最新9、煤矿矸石充填开采技术.ppt

ห้องสมุดไป่ตู้❖ 2、采准和切割工作：
在薄和中厚矿体中，掘进脉内运输巷道；在厚矿体中，掘 进脉外沿脉巷道和穿脉巷道，或上、下盘沿脉巷道和 穿脉巷道，构成环形运输。
在每个矿房中至少布置两个溜矿井，一个顺路人行天井 （兼作滤水井）和一个充填天井。溜矿井用混凝土浇 灌而成，，内径1.5m，壁厚300mm。人行滤水井用预制 钢筋混凝土构件砌筑。充填天井内设充填管路和人行 梯子等，是矿房的安全出口，其倾角为80-90°。
优点：-回采方案较多，灵活性强；
-结构简单，采切工作简单，采切比小；
-不容易形成超采或欠挖，可实现选别回采，矿石损 失、贫化率低；
-对矿体形态变化的适应性强；-机械化程度高，采场 生产能力大。
缺点：-人员直接在暴露的顶板下作业，安全性较差；要 求严格的顶板管理和维护。
适用条件：-开采矿石中等稳固以上，围岩稳固性不限；
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§2-1 上向水平分层水砂充填法
➢ 1、矿块结构和参数 当矿体厚度小于10-15m时，矿房长轴沿
走向布置，矿房长度30-60m；当矿体厚 度大于10-15m时，矿房垂直走向布置 （图2-1），此时，矿房长度一般控制 在50m以内，矿房宽度8-10m，间柱宽68m，顶柱厚4-5m，底柱高5m，阶段高 30-60m.为减小矿石的损失，可采用砼 底柱取代矿石底柱。
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§2-1 上向水平分层水砂充填法
上向水平分层水砂充填法（图2-1）
图2-1 上向水平分层水砂充填采矿法 1-顶柱；2-充填天井；3-矿石堆，4-人行滤水井，5-放矿溜井，6-主副钢筋， 7-人行滤水井通道，8-上盘运输巷道，9-穿脉巷道，10-充填体，11-下盘运输巷道 7
§2-1 上向水平分层水砂充填法
在底柱上部掘进拉底巷道，并以此为自由面扩大至矿房边 界，形成拉底空间，再加上挑顶2.5-3m，并将崩下的 矿石经溜矿井放出，形成4.5-5m高的拉底空间后，即 可浇灌钢筋混凝土底板。底板厚0.8-1.2m，配置双层 钢筋。

矸石泵式充填方式的选择
• ㈡ 机械输送、原生矸石充填方式 • 新汶矿区应用比较广泛的其它充填方式为机械输送方式，一般采 用皮带机（需矸石抛掷于采空区，或综采支架后方悬吊溜子将矸石卸至采空区。 • ㈢ 膏体充填技术相对于机械充填技术的优缺点： • ⑴ 优点：与机械充填相比，系统简单、不需独立的充填运输巷 道，占用人员少、劳动强度低、占用设备少，充矸能力大。 • ⑵ 缺点：技术要求比较严格，工艺复杂，管道输送时常常因为 大摩擦损失或高管道压力引起管道堵塞等。 • ㈣ 充填方式确定： • 基于泵送矸石充填能力大、系统简单、效率高的特点，选择泵送 矸石充填技术，进一步研究应用薄煤层综采支架后方连续充填、 快速充填，充实率高的技术，创出一套适合我矿现场实际的成套 技术方案。
矸石泵式充填方式的选择
㈡ 机械输送、原生矸石充填方式 新汶矿区应用比较广泛的其它充填方式为机械输送方式，一般采 用皮带机（需施工专用巷道）、溜子运输矸石，利用抛矸皮带将 矸石抛掷于采空区，或综采支架后方悬吊溜子将矸石卸至采空区。 ㈢ 膏体充填技术相对于机械充填技术的优缺点： ⑴ 优点：与机械充填相比，系统简单、不需独立的充填运输巷 道，占用人员少、劳动强度低、占用设备少，充矸能力大。 ⑵ 缺点：技术要求比较严格，工艺复杂，管道输送时常常因为 大摩擦损失或高管道压力引起管道堵塞等。 ㈣ 充填方式确定： 基于泵送矸石充填能力大、系统简单、效率高的特点，选择泵送 矸石充填技术，进一步研究应用薄煤层综采支架后方连续充填、 快速充填，充实率高的技术，创出一套适合我矿现场实际的成套 技术方案。
三、采空区塌陷现状
1、近年来由于采空区塌陷形成山体崩塌、地面塌陷、地表裂缝 等地质灾害日渐增多，给工农业生产、基础设施和当地群众的生 命财产安全造成严重威胁。 2、采空塌陷区造成的另一项危害是使水资源遭受破坏，从而引起 区域性地表水泄漏、地下水位下降，使矿区及周边大范围内的地 下水均衡系统受到破坏 3、采空塌陷区的面积日渐 扩大，不仅致使地下千疮百 孔，地上环境恶化，而且火 灾隐患也日渐增大，直接威 胁着矿区群众的生命健康安

