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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

了解充填开采,从这个专题开始

来源:煤炭学报

充填开采是一项生态保护性开采技术,采用充填开采防控采煤沉陷并建设生态矿山,涵盖了煤矿安全生产、生态环境治理、废弃废物利用等领域,更多的是侧重社会公益性事业,符合生态文明建设和保护环境的发展战略。本专题共15篇文章,涵盖基础理论、充填材料、充填应用等方面的成果。

行业视野

采矿

类别

65个

关键词

53位

专家

15篇

论文

18521IP

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  • 作者(Author): 刘建功, 李新旺, 何团

    摘要:为全面了解煤矿充填开采可行性,国家煤监局组织对我国充填开采技术应用现状进行系统调研,获取了我国不同区域、不同井型煤矿各种方法充填开采的详细资料。充填矿井生产实践表明:实施充填开采,消除了矸石山对生态环境的污染,有效遏制了地表沉陷,保护地表和地下水资源,避免了地面基础设施和建筑物损毁和村庄搬迁,减少了井下采空区涌水、降低采空区瓦斯积聚、浮煤自燃等事故发生可能性,取得良好的生态和社会效益。调研发现,我国仍有很多矿井面临生态环境破坏问题,有的可以通过充填开采予以解决,但真正选择通过充填开采解决实际问题和坚持长期充填开采的煤矿占比很小,通过深度调研了解了充填开采实施过程中存在的问题,分析了充填开采初期建设投资大、周期长、充填成本高、充填物料短缺、充填能力没有很好的发挥和缺乏政策激励等制约我国充填开采发展的主要因素。利用调研结果,探讨了区域经济、地质、生态、资源禀赋、产业特点、产业政策对充填开采的需求程度,以及不同地区、不同井型矿山对充填开采方式的优先选择原则,并对充填材料来源和充填重点区域进行了分析,研究了我国充填开采技术与装备的发展前景,提出了利用精准充填建设全过程生态矿山和井下“采选充留”技术路线。
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    煤炭学报
    2020年第01期
    2078
    1513
  • 作者(Author): 张吉雄, 巨峰, 李猛, 周楠, 张强

    摘要:煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题,推进煤矿绿色开发将是从源头上保护矿区生态环境的重要手段,统筹考虑煤炭采掘、原煤加工和固废排放的关系对于建设绿色矿山尤为重要,而煤矿井下采-选-充协同将是从根本上解决上述问题的技术途径。基于此,在充分考虑采煤、分选和充填基础上,以井下分选为核心,围绕充填开采方法构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开采模式,阐述了煤矿井下采、选、充系统的时空协同关系,揭示了“就近分选+原位充填”的科学内涵,实现了充填能力与分选能力匹配、采充系统与分选系统布置、采充工艺与分选工艺组织和矸石物流运输与调控4个方面的协同;提出了实现不同目标层次的煤矿矸石井下分选协同原位充填开采技术体系,主要包括全粒级分选、煤矸分离和毛煤排矸3个不同等级的井下煤矸分选技术和实现采场矿压与地表沉陷控制、矸石处理和资源回收不同目标的井下原位充填技术2个方面;分析评价了新型跳汰分选、旋流器分选、重介浅槽分选、动筛跳汰分选和γ射线分选5种井下煤矸分选方法的适用性,给出了煤矿矸石井下分选方法选择流程,确定了煤矿矸石井下分选系统及巷硐布置要求,探讨了煤矿井下全粒级分选的发展方向;提出了全采全充、全采局充、局采局充和局采全充4种典型充填开采方法,明确了4种典型充填开采方法的定义、系统布置及技术优势,形成了充填开采方法选择流程,进一步对比分析了4种典型充填开采方法的地表沉陷与采场矿压控制效果。研究成果为实现煤矿煤炭开采、井下分选和矸石处理集约化提供技术借鉴,进一步丰富我国煤矿绿色开采的技术体系。
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    煤炭学报
    2020年第01期
    1565
    1026
  • 作者(Author): 杜献杰, 冯国瑞, 戚庭野, 郭育霞, 王泽华, 张玉江, 李振, 白锦文

