煤炭資源綠色開(kāi)采

煤炭資源綠色開(kāi)采,提 綱：, 現(xiàn)狀、目的意義 膏體充填 膏體充填不遷村采煤技術(shù)發(fā)展方向 膏體充填不遷村采煤技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.1 現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害,普遍采用頂板全部垮落法 巖層移動(dòng)、地表沉陷、 農(nóng)田、建筑設(shè)施損壞 全國(guó)因煤炭開(kāi)采引起塌陷地43萬(wàn)公頃 全國(guó)平均每采萬(wàn)t煤塌陷土地0.2公頃 每年新增塌陷地約2萬(wàn)公頃 兗州：土地賠償費(fèi)6000多萬(wàn)元/年，近10年付 出20多億元。, 全國(guó)建筑物、水體、鐵路下（三下）壓煤100億t 其中: (1) 兗州: 村莊172個(gè),壓煤5.2億t,占可采儲(chǔ)量41.2%. (2) 新汶: 村莊壓煤2.5億t,占總儲(chǔ)量64%. (3) 徐州: 村莊等建下壓煤5.0億t,占可采儲(chǔ)量63.7%. (4) 峰峰: 村莊73個(gè),壓煤1.0億t. (5) 許廠: 首采區(qū)建下等壓煤面積達(dá)68.7%.,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.1 現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害, 生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大, 壓煤無(wú)法開(kāi)采，礦井面臨過(guò)早報(bào)廢 （根據(jù)兗州礦業(yè)集團(tuán) “5356”工程規(guī)劃）,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.1 現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害, 遷村解放壓煤，成本大幅增加 例1: 淄博許廠煤礦130南翼集中巷以東部分，長(zhǎng)1500m，寬1400m，涉及2個(gè)自然村490戶人家、8個(gè)企業(yè)、1座敬老院、一段1440m的327國(guó)道，如果搬遷，需要搬遷費(fèi)用1.59億元, 噸煤成本增加19. 96元/t.,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.1 現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.1 現(xiàn)行采空區(qū)處理方法的危害, 巖層移動(dòng)破壞、地下水大量流失 平均噸煤水代價(jià)2t，華北地區(qū)10t 嚴(yán)重時(shí)土地沙漠化 矸石堆積、占用良田、環(huán)境污染 現(xiàn)已積存矸石30億t，每年增加1.52.0億t 全國(guó)1500座矸石山中140座在自燃，對(duì)大氣、土地 環(huán)境嚴(yán)重污染。,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.2 國(guó)際水平,（1）水力和風(fēng)力充填采空區(qū) 國(guó)家：波蘭、德國(guó)、前蘇聯(lián)等 材料：河砂、煤矸石、粉煤灰 地表沉陷系數(shù) q = 0.10.2 （2）離層注漿 國(guó)家：波蘭 減沉效果：比不注漿減少2030%。,（3）房柱法開(kāi)采 國(guó)家：美國(guó)、澳大利亞等 煤炭采出率5060% 地表沉陷系數(shù) q = 0.350.68 （4）條帶開(kāi)采 + 水砂充填采空區(qū) 地區(qū)：波蘭托維茲、貝托姆等城市下 煤炭采出率45.860% 地表沉陷系數(shù) q = 0.0090.036,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.2 國(guó)際水平,（5）膏體充填采空區(qū) 國(guó)家：德國(guó)、美國(guó)、加拿大、南非等 用途：金屬礦山充填 煤礦處理采空區(qū)開(kāi)始試驗(yàn),1 現(xiàn)狀、目的意義 1.2 國(guó)際水平,（1） 條帶開(kāi)采 我國(guó)煤礦冒落條帶開(kāi)采的寬度一般為1/5 1/10采深,地表沉陷系數(shù)q =0.1 0.2, 能夠滿足不遷村采煤要求. 