充填开采之 矸石充填术

控制移动量
建筑物极度严重损坏：拆迁 建筑物严重损坏（局部损伤）：大修 建筑物中度损坏：中修 建筑物轻度损坏：小修 建筑物轻微损坏：不修或简单维修
理论上 需解决 的问题
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1. 不同矸石充填量对应的地表变形值 2. 同一矸石充填量对应的地表最大变形值
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❖ 1. 矸石充填开采等价采高的概念
充
填
系
统
充
开
填
采
面
面
普普采采与与充充填填支支护架系系统统
普普采采与与充充填填工工作作面面布布置置
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普采矸石充填高速动力抛矸机
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❖ 11. 条带开采矸石充填置换煤炭开采技术
抛矸机
抛矸面实况
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矸石充填高速动力抛矸机
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条带充填巷充填实况
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条带充填巷充填实况
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一 • 解决相关问题的思路 二 • 总体技术框架 三 • 主要技术研究内容 四 • 主要技术特点
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一. 解决相关问题的思路
存在问题 传统办法
实际效果
煤矸石的排放
露天排放 制砖等
占用土地、污染环境、爆炸、自燃 用量少、产品质量、环保等问题
迁村开采 吨煤成本增加，历史与文化问题
前部采煤 后部充填
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❖ 9.综采矸石充填设备配套：四机配套
采煤机、刮板输送机、充填开采液压支架、充填刮板输送机
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顶板
支架尾梁
漏土孔
吊挂链
刮板输送机
下刮板
上刮板
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基本顶
直接顶
充 填充黄 土
矸 石 充 填 整 体 示 意 图
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❖ 10.普采工作面矸石充填技术
水砂充填——水流为动力 风力充填——风流为动力 膏体充填——流体为动力
创新 与
发明
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1. 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 3. 用矸石重力为充填主要动力，加辅助压实力
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综合机械化矸石 充填技术
普采工作面 矸石充填技
术
矸石 充填 开采
井下 地面
掘进矸石
井
下
煤流矸石
分 矸
系
统
老矸石山
投
料
系
固体废物
统
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井 下 矸 石 仓
井 下 矸 石 运 输
矸石充填置换煤
综采矸石充填 普采矸石充填 巷采矸石充填
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三. 主要技术
❖（一）充填开采的难点之一
——建立矸石充填开采岩层控制理论
岩层移动控制目标
充填技术控制目标
绝对不移动
充入与开采等量的矸石
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❖ （三）应用效果实例
1. 新汶翟镇矿村镇下综采充填地表移动预计与实测
比较项目
最大下沉量/mm 最大水平变形 /mm/m 建筑物破坏等级
全高开采预计 采高2.1m
1580
综采充填预计 等价采高0.6m
420
综采充填实测
380
3.2
0.8
0.5
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
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下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600
H——实际采高； hz——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）；
k ——残余压实系数。
矸石充填开采的 技术控制指标
充实率 hz 压实率 k
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❖（二）充填开采的难点之二
——矸石充入采空区的空间、通道与动力
技术障碍
传统办法
开采工作面不断移动 采空区顶板随采随垮 开采面与采空区隔离
H
（1）. 经验公z式：
S1
S2
H
Hz
充充填填开开
顶板下
等价采
❖ 矸石充采采填开采岩层移沉动控制稳定性判高据
H z ≤ Hmax
Hmax——建筑物变形能承受的最大允许采高。
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2. 矸石充填开采等价采高Hz的理论计算公式：
Hz hz (k k)(H hz ) ≤ Hmax
采 空 区
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❖ 4. 综采矸石充填支架比较
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传统放顶煤液压支架
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❖ 4. 综采矸石充填支架比较
水平短梁
工作 面
采
多孔底卸
式输送机
空
区
综采矸石充填液压支架
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❖ 5. 综采充填转载输送机
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❖ 6. 综采多孔底卸式输送机
机头链 中部 卸料孔
条带开采矸 石充填技术
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❖ 1. 综合机械化矸石充填技术立体模型
工业广场
井上固体充填物料输送系统
建筑物下充填采煤
主 井
综合机械化固体充
副风 井井
固体 充填
填采煤工作面
物料
垂直
连续
输送
井下煤炭输送系统
系统
井下固体充填物料输送系统
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❖ 2. 配比搅拌系统
将粉煤灰、胶结料与成品矸石一起送入
距离 (m)
500
1000
1500
全高开采预计 综采充填预计 综采充填实测
综采矸石充填地表下沉曲线对比图
平均采深500m 实际采高2.1m 等价采高0.6m 采出率85%
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❖ （三）应用效果实例
2. 新汶盛泉矿工广下普采充填地表移动预计与实测
比较项目
最大下沉量/mm 最大水平变形/mm/m 建筑物破坏等级
轮
槽
伸缩机 尾
接料 处
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❖ 7. 综采矸石充填原理
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矸石充填运输机充填工艺
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❖ 8. 综采矸石充填压实原理
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综采矸石充填压实系统工作原理
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❖ 8. 综采矸石充填压实原理
2020/2/15
综采矸石充填压实系统工作原理
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❖ 9. 综采矸石充填工作面井下工况
“三下”压煤 条带开采 采出率只有50%左右，浪费严重
传统充填开采 没有实现规模化推广应用
解决问题的 总体思路
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技术措施
矸石直接 充填置换 “三下”
实施目标
循环利用矿区废弃物 保护矿区土地与环境 回收“三下”压煤资源
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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
矸石分选与输送
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。
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❖ 3. 矸石充填开采设备布置
பைடு நூலகம்
煤炭运输巷道 前部采煤工作面
矸石运 输巷道 主要 采煤设备
主要 充填设备
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后部充填工作面
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❖ 4. 综采矸石充填支架比较
掩护斜梁
工 作 面
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传统综采液压支架
全高开采预计 采高1.8m
1365
普采充填预计 等价采高0.4m
280
普采充填实测 257
3.0
0.6
0.3
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
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下沉量 (mm)
0 0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 -1400 -1600