中国煤炭学会

目的　　我国煤矿目前面临“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤多、矸石排放量大、造成矿井煤炭资源采出率低、环境污染严重等问题，研发解决“三下”压煤规模性开采及消除矸石等废弃物排放带来的环境污染等问题的开采技术，是煤矿亟待解决的重大技术难题。本文在巷采矸石充填技术、普采矸石充填技术以及简易的机械化矸石充填技术基础上，研究开发高效综合机械化固体 (废弃物 )充填采煤方法与技术。方法　　回顾充填采矿的发展历程 ,指出了开发充填采煤技术的两大难点 ,即建立充填采煤的岩层控制理论和解决将充填体进入采空区的空间、通道和动力等技术途径。基于试验研究矿区固体废弃物(充填体)相关的松散碎胀与压实特性测定，采用极限分析的方法对等价采高模型进行分析，并根据“三下”开采岩层运动的设防参数，得到建筑物能承受的最大的开采极限厚度Hmax。结合综合机械化采煤技术与充填技术的特点，自行研发相关充填采煤系统和装备。通过工业性实践对综合机械化固体充填采煤技术的应用效果进行分析。结果　　（1）提出了等价采高的概念及科学含义，即经过长期压实流变后的等量最大开挖的煤层高度。（2）建立了固体废弃物密实充填开采煤岩层移动预计的等价采高模型，给出了等价采高随充填体松散系数、充填体的压实系数的变化关系，提出了类似于传统开采方式的密实充填开采岩层移动预测方法。（3）研制出了固体废弃物的松散与压实特性的测试系统，并测试得到了碎胀系数与压实应力的变化曲线、孔隙率与压实应力的变化曲线、压实应力与应变的关系曲线，为固体废弃物密实充填开采对岩层移动的控制、充填方案设计提供依据。（4）提出了综合机械化固体充填采煤原理和方法,给出了综合机械化固体充填采煤的技术难点在于：充填空间、充填通道、充填动力，围绕3个技术难题开发了具有自主知识产权的自压式固体充填与采煤液压支架、固体充填投料系统及相关机械、刮板式固体充填输送系统装置等配设备。（5）将综合机械化固体充填采煤技术成功地用于村镇下压煤的开采，在不影响地面建筑物正常使用的条件下，煤炭采出率可达95%，取得了良好的经济效益及环境效益。（6）将充填工作面与同类地质采矿条件下非充填开采工作面比较，得到：支承压力的影响范围和峰值都较低，约为非充填开采的20%左右；充填开采工作面巷道收敛变形较低，约为非充填开采巷道断面最大收敛变形面积的30%左右。结论　　(1)综合机械化固体充填采煤适用于可采用传统综合机械化采煤技术的同类地质采矿条件; (2)虽然增加了固体充填的直接成本,但比较容易实施沿空留巷 ,实现无煤柱开采 ,大大提高采出率 ,从中可获得显著的经济效益; (3)将矿区固体废弃物 (矸石、粉煤灰、黄土、黄砂等 )充填至采空区 ,一方面实现了固体废物的循环利用 ,另一方面也保护了矿区环境和土地。

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