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2020/4/10
3、铁矿山充填意义及特点
充填采矿的经济平衡
相关研究表明：充填法单方充填工序成本为80～ 100元/m3，当矿石吨矿价值为250元/t、采矿回收 率提高8％时，矿山充填可实现效益平衡。
保守估计，程潮铁矿采用充填法开采可以提高矿石 回收率5～6％，同时降低贫化率15～20%，基本上 可以抵消充填带来的成本增加。
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分段凿岩、阶段出矿、阶段充填采 矿方法标准图
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2020/4/10
南京铅锌矿示范工程
矿区地表不建 造尾矿库和废 石场，实现固 体废料“零排 放”，达到矿 产资源开发与 生态环境和谐 协调的目标
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2020/4/10
三零排放开采系统
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2020/4/10
5、项目研究内容及计划
(1)充填采矿法的回收率控制在90%以上，贫化率控制在10%以下； (2)通过综合比较分析，确定深部最优充填采矿方法； (3)组织国内充填法相关矿山考察学习； (4)提交阶段报告，完成全部研究工作。
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22001200//044/1/208
5、项目研究内容及计划
阶段一 深部充填法开采前期关键技术研究
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-690～ -1007
矿体主要为含铜磁铁矿、 矿 石 f=9 ， 坚
含 铜 蛇 纹 石 和 含 铜 矽 卡 岩 。硬 稳 固 ； 大 理
矿体直接顶板主要为大理 岩 f=9 ； 粉 砂
岩，矿体底板主要为粉砂 岩f=12 ；石 英
岩和石英闪长岩。
闪长岩f=12。
矿块垂直走向布置，长为矿体水 平厚度。一个矿块划分为矿房和 矿 柱 ， 其 中 矿 房 宽 18m ， 矿 柱 宽 15m，阶段高度60m。

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•脱水井
•I•I -•II
•矿石线界 •采场界线
•8m
•凡口盘区 机械化上向 水平分层充
填采矿法
充填采矿方法与充填技术2
•2 充填法开采方案
•典型方案 •开采1工
艺
•机械化上向水平分层充填 法
凿岩：HS150X型上向接杆台车
装药：NT30/NBB150型井下装药车
起爆：导爆索毫秒雷管非电复式网络
杂、品位高或稀贵矿体
“三下” 、有内因火灾危险的矿体及深部矿体
使用的回采方案多，机动灵活，适应多种开采技
术条件的需要
损失贫化率低
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充填采矿方法与充填技术2
•2 充填法开采方案
•典型方案 •发展1趋
势
•机械化上向水平分层充填 法
提高分层高度，节省辅助工时
构筑高强度人工砼底柱，取消留设矿柱
度、波兰、法国、德国、瑞典、意大利、芬兰、
爱尔兰、墨西哥、南非等国都等到了广泛应用
充填采矿方法与充填技术2
•1 充填法应用现状
•应用现状
充填采矿法
分类情况
普通方式
上向水平分层充填法 点柱方式
进路方式
下向水平分层充填法
普通方式 进路方式
两步骤回采空场嗣后 充填法
分段充填方式 阶段充填方式
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采矿直 接成本 (元/t)
充填成 本(元/
m3)
资料 年限
327.3
96
388 23.5 0.39 7.26 0.22 5.73 90.66 1994
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充填采矿方法与充填技术2
•2 充填法开采方案
•典型方案 •方法1评