但是, 條帶開(kāi)采的采出率低，只有40 60%，煤層越厚，采深越大，采出率越低.,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.3 國(guó)內(nèi)水平,（2） 水砂充填 撫順勝利礦利用廢油母頁(yè)巖、河砂充填，地表沉陷系數(shù)q = 0.013. 新汶等礦區(qū)水砂充填，地表沉陷系數(shù) q = 0.130.17. 能實(shí)現(xiàn)不遷村采煤，但是系統(tǒng)復(fù)雜、采煤工藝落后、效率低、成本高，沒(méi)能推廣。,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.3 國(guó)內(nèi)水平,（3）離層區(qū)注漿 減沉明顯，但不能滿足不遷村要求。 國(guó)內(nèi)部分礦井離層區(qū)注漿情況,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.3 國(guó)內(nèi)水平,1 現(xiàn)狀、目的意義 1.4 技術(shù)發(fā)展方向,（1）技術(shù)途徑：綠色開(kāi)采 （2）方法：采空區(qū)局部（條帶）充填 材料：以煤矸石、粉煤灰為主的膏體、似膏體 材料 （3）目標(biāo)：關(guān)鍵層不破斷、巖層不沉降，地下水不 流失，地表不破壞，建筑物不搬遷，取 消矸石山。,2 膏體充填2.1 膏體充填的基本概念, 膏體充填： 將物料配制成 不淅水的、 牙膏狀漿體， 在重力或泵壓作用下充填采空區(qū)的方法。, 固體廢棄物膏體材料充填不遷村采煤 （膏體充填不遷村采煤）,利用煤矸石、粉煤灰、洗選煤泥或城鎮(zhèn)固體垃圾等制作成 不淅水的、牙膏狀漿體， 在重力或泵壓作用下對(duì)工作面支架后方的采空區(qū)進(jìn)行充填而形成必要的人工支撐體系，把采煤引起的地表移動(dòng)控制在建筑物允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不遷村采煤的方法。,2.2 膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）,之：濃度高，一般重量濃度75%； 加拿大礦產(chǎn)與能源科學(xué)技術(shù)中心： 水砂充填料 重量濃度 65% 高濃度充填料 66 75% 膏體充填料 76 84%,2.2 膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）,2.2 膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）之: 流動(dòng)狀態(tài)為柱塞結(jié)構(gòu)流；,膏體充填漿液 流速分布 水砂充填漿液 流速分布,2.2 膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）,之: 料漿不沉淀、不泌水、不離析； 隔離要求低; 不需要過(guò)濾排水設(shè)施, 系統(tǒng)簡(jiǎn)單； 避免或減少了水對(duì)工作面的影響； 靜置后再啟動(dòng)容易; 基本無(wú)泌水收縮, 充填密實(shí)程度高.,2.2 膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）,之: 無(wú)臨界流速，最大顆粒料粒徑達(dá)到 2535mm, 流速小于1m/s 仍然能夠 正常輸送； 破碎加工即可, 可降低材料加工費(fèi); 可低速輸送, 減少管道磨損. 水砂充填要在臨界速度以上才能正常泵送, 在有2535mm粒徑骨料時(shí), 輸送速度需要達(dá)到34m/s.,2.2 膏體充填材料的基本特征（6個(gè)）,之: 相同膠結(jié)料用量下強(qiáng)度較高； 可降低價(jià)格較貴的膠結(jié)料用量, 降低材料成本; 之: 泵送性能對(duì)濃度變換比較敏感, 充填 工藝控制要求高. 