煤矿尾矿充填技术

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[e-mail]或QQ137168404，电话：[phone]。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