⒎ 成熟、高效的充填技术可为受水害威胁的后组煤开采打下坚 实的根底。
二、煤矸石现状
煤矸石是煤炭开采和洗选加工时 排出的废弃物，排放量约占煤炭产量 的 10%—20%。目前，我公司煤矿井 下矸石的排放大多数仍采用由井下运 输提升至地面，再向指定的区域排放， 久而久之形成矸石山。
煤矸石现状
矸石山的存在，不仅占用大量的土地资源，而且造 成了严重的环境破坏，矸石中含有的S、P、C等几十种 成份对大气、水源、土壤等造成了不同程度的污染，有 时矸石山还会发生自燃现象，引发其他事故。这些都在 不同程度上危机人类的健康与安全，成为一大公害，甚 至被称为煤矿的毒瘤。因此，如何减少矸石占用土地， 消除或减少环境污染，是当前煤炭生产行业很有必要研 究的一个课题。
• ⑷ 山东华恒矿业自2007年11月份开场调研泵送矸石充填系统，首先 与泰安海天工程机械合作研发矸石回填泵，在地面做工业性试验， 取得成功。2021年7月确定了泵送矸石充填设备配套及布置方案，在 十三层工作面经过一个月的充填试验，到达预期效果，每小时平均 充矸能力50m3。2021年9月份华恒矿业公司第二套充填系统应用，实 现了矸石不升井。
三、采空区塌陷现状
1、近年来由于采空区塌陷形成山体崩塌、地面塌陷、地表裂缝 等地质灾害日渐增多，给工农业生产、基础设施和当地群众的生 命财产安全造成严重威胁。
2、采空塌陷区造成的另一项危害是使水资源遭受破坏，从而引起 区域性地表水泄漏、地下水位下降，使矿区及周边大范围内的地 下水均衡系统受到破坏
3、采空塌陷区的面积日渐 扩大，不仅致使地下千疮百 孔，地上环境恶化，而且火 灾隐患也日渐增大，直接威 胁着矿区群众的生命健康安 全。
矸石抛掷于采下空区那，或些综不采支能架前开方采悬吊的溜子建将筑矸石物卸至永采久空区煤。 柱里，不但实现矸石不升井，防止 ⑴充⒌填煤优工 矸点艺石：及充与其填机占 源设采械备空充用采研区填究，土出相将〞比地，靠，，近在系和提留金统巷川环高简段二单境资的矿、采区不污源空建需区成染开独充了立， 发实我的，国充而 率可第填以一且 。运保条输还证主巷充要可填利留用以巷把效果常，降规低方留巷法费用不。可能采出的煤炭资 目国生前家产， 科 的我技K•S公进P司步-1⑶ 礼4煤二0矿等H于D井奖山R下，2矿东0矸并用0石在充新6的铜填年排绿泵汶放山9，矿月大矿泵多得送业1数到压5仍推力集日采广13团上用应M由用P孙午a井。，下村举充运填煤行输能提力矿。升10至地0m地中3表面/h国，，煤再恩向矸指菲石定电的充区气域填排系系放统，统久部而正久和式之矿形生成机矸产石专开山业。工承典 ⑴ 优点：与机担械充该填工相比程，系充统填简单工、不艺需的独立主的充体填设运输计巷道、，电占用力人员、少仪、劳表动强、度控低、制占用系设统备少等，充设矸计能力工大。作， 或 破矸：碎石装后 巷车 的式后 矸充经 石填并 成轨 也是道 可巷承工大 以式巷 通开包作进过采了。入 溜与上 子充该在部 或填车 皮工工短场 带艺程短， 运相出 至结的一推 搅合翻〔车或备 内机窄中工、 ，，作控 完将面矸〕制 成石开倒采系 了入后统 现矸，石隔设 场仓一中定备 调。距、试离〔自工需根动作据化，地质仪并条件表顺等的利进展集投计算〕，回 采另一巷道〔入或窄生工作产面。〕，该同时工对程第一采条巷用道孙〔或村窄工煤作矿面〕生进展产充的填，废实现弃充物填与煤开采矸根石本不为相互骨影料响，，保证配了合生产粉矿井的产量。 1迎储、头存井矸 、下石搅迎在拌头较、矸煤 工干泵石燥送灰程运的等输情五和的：况大岩水实下系巷，统泥施迎需组头边成为既掘填。进添可充出边加以的撒矸水物解石，经， 决以后便充 煤部于皮矸填 矸带石运能 石堆输积力 占到。矸地8石0仓和-中10排。0放m3废/h气，的矿环浆保浓问度题为，7也2%可。以该 新汶矿区应用利比较用广泛充的填其它物充填作方为式为支机械撑输，送方替式，换一井般采下保存的煤柱，是一个环保和经济效 ㈠矸⒋石煤泵泵 矸送式石膏充充体填填充益 业方采填式空方双化的区式选，赢生：择将的产采空的工区底煤程板矿。覆盖，该上密也工实是程的充中在填体国国，恩内减少菲煤瓦斯在炭涌煤行出，炭业保证行是回业第采快承一速、担家平的将安。第充一填个工充艺填用工于程工。

