【摘要】：針對榆陽煤礦垮落法開采導(dǎo)致薩拉烏蘇組含水層破壞的嚴(yán)重問題,開發(fā)了風(fēng)積砂似膏體機(jī)械化充填采煤技術(shù)。充填材料以風(fēng)積砂為骨料,以堿激發(fā)粉煤灰為膠結(jié)劑,實(shí)驗(yàn)確定了配比為水砂比1∶1.3,質(zhì)量濃度72%,初始流動(dòng)度達(dá)到210 mm;提出料漿管路輸送局部阻力損失計(jì)算方法,通過現(xiàn)場自流輸送實(shí)驗(yàn),得出單位長度彎頭阻力損失為沿程阻力損失的4.26倍,確定了14.9大倍線自流輸送管路內(nèi)徑,流量設(shè)計(jì)精度提高10%以上;采用充填站雙制漿系統(tǒng)地下設(shè)備池模式,制漿能力達(dá)360 m3/h,運(yùn)行能耗低;提出工作面充填空間整體密閉新方式,密封布消耗量僅為傳統(tǒng)掛袋方式的40%。工業(yè)性實(shí)驗(yàn)表明,采空區(qū)充填率達(dá)98.5%,工作面無明顯來壓現(xiàn)象,頂板淋水量小于2 m3/d,地表最大下沉38 mm,滿足保水開采要求,且與同類技術(shù)相比成本和生產(chǎn)效率均取得較大突破。
【圖文】：

統(tǒng)、工藝入手提高充填開采生產(chǎn)能力、降低成本具有重要意義。筆者及其團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)3a，研發(fā)出高流動(dòng)性風(fēng)積砂似膏體充填材料，建立了14.9大倍線自流輸送系統(tǒng)，采用雙制漿系統(tǒng)低能耗充填站模式，提出工作面充填空間整體密閉新方式，形成了較為完善的高效低成本風(fēng)積砂似膏體充填采煤技術(shù)，在榆陽煤礦2307綜采充填面進(jìn)行了成功試采，滿足保護(hù)上覆含水層要求，為促進(jìn)充填保水采煤技術(shù)在西北礦區(qū)應(yīng)用提供了參考和借鑒。1實(shí)驗(yàn)礦井及工作面概述榆陽煤礦井田面積13.0km2，地表為沙漠灘地及半固定沙丘地貌，地形起伏不大，如圖1所示。井田內(nèi)新生界風(fēng)積砂層平均厚約43m，，由上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組孔隙潛水和中更新統(tǒng)離石黃土孔隙裂隙潛水含水層所組成。礦井勘探期間抽水資料及鄰近礦井生產(chǎn)實(shí)踐表明:薩拉烏蘇組孔隙含水層由中粗粒砂構(gòu)成，含砂量較高，質(zhì)地較純，單位涌水量q=1.375～2.596L/(s·m)，滲透系數(shù)k=14.234～27.463m/d，屬中等—偏強(qiáng)含水層，是沙漠生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要屏障。該含水層之下，發(fā)育由第四系中更新統(tǒng)離石組黃土和新近系上新統(tǒng)保德組－靜樂組紅土共同構(gòu)成的隔水層�；鶐r含水層主要有基巖風(fēng)化帶含水層和煤系砂巖含水層，其中煤層上覆頂板砂巖、中砂巖含水層屬弱含水的砂巖裂隙含水層。在傳統(tǒng)高強(qiáng)度垮落法開采條件下，覆巖隔水層易遭到破壞，薩拉烏蘇組孔隙潛水發(fā)生漏失，工作面涌水量曾達(dá)到790m3/h。圖1榆陽煤礦地表風(fēng)積砂風(fēng)貌Fig.1AeoliansandlandscapeinYuyangCoalMine2307綜采充填實(shí)驗(yàn)面位于礦井西南部，北鄰2301連采工作面，南部為未采區(qū)，西為礦區(qū)邊界煤柱，東鄰南部回風(fēng)大巷。工作面走向長1149m，寬150m(不含兩巷)，采厚平均3.5m，傾角0.28°。煤層底板標(biāo)高+966～+971m，地面標(biāo)高+1160～+1169m，埋深190～198

