黄陵二号煤矿井下采空区注浆处置煤矸石技术的应用研究.pdf
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1、 综合利用黄陵二号煤矿井下采空区注浆处置煤矸石技术的应用研究缑新学(陕西陕煤黄陵矿业公司,陕西 延安 727307)摘 要:煤矿大规模开采产生的大量煤矸石堆存,会造成生态破坏与环境污染。黄陵二号煤矿结合生产实际,从源头上入手,通过研究比选,确定了选用邻位注浆充填作为浆体充填技术。结果表明,该技术具有适应性强、灵活性高、投资低、对生产影响小等优点,适于黄陵二号煤矿采空区注浆处置矸石,建成后预计可取得良好的效益。关键词:矸石;采空区;充填技术;注浆充填中图分类号:TD849.5 文献标识码:A 文章编号:1005-8397(2023)09-0076-05Discussion on the appl
2、ication of grouting and disposal gangue technology in the underground goaf of Huangling No.2 Coal MineGOU Xin-xue(Huangling Mining Group Co.,Ltd.,Huangling,Shaanxi,716000,China)Abstract:A large amount of coal gangue piled up produced by large-scale mining of coal mines has caused environmental pollu
3、tion and ecological damage to the ecological environment.Huangling No.2 Coal Mine combined with the actual production,starting from the source,through research and selection,determined the selection of ortho-grouting filling as the slurry filling technology.The results show that this technology has
4、the advantages of strong adaptability,high flexibility,low investment and low impact on production,and is suitable for grouting and disposal of gangue in the goaf of Huangling No.2 Coal Mine,and is expected to achieve good benefits after completion.Keywords:gangue;gob;filling technology;grouting fil
5、ling收稿日期:2023-04-15 DOI:10.16200/ki.11-2627/td.2023.09.017作者简介:缑新学(1967),男,陕西富平人,1991 年毕业于淮南矿业学院选矿工程专业,工学学士,陕西陕煤黄陵矿业有限公司高级工程师。引用格式:缑新学.黄陵二号煤矿井下采空区注浆处置煤矸石技术的应用研究 J.煤炭加工与综合利用,2023(9):76-80.根据 2019 年 BP 世界能源展望,我国煤炭在一次能源消费结构中占比超过 60.4%,预计到 2030 年,煤炭一次能源占比仍然保持在 50%以上,将在很长一段时期内保持我国主导能源地位。传统的井工煤矿生产会导致大量固体废
6、弃物矸石的堆积,对矿区和自然生态环境产生巨大的破坏和威胁。同时由于矸石容易自燃的特性,在安全上存在巨大的隐患。另据统计,全国每年累积堆放的煤矸石超 55 亿 t,规模比较大的矸石山超 1 600 座,占用闲置土地 1.5 万 hm2,堆积量每年以 1.52.0 亿 t 的增长速度不断激增,形势十分紧迫。随着社会对环境保护呼声日高,环境政策逐渐收紧,环境技术创新日新月异,矿山开采中的矸石排放以及由此形成的矸石山对绿色可持续发展的负面影响问题已经成为当前紧迫的研究课题之一。政策和技术都在呼唤现现代化绿色可持续矿井开采技术创新,以便替代传统的矸石处理方式,消除矸石的环境破坏,实现矸石的综合利用。1