目的要求及重点难点
【目的要求】 ➢ 了解充填采矿法的分类； ➢ 掌握各种充填采矿法的适用条件、优缺点； ➢具备各种充填采矿法标准矿块图读图、识图与设计能力。
【重点内容】 ➢了解充填采矿法的分类； ➢ 掌握各种充填采矿法的适用条件、优缺点
【难点内容】 具备各种充填采矿法标准矿块图读图、识图与设计能力。
（2）结构参数
阶段高度：25m； 矿块沿走向布置，矿块长度：（单斜工作面）40-50m， （V形及长壁工作面）50-60m； 采 幅 （ 开 采 厚 度 ） ： （ 矿 脉 厚 <0.4m ） 1.2-1.3m ； （>0.4m）根据矿脉厚度、松散系数、采空区充填系数， 使削壁围岩充满空区确定采幅。
【缺点】 （1）在分别回采矿脉与围岩中，利用手工进行充填，不仅劳动繁 重，且回采强度及劳动生产率较低。 （2）崩矿时飞散到空区的粉矿难以回收。
上向分层充填采矿法
1、特点：
矿 房（先采）
自下向上水平分层进行，采一层充一层，并留出继续回采的
矿 工作空间。充填体维护两帮围岩，并作为上采的工作平台。 块 崩落的矿石落在充填体上，用机械方法将矿石送至溜井。矿
矿石与围岩有忌水特性（矿石遇水金属易被浸出、围岩 遇水体积膨胀增大矿山压力）；
矿山生产规模不大，单位时间充填量较小，利用掘进的 废石即可满足大部分空区充填；
矿区附近有大量的廉价干式充填材料（松饮表土、戈壁 积料、旧堆石场、露天剥离废石），易开采，运输距短；
矿山位于高山或沙漠地区，水源缺乏，大量用水受限， 不宜水力充填。
矿井，砌筑（或浇灌）人行天井。
（4）水力充填方案的缺点 ① 回采工艺较为复杂； ② 泥水污染巷道，水沟和水仓清理工作量较大； ③ 回采矿柱安全性较差； ④ 充填体的压缩沉降质量较差。