    摘要:在结构充填开采基本思想的指导下,根据我国西北干旱半干旱地区保水采煤与矿区水资源安全高效存储的实际需求,充分发挥条带式结构充填保护含水层结构与煤矿地下空间再利用的优势,提出条带式结构充填“保水-储水”采煤构想。在分析了条带式结构充填覆岩结构特征基础上,采用弹性地基上的有限长梁模型对“充填条带-直接顶”整体结构进行了力学分析,并结合初始参数法分段解析了直接顶变形方程。同时根据“保水-储水”的功能要求,提出了条带式结构充填“保水-储水”采煤的直接顶控制原则。根据新阳矿区工程地质条件和充填材料性能,通过理论计算得到条带式结构充填的临界充填率为51%,最大充填间距为11.46m。通过FLAC3D数值模拟对新阳矿区条带式结构充填“保水-储水”方案进行了优化设计,结果表明:在保持充填率基本不变的情况下,随着充填间距的减小,直接顶自承载能力逐渐增强,可形成“充填条带-直接顶”结构控制体系,对上覆岩层的控制作用明显提升;充填间距的减小缓解了充填体和直接顶内的应力集中现象,显著减小了充填条带和直接顶内的塑性区范围,有利于充填条带和直接顶的长期稳定,进而实现条带式结构充填“保水-储水”的目的;综合分析得到了新阳矿区条带式结构充填“保水-储水”采煤的最佳充填方案为间隔2m充填2m。
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    煤炭学报
    2019年第03期
    1242
    431
  • 作者(Author): 王明旭

    摘要:为保证充填采场安全和矿石的连续高效开采,需要研究不同强度时期充填体与围岩相互作用规律及其对充填采场稳定性的影响。本文首先选用工业石蜡作为接触带材料模拟早期强度充填体,并考虑接触带区域应力环境的复杂性,模拟围岩与早强充填体接触区域的非均匀受力情况。为有效表征接触带区域破坏稳定情况,实现从定性分析到定量评价转变,在围岩和早强充填体的接触面放置PVC塑料薄片,结合显微成像、电镜扫描、声发射监测和应变值监测等手段,开展不同荷载作用下围岩与早强充填体相互作用室内试验研究,监测分析胶结充填体与围岩复合体的应变变化、裂纹扩展和变形演化及稳定破坏情况。试验结果表明:加载过程中,接触带区域的变形增长较快,应变值起伏变化较大,突变现象明显;加载之后,模拟接触带的石蜡存在三种不同情况的损伤特征,一是螺旋式损伤破坏,二是类平行式损伤破坏,三是交叉损伤破坏,而接触带附近的表壁监测点应变值呈现稳定递增趋势。研究结果揭示了充填体与围岩复合体在荷载作用下的力学特性,有利于指导早强充填体下采场的稳定性,也实现了表壁裂纹扩展和内部损伤破坏之间的同步表征。这为进一步研究充填体与围岩复合体在二维和三维荷载作用下的力学特性研究提供了研究思路。
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    煤炭学报
    2019年第02期
    1009
    688
  • 作者(Author): 刘建功, 赵家巍

    摘要:为解决不同地质与开采条件下充填支架的关键参数确定问题,以充填开采条件下岩层移动的实际变形形态为基础,将基本顶作为研究对象,建立了基于多跨超静定结构的“顶板-支架-充填体”相互作用力学模型,煤壁和充填体为主要承载体,充填支架对顶板起限定变形作用,据此建立了连续顶板的力学平衡方程和变形协调方程,在充填支架支撑载荷未知的情况下进行问题的求解,将充填体分布弹性地基支承离散为若干跨等效弹性支承,取单跨隔离体进行分析,建立截面切口形变分量方程,进而推导得出跨间截面切口形变分量的矩阵表达式,得到的n+2个变形协调方程与3个平衡方程构成n+5个求解方程,对应n+5个未知约束,所求问题全部得解;为了更真实地反映顶板载荷的分布,更合理地分析顶板、支架和充填体的相互作用关系,尝试将力学模型与数值模型相结合,改变以往力学模型中将顶板载荷作为均布载荷的简化分析方法,建立与力学模型中充填支架作用和充填体参数一致的数值模型,将数值计算得出的覆岩应力曲线作为顶板载荷q(x),代入“顶板-支架-充填体”相互作用力学模型,由此解出模型中所有支座的反力、梁体内力、梁端弯矩等未知量,从而得出顶板载荷、支架和充填体支撑作用力的相互作用关系,通过具体算例分析了不同充填体弹性地基系数和不同顶板限定变形量条件下双顶梁结构充填支架前顶梁和后顶梁支护强度的变化规律,为充填支架关键参数的确定提供有效依据。
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    煤炭学报
    2019年第01期
    1543
    568
  • 作者(Author): 冯国瑞, 杜献杰, 郭育霞, 戚庭野, 王泽华, 李庆东, 李化运, 康立勋