7、二号煤矿矸石处理的主要现状黄陵二号煤矿处于陕西黄陵矿区西南部,行67煤炭加工与综合利用 CAL PROCESSING&COMPREHENSIVE UTILIZATION No.9,2023政区划上属于黄陵县双龙镇管辖下。井田南北长度约 31.5 km,东西宽度约 817 km,总面积为337.866 7 km2,地质资源储量 970.22 Mt。设计出矿能力为 8.0 Mt/a,实际生产能力达 10.0 Mt/a,主采煤层为 2 号煤层,厚度 0.50 7.15 m,平均煤厚约 3.39 m,目前已经完成的回采面有 3盘区的 301 和 2 盘区的 209 两个工作面,没有完成的接续工作面有
8、4 盘区的 404 和 2 盘区的 211两个工作面。黄陵二号煤矿生产的矸石来源主要包括选煤厂洗选矸石和井下掘进矸石两大来源。地面洗选矸石产矸地点为主场地的选煤厂,目前主要作为煤矸石发电厂的发电原料进行处理;井下掘进矸石目前通过 2 号风井提升至风井场地,由车辆运输至排矸场。2 存在的主要问题及改进意义近年来,随着排矸场地容量的不断减少以及国家环保政策的不断收紧,政府已不可能重新批复排矸场地,部分省份甚至明令禁止将矸石提升至地表,黄陵二号煤矿面临矸石无处可排的困境。因此,第一,解决矿井面临的矸石排放难题,可以有效消灭部分地面矸石山,缓解当地居民、政府与矿企部门因矸石山污染土地、废气排放等问题造
9、成的对立问题;第二,采用井下充填技术可以实现固体废弃物的规模化处理,减少其对土地的侵占、对空气的污染、对水资源的破坏等,可一定程度上避免矸石地面堆放造成的环境污染和破坏;第三,实施矸石井下充填技术,能够树立地区示范效应,同时对落实能源方针政策、响应国家绿色开采理念、引领煤炭行业绿色革命、加强矿业领域生态文明建设具有重要意义。3 国内外煤矸石充填技术发展现状在矸石的处理技术方面,井下充填技术比较常用,包括刮板输送机卸矸充填、膏体充填、断臂干式充填。另外,长距离管道输送以及浆体充填等技术也非常盛行。3.1 矸石井下充填技术矸石井下充填技术是将井下或地面矸石物料充填入采空区,进而处理矸石,并且能够控
10、制岩层的移动,避免地表沉陷。目前,国内刮板输送机卸矸充填方式比较成熟,短壁干式充填开采技术(主要为巷式充填或者抛矸充填)和短壁胶结充填技术(主要为膏体充填)的应用也比较普遍。(1)刮板输送机卸矸充填技术:刮板输送机卸矸充填技术属于综合性的以机械化为主的固体充填开采技术。通过将矸石充填与传统的综合机械化采煤技术有效结合,在充填空间、充填道路以及充填的密实度等技术方面实现了克服和突破,达到同一支架掩护下并行作业,在技术上实现了创新。这项技术在我国发展较好,应用普遍,真正实现了社会效益显著、经济效益良好、环境效益友好的应用价值。(2)膏体充填技术:膏体充填技术属于第四代的充填先进技术,于 1979
11、年首次应用在德国的格伦德铅锌矿上。中国矿业大学在国内首先开展了对膏体充填开采技术的研究。周华强基于这一技术,进一步开发了全开采全填充法,短壁与长臂间隔充填法,冒落区和离层区的充填法等多种充填方法,并研制了新型的胶结料,首次用于煤矿膏体充填技术。此外,中南大学有学者对孙村煤矿的膏体自溜充填系统开展了优化改进,随后,瞿群迪博士通过空隙量守恒理论对膏体充填开采岩层的控制和工艺实施开展研究,对地表沉陷控制的效果进行深入分析,赵才智博士对新型充填物料的性能进行了相关研究。郑保才通过实测分析,研究了膏体充填分层开采矿压显现特征与地表沉陷规律,均取得了一定的研究成果。虽然煤矿膏体充填岩层理论研究仍处于初级阶
12、段,但由于该技术的方案比较合理,对于地表沉陷的控制效果比较明显,从而引起了很多煤矿的关注与重视。自 2007 年以来,中国矿业大学先后与冀中能源峰峰集团小屯矿、焦作朱村矿进行了合作,展开膏体充填开采的工业性试验,并取得了成功。(3)短壁干式充填技术研究现状:短壁干式充填开采技术属于较新的绿色化可持续采煤技术之一,这项技术在煤矿开釆过程的“三下”压煤问题以及煤矸石排放难题关注与解决的基础上,创新解决了土地资源荒废问题。与传统的开采技术相比,该技术在采场矿压方面与地表沉陷的显现规律不同。其基本原理是通过首先实施条带开釆的办法采煤后,再将煤矸石充填到巷道内,从而既减少了矸石排放,又控制了岩层移动,还
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