煤矿尾矿充填技术

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1煤矿尾矿砂充填开采技术完善中,待补充,请等待,如需要进行交流,欢迎来电。联系方式zoudayong177@sina.com或QQ137168404,电话:13953322472。第一章概况一、矿井充填背景******煤矿设计生产能力*万吨/年,现开采煤层为10煤层,煤层厚度在2m~3m。截止**年矿井累计探明储量*万吨,其中111级*万吨,122**万吨,331**吨,332**吨,333**吨。由于矿井靠近村居,煤层埋藏较浅(埋深200m),主采煤层存在承压水威胁,地面建设压覆煤层,条带开采回采率低等多方面原因,造成“三下”压煤量***万吨,剩余可采储量***万吨,并且“三下”压煤呈现增加现象,按照矿井设计开采能力,服务年限只有**年。为延长矿井服务年限,提高矿井回采率,最大限度的开采宝贵的煤炭资源,从2011年开始,对矿井开采技术进行多种试验,先后采用多种开采方法,最终选择尾矿砂、新型尾砂胶固粉配比料浆,该材料混合具有流动性好,初凝时间可控,凝固后强度大,工艺易于掌握,充填成本相对较低等优点,确定该项充填开采技术,进行充填开采试验。二、充填工艺选择根据我矿的时间条件,保障充填技术可行、操作简单、成本低廉、保护环境、安全可靠等多方面考虑,在考察多个矿井的充填方法后,最终选择似膏体充填技术。2三、充填原料来源由于我矿是一个年产**万t的小型矿井,且大多沿煤层掘进,生产过程中产生的矸石量较少,并且将矸石粉碎充填会增加充填站规模、加大充填开采成本和造成扬尘的二次污染。选择粉煤灰,附近电厂的粉煤灰相对价格较高,其他形成规模的尾矿不存在;通过周围20公里内的固体废物考察,矿东部的铁矿区所产生的尾矿砂,成为首选。铁矿分级尾砂剩余的含泥和细粒级尾砂颗粒细,所含成分不会对地下水造成二次污染,关键是原料供应能有保障。四、充填原料可能造成污染分析粉尘:原料在运输过程的跑、冒、滴、漏造成路面污染;原料堆造成的扬尘,包括因原料覆盖不严密,原料表面因风化形成粉尘,被风吹起,形成扬尘,造成空气污染,对工广和矿周围环境的二次污染等。水体:对对地下水污染。放射:充填材料微量元素放射,对工作人员的辐射。土壤:长期在固定地点存放充填原料,因长期的风化、雨水淋滤、浸泡作用,发生物理、化学变化,释放出污染物,并可能随淋滤水渗透进入土壤,造成土壤污染。综合以上各种污染源分析,可能对矿区及矿区周围人们的生产生活产生不良影响。五、充填工作面概况3我矿现在主采10煤层,煤层厚度2~2.5m,局部可达3m;煤层倾角8~14°;低瓦斯;顶板类型Ⅱ类,中硬岩体;底板为粘土岩和砂岩。掘进采用光爆或机掘方式。计划充填的102采区东西走向长360~870m,平均670m;南北倾斜长590~820m,平均720m,采区面积为48.2万m2,采区生产能力220吨/日。10211充填工作面地面标高+58m~+60m,井下工作面标高-95m~-135m,倾斜长度200m,荒宽3.3m,煤层高度2.4~3.0m/2.7m,单条巷道预计充填面积1782m3。1、巷道布置:在进行充填开采前,按照采区内煤层条件,将采区运输巷布置在采区下盘,材料巷布置在采区中间位置,回风巷在采区上盘,管子道尽量布置在采区中间或者上盘即布置在材料巷或回风巷内,这样可以不再设计布置专门的管子道,减小掘进工程量。开采方式调整为上山方式,利于充填时充填体由上而下自然流动。由于是全煤掘进,经过试验,采用采宽3m、高度为全煤高度(机掘设计巷道净高2.3m),留设煤柱10m的巷道布置方式。相邻两个开采工作面间距10m,待上一个充填面凝固板结达到强度后,再沿充填体一侧掘进,继续掘进至预定位置。(详见充填巷道布置示意图)2、支护方式:掘进时采用DW柱径100mm单体液体支柱配合7#π型钢长钢梁支护顶板,一梁二柱方式。