固体废物膏体充填采煤的研究固体废物膏体充填采煤的研究周教授周教授中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室2009. 11. 1 2009. 11. 1 焦作焦作提提 纲纲1 1 膏体充填采煤方法膏体充填采煤方法2 2 膏体充填采煤应用实例膏体充填采煤应用实例3 3 膏体充填采煤岩移规律膏体充填采煤岩移规律1 1 膏体充填采煤方法膏体充填采煤方法 什么是固体废物膏体充填什么是固体废物膏体充填? ?一种将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固一种将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的体废物制作成无临界流速、不需脱水的 膏状浆体，通过泵压和膏状浆体，通过泵压和/ /或重力作用，或重力作用，经过管道输送到回采工作面，适时充填经过管道输送到回采工作面，适时充填 采空区的绿色开采技术。采空区的绿色开采技术。分胶结膏体充填、非胶结膏体充填。分胶结膏体充填、非胶结膏体充填。“ “高采出率高采出率、环境友好、高安全性、环境友好、高安全性” ”。1 1 膏体充填采煤方法膏体充填采煤方法 膏 体 充 填 系 统如果输送距离近 ，采深大，可以 自溜，不用充填 泵。1 1 膏体充填采煤方法膏体充填采煤方法 膏体充填工艺流程 膏体充填体构筑方法(之1)全采全充1 1 膏体充填采煤方法膏体充填采煤方法煤 层支 架隔 离 墙待 充 区充 填 体充 填 体 膏体充填的用途膏体充填的用途 “ “三下一上三下一上” ” 采煤（不迁村采煤，铁路下采煤，水体采煤（不迁村采煤，铁路下采煤，水体下采煤，承压水上采煤）；下采煤，承压水上采煤）； 保水采煤；保水采煤； 坚硬顶板管理；坚硬顶板管理； 沿空留巷（沿空留巷（Y Y型通风）；型通风）； 固体废弃物资源化利用固体废弃物资源化利用（矸石、粉煤灰等处理等）矸石、粉煤灰等处理等）。1 1 膏体充填采煤方法膏体充填采煤方法2 2 膏体充填采煤应用实例膏体充填采煤应用实例太平煤矿膏体充填站小屯煤矿膏体充填站朱村煤矿膏体充填站南洺河铁矿膏体充填站应用应用- - 太平煤矿厚煤层膏体充填提高开采上限太平煤矿厚煤层膏体充填提高开采上限 太平煤矿充填开采条件太平煤矿充填开采条件太平煤矿核定生产能力太平煤矿核定生产能力6060万万t/at/a，主采，主采3 3# #煤层厚度煤层厚度7.49.0 7.49.0 mm，煤层顶板基岩薄，表土层厚，基岩上方为第四系底强，煤层顶板基岩薄，表土层厚，基岩上方为第四系底强含水层，具有突水溃砂危险。试验工作面平均基岩厚度含水层，具有突水溃砂危险。试验工作面平均基岩厚度 10.9 m10.9 m，最薄，最薄5.7 m5.7 m，无底粘。，无底粘。试采区域条件下，利用传统条带开采采出率只有试采区域条件下，利用传统条带开采采出率只有10%10%。采用膏体充填，分采用膏体充填，分4 4层开采，面长层开采，面长180 m180 m，采高，采高2.2 m2.2 m，沿，沿 空留巷无煤柱开采，采出率提高到空留巷无煤柱开采，采出率提高到80%80%以上。以上。应用应用- - 太平煤矿厚煤层膏体充填提高开采上限太平煤矿厚煤层膏体充填提高开采上限太平煤矿是我国煤矿第一个膏体充填示范工程，充填材料主要太平煤矿是我国煤矿第一个膏体充填示范工程，充填材料主要 是泥砂、粉煤灰，是泥砂、粉煤灰，0606年年5 5月底成功开始工业性试验，实施分层月底成功开始工业性试验，实施分层 膏体充填以后采出提高到膏体充填以后采出提高到80%80%以上，目前每月充填以上，目前每月充填2.3 2.52.3 2.5万万 mm3 3，已经累计充填，已经累计充填6565多万多万mm3 3，安全采煤，安全采煤100100多万多万t t。