煤炭學(xué)報(bào)2017年第42卷圖22307綜采充填工作面及地表移動(dòng)變形觀測點(diǎn)Fig.22307fullymechanizedbackfillminingfaceandsurfacemovementdeformationobservationpoint2風(fēng)積砂似膏體充填材料特性2.1充填材料組成(1)風(fēng)積砂在榆陽煤礦地表不同位置風(fēng)積砂層采集28個(gè)砂樣，通過顯微鏡觀察(圖3)［14］，主要礦物成分為石英、長石、云母等;X射線衍射儀分析得出化學(xué)成分為SiO2，Al2O3，CaO，F(xiàn)e2O3和MgO等，主要成分SiO2和Al2O3分別占到65.75%和12.83%;篩分實(shí)驗(yàn)表明，風(fēng)積砂粒徑大部分集中于0.075～0.600mm，平均0.249mm，最大不超過1.0mm，屬特細(xì)砂，不均勻系數(shù)Cu=2.49，曲率系數(shù)Cc=1.03;堆積密度1.503～1.543g/cm3，孔隙率40.2%～42.5%;表觀密度2.571～2.599g/cm3［13－14］。圖3風(fēng)積砂顯微鏡照片［14］Fig.3Electronmicroscopeofeoliansand［14］(2)膠結(jié)材料堿激發(fā)膠結(jié)材料是近年發(fā)展起來的一種新型無機(jī)非金屬膠凝材料，以具有火山灰性質(zhì)或潛在水硬活性物料(如礦渣、粉煤灰等)為主料，加入堿性激發(fā)劑對其進(jìn)行活性激發(fā)產(chǎn)生水硬性膠結(jié)性能。該材料充分利用工業(yè)廢棄物，成本較低，而強(qiáng)度、抗酸堿性、抗碳化性等均優(yōu)于硅酸鹽水泥［16］。本充填材料選用以粉煤灰為主料，石灰、石膏、水泥為堿性激發(fā)劑的膠結(jié)材料。粉煤灰采用錦界國華電廠的Ⅲ級粉煤灰，其主要成分為SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)eO，CaO，TiO2等，平均表觀密度2.179g/cm3;生石灰采用鈣質(zhì)生石灰，參考建筑生石灰的標(biāo)準(zhǔn)(JC/T479—1992);石膏參照建筑材料的要求應(yīng)達(dá)到GB9776—2008規(guī)定1.6級;水泥為32.5號普通硅酸鹽水泥。(3)水充填材料的制備可利用礦井水。2.2充填材料配比實(shí)驗(yàn)充填料漿

【參考文獻(xiàn)】

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2 邱梅;施龍青;于小鴿;高衛(wèi)富;石永奎;;似膏體充填開采防止高承壓底板水突出研究[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2016年03期

3 王曉東;;風(fēng)積砂質(zhì)高濃度膠凝充填材料性能與粉煤灰摻量關(guān)系分析[J];工程地質(zhì)學(xué)報(bào);2016年01期

4 孫愛國;楊耀文;;五溝煤礦含水層下矸石充填開采實(shí)踐[J];能源技術(shù)與管理;2015年06期

5 范立民;馬雄德;冀瑞君;;西部生態(tài)脆弱礦區(qū)保水采煤研究與實(shí)踐進(jìn)展[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年08期

6 田明華;王新民;張國慶;張欽禮;李帥;;超大能力超細(xì)全尾砂超長距離管道自流輸送技術(shù)[J];科技導(dǎo)報(bào);2015年12期

7 劉建功;趙利濤;;基于充填采煤的保水開采理論與實(shí)踐應(yīng)用[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年08期