巷道掘至预定位置后,由上而下对巷道内支护进行回撤,如发现顶板离层、开裂现象,可在顶板出现冒落预兆段预先打设直径18mm端锚固锚杆、锚索挂梁混合支护的方式管理充填区顶板,防止因顶板冒落造成充填时,似膏体充填物4到达不到充填地点而产生充填不实的现象。第二章充填开采我矿采用的充填工艺,根据充填物体的特性,取名为似膏体充填技术,其主要材料是水、铁矿尾矿砂(也可以采用粉煤灰、铝土矿赤泥等)、胶固粉搅拌混合成高浓度膏体,通过物体的重力作用,经过充填管道输送到充填区域,充填工作面。充填骨料的选择,以本地区材料选择广泛容易、环保、可持续性等为基础。由于我们选择的是铁矿尾矿砂为主要充填骨料,所以对该项技术进行简单介绍。一、地面实验室试验:1、实验室主要设备①电子计重秤,数量1台规格:ALH(C)-33kge=1g/d=0.2g1/15000②量杯:玻璃量杯4只规格5mL,杯身直径:90mm,高度:122mm,杯口直径:95mm③原料瓶:塑料瓶数只容量550mL④标签纸二、材料①胶固粉:物理特性:该材料由多种无机材料经高温煅烧,再与少量活化材料粉磨而成,物理形态呈灰白细粉末状。主要化学成份为SiO2、Al2O3、5Fe2O3、CaO、MgO、SO3,无毒、无害。易吸潮变质胶结,保质期为60天②铁矿尾矿砂:粒径在0.15~0.6mm,按照砂的分类属于细砂,无可塑性。三、试验室试验常温下制浆,制浆水采用自来水,冬季实验室温度保持在18°以上,(试验证明,充填材料在室温低于10°,凝结较慢,不能正确反应材料的凝固效果)按照胶固粉、尾矿砂、加水,手动搅拌制成胶结充填料浆,倒入原料瓶内,在标签纸上注明时间、配比、班次、人员等主要技术参数,放置到实验室,按照2小时、4小时、8小时、24小时观察原料瓶内料浆的变化,并作必要记录。限于矿井自身的技术力量,无法实现对材料作抗压试验,选用科大研究成果。以经验料浆配比1:6:3举例说明:计算充填料浆质量浓度为72~75%,2小时稠度变化初凝(参照物豆腐),4小时板结(参照物明胶),8小时凝固,24小时固化良好。充填材料照片实验室温度常温,但冬季保持实验室室温不低于18°。四、强度测试方法强度试验技术评价指标主要测定单轴抗压强度,受检试件的抗压强度采用轴心受压形式,计算公式为:SPc式中:P——破坏载荷,N;6S——承压面积,m2。五、试验仪器与器材试模:70.7×70.7×70.7mm3标准三联试模10套;天平:1kg双皿天平一台;磅秤:10kg单盘磅秤一台;小型搅拌器:小型电动搅拌器两台;量筒:1000ML、2000ML各两个;温湿度表:直接读数温湿度表一只;恒温箱。六、强度测试仪器:采用Instron250KN刚性液压伺服材料试验机测定各龄期试块的单轴抗压强度。试验结果及分析根据配比试验安排,在室内常温下进行试块制作,到相应养护龄期后测定其单轴抗压强度并绘制应力-应变曲线,强度试验结果如表3-1所示。表3-1配比试验结果序号时间水泥:粉煤灰:尾砂质量浓度/%减水剂/%早强剂/%骨料强度/Mpa浆体体重t/m3泌水率/%8h7d28d15月16号1:2:1672尾砂10.380.500.721.80225月16号1:2:1675尾砂10.570.741.101.8835月16号1:2:16751.5尾砂10.560.711.221.8645月16号1:2:16728.0尾砂10.550.600.9455月16号1:2:16751.58.0尾砂10.630.801.35765月16号1:2:16751.0尾砂10.510.671.051.913.775月16号1:2:16752.0尾砂10.560.691.121.772.685月16号1:2:20751.5尾砂10.420.500.751.912.995月18号1:2:25751.5尾砂10.250.290.456.3105月18号1:2:2072尾砂10.210.250.402.3115月18号1:3:25751.5尾砂10.230.240.492.2125月18号1:4:25751.5尾砂10.190.230.382.5135月18号1:2:2072尾砂20.440.671.002.7145月18