应用应用2 2 - - 小屯煤矿村庄下厚煤层膏体充填开采小屯煤矿村庄下厚煤层膏体充填开采 小屯矿充填开采条件小屯矿充填开采条件小屯矿核定生产能力小屯矿核定生产能力6060万万t/at/a，2 2# #煤层（大煤）平均厚度煤层（大煤）平均厚度5.5 m5.5 m，埋深，埋深410 m410 m左右，煤层直接顶复合顶板。地面为左右，煤层直接顶复合顶板。地面为南旺村建筑物。南旺村建筑物。该区域利用传统条带开采，采宽该区域利用传统条带开采，采宽45 m45 m，留宽，留宽75 m75 m，采出，采出率不到率不到40 %40 %。采用膏体充填，分采用膏体充填，分2 2层开采，面长层开采，面长125 m125 m，采高，采高2.7m2.7m，沿，沿 空空 留巷无煤柱开采，采出率提高到留巷无煤柱开采，采出率提高到80%80%。应用应用2 2 - - 小屯煤矿村庄下厚煤层膏体充填开采小屯煤矿村庄下厚煤层膏体充填开采小屯煤矿是我国煤矿第一个小屯煤矿是我国煤矿第一个25 mm25 mm矸石膏体充填示范工程，充矸石膏体充填示范工程，充 填材料主要是煤矸石、粉煤灰，分填材料主要是煤矸石、粉煤灰，分2 2层膏体充填开采，层膏体充填开采，0808年年6 6月月 开始工业性试验，工作面产量开始工业性试验，工作面产量3030万万t/at/a，截止到，截止到0909年年1010月底已经月底已经 累计充填采煤累计充填采煤2727万万t t。应用应用33朱村煤矿村庄下承压水上膏体充填开采朱村煤矿村庄下承压水上膏体充填开采充填首试充填首试5400254002工作面，一工作面，一5 5煤厚煤厚1.34m1.34m，埋深，埋深199246 m199246 m，直，直 接顶板接顶板L5L5灰厚灰厚1.6 2.6 m1.6 2.6 m，煤层距，煤层距L2L2灰灰15.820.5 m15.820.5 m，L2L2灰厚灰厚 4.8 9.4 m4.8 9.4 m，距奥灰，距奥灰37.958.8 m37.958.8 m，底板水压，底板水压0.7MPa0.7MPa。 膏体充填面长膏体充填面长105m105m，沿空留巷无煤柱开采。，沿空留巷无煤柱开采。 朱村矿充填开采条件朱村矿充填开采条件应用应用33朱村煤矿村庄下承压水上膏体充填开采朱村煤矿村庄下承压水上膏体充填开采朱村煤矿是我国煤矿第一个承压水上建筑物下矸石膏体充填示朱村煤矿是我国煤矿第一个承压水上建筑物下矸石膏体充填示 范工程，充填材料主要是煤矸石、粉煤灰，范工程，充填材料主要是煤矸石、粉煤灰，0808年年7 7月成功开始工月成功开始工 业性试验，目前已经累计充填采煤业性试验，目前已经累计充填采煤2020万万t t。3 3 膏体充填采煤岩移规律膏体充填采煤岩移规律 膏体充填面上覆岩层分带性膏体充填面上覆岩层分带性“ “全采全充全采全充” ”膏体充填工作面，在直接顶板主体尚未垮落前膏体充填工作面，在直接顶板主体尚未垮落前 进行全部充填，充填体总体三向受压，在服务全过程始终进行全部充填，充填体总体三向受压，在服务全过程始终 保持完整、稳定。保持完整、稳定。膏体充填工作面采空区顶板没有冒落带，只有裂缝带和弯膏体充填工作面采空区顶板没有冒落带，只有裂缝带和弯 曲下沉带，甚至只有弯曲下沉带，不存在顶板初次来压与曲下沉带，甚至只有弯曲下沉带，不存在顶板初次来压与 周期来压。周期来压。太平煤矿膏体充填面采空区实测顶板导水裂缝带高度太平煤矿膏体充填面采空区实测顶板导水裂缝带高度24 24 mm。 3 3 膏体充填采煤岩移规律膏体充填采煤岩移规律 膏体充填面上覆岩层分带性膏体充填面上覆岩层分带性膏体充填工作面采空区直接顶板不出现导水裂缝带的 条件是：充填前顶板下沉量和欠接顶量之合满足3 3 膏体充填采煤岩移规律膏体充填采煤岩移规律 膏体充填面底板破坏深度膏体充填面底板破坏深度朱村煤矿膏体充填工作面实测底板破坏深度小于4m，而 相同条件下垮落法开采工作面底板破坏深度14m，膏体 充填减少底板破坏深度70 %左右。3 3 膏体充填采煤岩移规律膏体充填采煤岩移规律 膏体充填减沉效果膏体充填减沉效果（以朱村矿为例，采高（以朱村矿为例，采高1.34m1.34m）膏体充填下沉系数可以控制在10%以内。谢谢大家！谢谢大家！