    摘要:为应对充填采煤面临的成本逐渐增高、效率相对低下、地下空间资源被大量浪费等挑战,提出了构造充填开采思想。构造充填是一种充填率低、结构稳定性强、充填效果好的充填开采,其目标为:高效利用矿区固废资源、降低充填成本,改进充填材料与工艺、提高充填效率,合理进行采充规划、实现对地下开采空间的再利用。构造充填的设计原则为:直接顶不发生破断且变形量在允许范围内、充填体抗压强度足够大且能长期稳定承载。根据此原则确定了构造充填的关键位置为:特殊地质构造区、围岩应力集中区、直接顶最大受力处、直接顶最大变形处和充填体自身薄弱点等。构造充填的关键技术主要包括:通过优化煤矸石骨料形态与颗粒级配、研发新型低成本胶凝材料、开发新型外加剂、发展多种替代原材料等手段进一步开发新型固废充填材料;通过构建不同形态高强构造充填体和直接顶自承结构构建“构造充填体-直接顶”复合承载结构;通过研发智能化充填材料制备系统、可视化充填料浆输送系统、独立式充填体构筑系统、移动式充填材料浇注系统、立体化充填效果监测系统构建井下一体化构造充填系统。基于“三下”压煤资源的开采需求,在构造充填开采思想的引领下,提出了在城市下建设地下综合体、在村镇与农田下建设地下农业基地、在铁路(公路)与水体下建设地下储库等构想。
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    煤炭学报
    2019年第01期
    1882
    801
  • 作者(Author): 张吉雄, 张强, 巨峰, 周楠, 李猛, 张卫清

    摘要:煤炭接续资源多在深部和优质资源多在西部并存的现状使得深部与西部开采成为煤炭资源开发的新常态,绿色矿山建设、绿色矿业发展与绿色化开采推进已势在必行。本文提出了煤炭资源“采选充+X”绿色化开采技术构想,即直接在井下构建煤炭开采、煤矸分选、矸石充填与“岩层移动主动控制、沿空留巷、瓦斯抽采、灾害防治、保水开采”一体化生产系统,形成了煤炭“采选充+X”(控、留、抽、防、保)协同生产模式;明确了“采选充+X”绿色化开采技术的内涵与技术框架,阐述了“采选充+X”的四代演化历程,分析了其践行绿色化的技术优势,给出了科学化的工程设计方法;阐述了5类典型“采选充+X”技术对应的技术原理、工程需求、设计流程与方法、关键技术及工艺装备等。工程实践分别证明了采选充+控、采选充+留、采选充+抽等“采选充+X”技术具有的显著技术优势与工程示范效应。未来“采选充+X”绿色化开采将延伸采选充+处、采选充+智、采选充+调、采选充+协等技术模式。整体形成的“采选充+X”技术体系,可为实现煤炭及伴生资源绿色化开采提供有力的技术支持。
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    煤炭学报
    2019年第01期
    1744
    668
  • 作者(Author): 王超超, 许家林, 轩大洋

    摘要:为确定覆岩隔离注浆充填工程中地面输浆管路堵塞机理,对输浆管路运行工况进行了监测,基于实测数据将输浆管路堵塞划分为附着型堵塞、沉积型堵塞和综合型堵塞3种类型。通过对粉煤灰浆体的流变特性、粉煤灰水化反应进行理论分析与实验验证,揭示了3种堵塞类型的形成机理,分析了管路粗糙度、化学成分、流速等因素对各类堵塞形成的影响。结果表明:附着型堵塞主要受粉煤灰水化反应胶凝化合物形成速率和浆体流速的双重影响;沉积型堵塞则主要是浆体流速过低导致的。据此提出了防止管路堵塞的建议措施。
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    煤炭学报
    2018年第10期
    1089
    575

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

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