比較理想的膏體充填系統(tǒng), 濃度變化應(yīng)< 0.5%.,2.3 膏體充填技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況（在金屬礦山）,1979，德國(guó)（ 格倫德金屬礦） 1985，南非 （庫(kù)克3號(hào)金礦） 1887，英國(guó) （費(fèi)爾克拉夫） 1988，美國(guó) （幸運(yùn)星期五銅礦） 1989，中國(guó) （金川鎳礦）、奧地利（ 布萊堡礦） 1992，摩洛哥 （哈佳銅礦） 1993，俄羅斯 （諾雷爾斯克鎳礦） 1994，中國(guó)（ 銅錄山銅礦）、加拿大（ INCO公司） 1995，澳大利亞 （坎寧頓礦） 1996，葡萄牙（ 尼維斯-科夫銅礦）,2.3 膏體充填技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況（在煤礦）,1988，德國(guó) 摩納泊爾煤礦：長(zhǎng)壁面，采深1000m， 充填泵流量 100m3/h，泵壓6MPa. 1990，德國(guó) 沃爾薩姆煤礦：長(zhǎng)壁面，采深900m， 煤層1.5m，泵流量100m3/h，泵壓12MPa， 1990，德國(guó) 帕斯科夫煤礦：長(zhǎng)壁面，采深1000m， 泵流量60m3/h，泵壓6MPa. 現(xiàn)有煤礦膏體充填主要目的是固體廢棄物處理；大采深，薄煤層；工作面后方直接頂垮落后非膠結(jié)充填；減沉效果不夠好，下沉系數(shù)q=0.30.4。,2.3 膏體充填技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)況（在煤礦）,全世界膏體充填控制煤礦開(kāi)采地表沉陷 的工作還開(kāi)展不多, 對(duì)于我國(guó)兗州等礦 區(qū)4 8m 厚煤層使用膏體充填實(shí)現(xiàn)不遷 村采煤更無(wú)先例, 所以, 在我國(guó)針對(duì)華東地區(qū)兗州等礦區(qū) 條件, 開(kāi)展膏體充填不遷村采煤研究與 開(kāi)發(fā)是開(kāi)創(chuàng)性的工作.,3 膏體充填不遷村采煤技術(shù)發(fā)展方向, 發(fā)展模式: 短壁間隔條帶膏體充填 最近完成了“許廠煤礦膏體充填不遷村采煤與提高開(kāi)采上限的技術(shù)與裝備”可行性研究. 長(zhǎng)壁膏體部分充填,3 膏體充填不遷村采煤技術(shù)發(fā)展方向, 巖層控制理論: 關(guān)鍵層理論：控制地表移動(dòng)，首先要控制關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 三維強(qiáng)度理論： 利用上述理論優(yōu)化條帶布置，科學(xué)確定充填材料力學(xué)性能要求,合理減少充填量，降低充填成本，提高采出率。,短壁間隔條帶膏體充填布置 B 開(kāi)采寬度與充填寬度；b 煤柱寬度；H 采深,許廠煤礦膏體充填試驗(yàn)點(diǎn)及其巷道布置,長(zhǎng)璧條帶膏體充填布置平面示意圖,長(zhǎng)璧條帶膏體充填布置剖面示意圖, 典型煤礦膏體充填材料制備方法, 典型煤礦膏體充填泵送系統(tǒng), 典型煤礦短壁間隔條帶膏體充填工作面技術(shù)指標(biāo),年產(chǎn)煤 60萬(wàn)t/a; 系統(tǒng)充填能力 150m3/h; 年充填量 33.5萬(wàn)m3/a; 年處理: 煤矸石 30萬(wàn)t/a; 粉煤灰 20萬(wàn)t/a.,4.1 膏體充填控制地表沉陷效果 計(jì)算方案,4.1 膏體充填控制地表沉陷效果 地表下沉變形最大值模擬計(jì)算結(jié)果,方案一與方案二地表下沉比較,方案一與方案二地表水平變形比較,方案一與方案二地表曲率比較,方案五與方案六地表下沉比較,方案五與方案六地表水平移動(dòng)比較,方案五與方案六地表水平變形比較,4.2 膏體充填不遷村采煤經(jīng)濟(jì)效益, 典型150m3/h 膏體充填系統(tǒng) 建設(shè)費(fèi)用 2000萬(wàn)元.,4.2 膏體充填不遷村采煤經(jīng)濟(jì)效益 噸煤成本增加量,4.3 膏體充填不遷村采煤社會(huì)環(huán)境效益,(以許廠煤礦條件為例) (1) 提高開(kāi)采上限（從40m提高到20m）： 試驗(yàn)區(qū)域多回收煤炭150萬(wàn)t；全礦預(yù) 計(jì)多回收煤炭600余萬(wàn)t。 (2) 年處理固體廢棄物50萬(wàn)t/a, 減少了土 地占用1522.5ha; (3) 比普通條帶開(kāi)采提高采出率1倍, 達(dá)到80%, 全礦可多回收煤炭1090萬(wàn)t; (4) 減少土地破壞，保護(hù)了礦井生態(tài)環(huán)境。,謝謝大家！,