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中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)

繆協(xié)興-綜合機(jī)械化固體充填采煤方法與技術(shù)研究
發(fā)布時(shí)間: 2015年7月2日
來(lái)源： 中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)
目的 　　我國(guó)煤礦目前面臨“三下”（建筑物下、鐵路下、水體下）壓煤多、矸石排放量大、造成礦井煤炭資源采出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，研發(fā)解決“三下”壓煤規(guī)模性開采及消除矸石等廢棄物排放帶來(lái)的環(huán)境污染等問題的開采技術(shù)，是煤礦亟待解決的重大技術(shù)難題。本文在巷采矸石充填技術(shù)、普采矸石充填技術(shù)以及簡(jiǎn)易的機(jī)械化矸石充填技術(shù)基礎(chǔ)上，研究開發(fā)高效綜合機(jī)械化固體 (廢棄物 )充填采煤方法與技術(shù)。 方法 　　回顧充填采礦的發(fā)展歷程 ,指出了開發(fā)充填采煤技術(shù)的兩大難點(diǎn) ,即建立充填采煤的巖層控制理論和解決將充填體進(jìn)入采空區(qū)的空間、通道和動(dòng)力等技術(shù)途徑。基于試驗(yàn)研究礦區(qū)固體廢棄物(充填體)相關(guān)的松散碎脹與壓實(shí)特性測(cè)定，采用極限分析的方法對(duì)等價(jià)采高模型進(jìn)行分析，并根據(jù)“三下”開采巖層運(yùn)動(dòng)的設(shè)防參數(shù)，得到建筑物能承受的最大的開采極限厚度Hmax。結(jié)合綜合機(jī)械化采煤技術(shù)與充填技術(shù)的特點(diǎn)，自行研發(fā)相關(guān)充填采煤系統(tǒng)和裝備。通過(guò)工業(yè)性實(shí)踐對(duì)綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。 結(jié)果 　?。?）提出了等價(jià)采高的概念及科學(xué)含義，即經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期壓實(shí)流變后的等量最大開挖的煤層高度。（2）建立了固體廢棄物密實(shí)充填開采煤巖層移動(dòng)預(yù)計(jì)的等價(jià)采高模型，給出了等價(jià)采高隨充填體松散系數(shù)、充填體的壓實(shí)系數(shù)的變化關(guān)系，提出了類似于傳統(tǒng)開采方式的密實(shí)充填開采巖層移動(dòng)預(yù)測(cè)方法。（3）研制出了固體廢棄物的松散與壓實(shí)特性的測(cè)試系統(tǒng)，并測(cè)試得到了碎脹系數(shù)與壓實(shí)應(yīng)力的變化曲線、孔隙率與壓實(shí)應(yīng)力的變化曲線、壓實(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系曲線，為固體廢棄物密實(shí)充填開采對(duì)巖層移動(dòng)的控制、充填方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（4）提出了綜合機(jī)械化固體充填采煤原理和方法,給出了綜合機(jī)械化固體充填采煤的技術(shù)難點(diǎn)在于：充填空間、充填通道、充填動(dòng)力，圍繞3個(gè)技術(shù)難題開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自壓式固體充填與采煤液壓支架、固體充填投料系統(tǒng)及相關(guān)機(jī)械、刮板式固體充填輸送系統(tǒng)裝置等配設(shè)備。（5）將綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)成功地用于村鎮(zhèn)下壓煤的開采，在不影響地面建筑物正常使用的條件下，煤炭采出率可達(dá)95%，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益。（6）將充填工作面與同類地質(zhì)采礦條件下非充填開采工作面比較，得到：支承壓力的影響范圍和峰值都較低，約為非充填開采的20%左右；充填開采工作面巷道收斂變形較低，約為非充填開采巷道斷面最大收斂變形面積的30%左右。 結(jié)論 　　(1)綜合機(jī)械化固體充填采煤適用于可采用傳統(tǒng)綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的同類地質(zhì)采礦條件; (2)雖然增加了固體充填的直接成本,但比較容易實(shí)施沿空留巷 ,實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開采 ,大大提高采出率 ,從中可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益; (3)將礦區(qū)固體廢棄物 (矸石、 粉煤灰、 黃土、 黃砂等 )充填至采空區(qū) ,一方面實(shí)現(xiàn)了固體廢物的循環(huán)利用 ,另一方面也保護(hù)了礦區(qū)環(huán)境和土地。