号1:2:20751.5尾砂20.630.701.152.4155月18号1:2:2072尾砂30.650.701.152.3165月18号1:2:20751.5尾砂30.870.931.384.3175月20号1:3:2572尾砂10.130.200.24185月20号1:4:1572尾砂10.280.430.882.4195月20号1:4:15751.5尾砂10.560.761.353.0205月20号1:4:15751.5尾砂31.151.412.42215月20号1:4:15721.5尾砂20.701.001.382.4225月20号1:4:15751.5尾砂21.111.302.02235月20号1:10:30721.5尾砂10.120.140.252.6245月20号0:1:3721.5尾砂10.110.2415255月20号0:1:3721.5尾砂30.150.306.25分析表3-1中各组强度特性,综合考虑经济和技术两个方面,可以得出如下结论:尾砂3充填体早期强度明显高于尾砂1(对比分析8、14和16号试块以及10、13和15号试块),优于尾砂1。同条件下尾砂3号7d充填体强度比尾砂2提高30%,比尾砂1提高了50~70%。;添加粉煤灰可有效抑制尾砂沉淀,明显改善浆体流动性能,减少泌水率(仅为3%左右,而不加粉煤灰的尾砂膏体泌水率在10%以上),有利于井下采场脱滤水;早强剂虽可在一定程度上提高充填体的强度,但添加后8使工艺复杂,不予推荐;添加复合减水剂可明天改善浆体的和易行,有利于提高充填体质量浓度和强度,降低管道磨损,添加量为水泥和粉煤灰质量和的1.5%为宜;不加水泥试块在早期难以自立(24、25号);分析尾砂膏体应力-应变曲线,可以发现充填器具有较高的残余强度,即充填体达到强度极限后,仍能维持一定的承载性能。综合经济技术两方面要求,推荐尾砂充填材料配比及技术参数如下:水泥:粉煤灰:尾砂为1:4:15;质量浓度:72~75%;复合减水剂添加量:1.0~1.5%(水泥和粉煤灰质量和的百分比);8h充填体强度:≥0.1Mpa;7d充填体强度:≥1Mpa。没有28d充填体强度(备注:限于我矿试验室及人员技术能力,无法单独完成,试验材料强度试验,该章4、5、6项,选择科大编制的淄博市张店区沣水镇煤炭公司张赵煤矿102采区10煤膏体充填试采方案设计)第三章地面充填站按照矿井生产能力,确定充填站充填规模。以我矿12万吨/年设计生产能力,日生产原煤能力200吨,理论上需要采出与充填同量,充填站设计充填规模200吨/日,日充填工作量6小时计算,充填能力:35m3/h,满足矿井充填要求。一、人员组成总共7人,其中地面充填站4人,井下充填工作面3人。9充填组长1人,负责地面及井下充填人员安排及安全、质量监督;副组长1人,负责井下管路巡查及安全、质量监督;地面成员4人,分别为:计算机员1人,负责充填计算机程序运行及与井下充填工作面的通讯联系;装载机司机1人,负责往喂料机上尾矿运输;喂料机司机1人,负责喂料机及输送机看护;立式搅拌桶操作工1人,负责看护皮带秤运行及立式搅拌桶操作;井下工作面成员3人,分别为:巡线员1人:负责管路巡查及清管时阀门关闭工作,同时配合操作工做好现场充填工作;操作工2人,负责现场充填、管路固定及与地面充填站电话通讯联系;第四章地面充填站辅助设施一、主要建筑物、构筑物尾砂膏体充填站主要建(构)筑物包括尾砂堆场、皮带走廊和料仓及搅拌桶基础等,其中:(1)尾砂堆场:钢结构,高度必须高于运载原料车的最大升顶高度,最低有效空间体积800m3(必须满足三天充填备用材料)。也可采用露天存放,但必须硬化地面,并在料场边缘设置排水沟,能有效防止雨季积水和排水;冬季尾矿砂料堆表面结冰上冻,可将料堆表10层部分去除后使用。(2)皮带走廊:单皮带式,预计12m,按照宽度0.8m计算,合9.6m2。(5)料仓及搅拌桶基础:钢筋混凝土结构。二、电力膏体充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