 挤压充填系统，液压支架设计与制造； 矸石充填工艺与系统设计； 充填回采工艺、劳动组织、关键参数试验研究； 倾斜长壁，仰斜矸石充填+注浆开采； 区域瓦斯抽采及水害注浆治理技术； 大断面煤巷锚网支护技术。,谢谢!恳请各位专家指导！,