8 毛明發(fā);赫寶龍;張文科;游家梁;趙云軒;;充填倍線對漿體管道自流輸送的影響[J];礦冶;2014年02期

9 張吉雄;李猛;鄧雪杰;李劍;;含水層下矸石充填提高開采上限方法與應(yīng)用[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2014年02期

10 胡炳南;;我國煤礦充填開采技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2012年11期

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3 王文;李化敏;熊祖強(qiáng);蘇勇松;張鵬;;粒徑級配對矸石壓實(shí)變形特性影響研究[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2016年06期

4 陶虹;李輝;孫曉東;李文莉;;陜西煤礦區(qū)地下水監(jiān)測工程構(gòu)想[J];陜西地質(zhì);2016年02期

5 王若愚;;試論采礦工藝技術(shù)在采礦作業(yè)中的應(yīng)用[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2016年33期

6 楊炳瑞;;綜放工作面沿空留巷技術(shù)探析[J];煤;2016年11期

7 范立民;向茂西;彭捷;李成;李永紅;仵撥云;卞惠瑛;高帥;喬曉英;;西部生態(tài)脆弱礦區(qū)地下水對高強(qiáng)度采煤的響應(yīng)[J];煤炭學(xué)報(bào);2016年11期

8 柳小勝;;礦山充填倍線研究[J];礦業(yè)研究與開發(fā);2016年10期

9 邱先慧;魏修亭;石建新;魏振先;李凱;;漿體膨脹復(fù)合材料混料器結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];中國粉體技術(shù);2016年05期

10 虎維岳;;淺埋煤層回采中頂板含水層涌水量的時(shí)空動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)[J];煤田地質(zhì)與勘探;2016年05期

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3 王麗紅;基于C料尾砂試驗(yàn)的充填工藝技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2014年

4 高瑞文;超細(xì)全尾砂似膏體膠結(jié)充填工藝技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2014年

5 代進(jìn)洲;采空區(qū)條帶充填開采技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];太原理工大學(xué);2013年

6 張衛(wèi);顧北礦11-2煤層開采覆巖破壞并行電法探測研究[D];安徽理工大學(xué);2012年

7 武少鵬;黃土充填采煤直接頂運(yùn)動(dòng)規(guī)律及充填黃土壓實(shí)強(qiáng)度研究[D];太原理工大學(xué);2012年

8 周華林;空場嗣后充填采礦法充填體合理強(qiáng)度分布規(guī)律研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

9 趙建文;錫礦山似膏體泵送充填工藝方案研究[D];中南大學(xué);2012年

10 曹小剛;新型骨料似膏體膠結(jié)充填技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2012年

【二級參考文獻(xiàn)】

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2 賈林剛;劉卓然;;充填開采充填率與地表移動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年09期

3 范立民;馬雄德;冀瑞君;;西部生態(tài)脆弱礦區(qū)保水采煤研究與實(shí)踐進(jìn)展[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年08期

4 馬雄德;范立民;張曉團(tuán);張紅強(qiáng);張?jiān)品?申濤;;榆神府礦區(qū)水體濕地演化驅(qū)動(dòng)力分析[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年05期

5 葉義成;施耀斌;王其虎;劉艷章;姚囝;魯方;;緩傾斜多層礦床充填法開采圍巖變形及回采順序試驗(yàn)研究[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2015年03期

6 冀瑞君;彭蘇萍;范立民;趙雅楠;李成;;神府礦區(qū)采煤對地下水循環(huán)的影響——以窟野河中下游流域?yàn)槔齕J];煤炭學(xué)報(bào);2015年04期

7 顧大釗;;煤礦地下水庫理論框架和技術(shù)體系[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年02期

8 張東升;劉洪林;范鋼偉;王旭鋒;;新疆大型煤炭基地科學(xué)采礦的內(nèi)涵與展望[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2015年01期