（5）矸石充填系统设计与装 备配套 2、业务费 （1）差旅费 （2）资料整理与打印费 3、科研管理费（15%）
合计
经费（万元） 36.0 8.0
5.0
14.0
5.0 4.0 5.0 3.0 2.0 7.0 48.0
备注
利用大型数值计算软件对充填巷、煤柱尺寸，充 填巷开采顺序进行设计与优化 充填矸石的物理、力学性能测试，研究矸石的压 实度、膨胀性等基本参数，为地表变形预计提供 资料
矿井工广压煤极为严重，探索工广压煤的合理开采 模式成为必然。
2020/3/29
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一、问题提出
解决的办法
针对东山煤矿处理矸石和部分开采工广煤术的现实要求， 提出了利用掘巷采煤与矸石充填相结合开采的新思路， 其原理如图1所示：
工广煤柱
矸石充填巷
图1 矸石掘巷充填采煤原理图
2020/3/29
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一、问题提出
因此，如何合理的处理井上和井下的矸石，成为近年来国内煤 矿关注的热点之一。
2020/3/29
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一、问题提出
研究现状与意义
采用充填方法回收工广煤柱、条带煤柱等煤柱的方法在国内一直是前 沿技术问题，目前充填法回收煤柱主要分为工作面充填和掘巷充填。 工作面充填包括膏体和矸石充填，这种方法具有回采率高、效率高等 特点，但其前期投资大、见效慢、效益低和地表下沉不易控制等，如 岱庄煤矿目前采用的膏体充填前期投资约1.2亿。掘巷充填主要以矸石 等废弃物为充填体的工程实践较多，目前国内有部分矿井在应用，如 国内的邢东煤矿、淄矿集团的许厂煤矿和岱庄煤矿等，该方法采出率 较低，但前期投资少，见效快和地表下沉易于控制等特点。
因此，必须根据现场实际条件，对充填区域充填巷、煤柱尺寸进行设计 与优化，在控制地表变形的条件下，提高资源采出率。

矿 4、崩落的矿石用机械方法将矿石运至溜井中。
床 地
5、矿房回采到最上分层时，进行接顶充填。
下
开
采
采矿工程专业主干课程
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水力充填法方案

⒈ 矿块结构和参数：如图所示。
金 ① 矿块的布置：根据矿体厚度而定。 属 ② 阶段高度主要与矿体赋存状态有关。
矿
床
1—顶柱；2—充填天井
地
3—矿石堆；
下 开 采
4—人行滤水井； 5—放矿溜井； 6—主副钢筋； 7—人行滤水井通道；
充填距；所保留用于继续回采的工作空间宽度，称为控顶
金 属
距；每次充填前顶板暴露的最大宽度，称为悬顶距。悬顶 距等于充填距与控顶距之和。
矿
根据顶板岩石稳固程度决定推进距离，并与控顶距、
床 地 下
充填距和悬顶距相协调。顶板岩石稳固性差时，一次推进 2~2.5m。顶板岩石稳固性好，悬顶距和充填距大些。充 填距大，可以减少充填准备工作，节省构筑隔墙的人力和 材料，缩短充填准备和充填时间，提高矿块生产能力，降
斜和缓倾斜薄矿脉。
2、优点：矿石回收率高，贫化率低。
3、缺点：回采工艺复杂，矿块生产能力低，回采工效 低，采矿成本高。
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第三节 分层充填法
分层充填法的特点：将矿块或矿房划为分层逐层回采， 在矿石顶板或假顶下的回采空间作业，分层回采，用充
金 填处理分层空区并控制地压。 属 分层充填法的分类：按照分层的不同回采方向，分层充 矿 填法分为上向分层充填法（又划分为上向水平和倾斜分 床 层充填法）和下向分层充填法。 地 一、上向分层充填法 下 开 上向分层充填法特点是：自下而上分层回采，在矿石顶 采 板下的回采空间作业，以充填体作为工作底板。