9 范立民;;保水開采是礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)[J];水文地質(zhì)工程地質(zhì);2015年01期

10 徐海紅;喬皎;王錚;;小莊礦井采煤對地下水的影響及保水采煤措施[J];煤田地質(zhì)與勘探;2014年06期

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3 張向東;李殿維;張林;;風(fēng)積砂地區(qū)路面基層材料的試驗(yàn)研究及仿真[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2007年03期

4 毛雪松;侯仲杰;孔令坤;;凍結(jié)條件下開放體系風(fēng)積砂水分遷移的動(dòng)態(tài)觀測及分析[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2010年01期

5 孫凱華;;風(fēng)積砂似膏體煤礦充填材料特性試驗(yàn)研究[J];煤炭技術(shù);2014年05期

6 鄧亞虹;李喜安;王治軍;宋彥勛;彭建兵;;毛烏素沙漠風(fēng)積砂動(dòng)強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究[J];工程力學(xué);2012年12期

7 趙曉霞;;沙漠風(fēng)積砂壓實(shí)性能試驗(yàn)研究[J];資源環(huán)境與工程;2011年05期

8 陳豪雄,朱永全;風(fēng)積砂地層隧道加固技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);1993年03期

9 ;[J];;年期

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2 段慶祥;;和田地區(qū)公路風(fēng)積砂路基施工技術(shù)[A];2013年4月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2013年

3 周興國;;用風(fēng)積砂填筑路基施工工藝探討[A];西部大開發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會文集[C];2000年

4 于成龍;王清;;風(fēng)積砂特性及其路用性能的研究[A];中國地質(zhì)學(xué)會工程地質(zhì)專業(yè)委員會2006年學(xué)術(shù)年會暨“城市地質(zhì)環(huán)境與工程”學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2006年

5 孟慶營;韓森;華鋒;陳忠明;王新明;彭帝;;風(fēng)積砂路基回彈模量研究[A];天津市市政（公路）工程研究院院慶五十五周年論文選集（1950～2005）上冊[C];2005年

6 蘇新民;楊青;;風(fēng)積砂地層隧道設(shè)計(jì)與施工實(shí)例[A];甘肅巖石力學(xué)與工程進(jìn)展——第四次全國巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會[C];1996年

7 李江;袁高軍;杭蘇成;;沙漠明渠風(fēng)積砂筑堤填筑標(biāo)準(zhǔn)及施工特性研究[A];第三屆新疆水利青年科技優(yōu)秀論文集[C];2005年

8 李江;袁高軍;杭蘇成;;沙漠明渠風(fēng)積砂筑堤填筑標(biāo)準(zhǔn)及施工特性研究[A];科技、工程與經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展——中國科協(xié)第五屆青年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

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2 本報(bào)記者 矯陽;見識“特殊隧道”[N];科技日報(bào);2002年

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3 張德媛;毛烏素沙漠風(fēng)積砂工程物理特性研究[D];長安大學(xué);2009年

4 李志勇;風(fēng)積砂的壓實(shí)機(jī)理及路用承載力研究[D];重慶交通學(xué)院;2003年

5 李邦旭;毛烏素沙漠風(fēng)積砂地基力學(xué)特性研究[D];長安大學(xué);2009年

6 徐崢嶸;風(fēng)積砂土路面基層固化研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2001年

7 王亞磊;風(fēng)積砂包裹式加筋擋土墻的工程特性研究[D];內(nèi)蒙古科技大學(xué);2014年

8 李殿維;風(fēng)積砂地區(qū)通村油路路面基層材料的試驗(yàn)研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2005年

9 邢淵浩;準(zhǔn)興重載高速公路風(fēng)積砂高填方路基壓實(shí)施工技術(shù)研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

10 許健;加筋風(fēng)積砂強(qiáng)度和變形特性的有限元分析[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號：2567461