如何進行煤炭資源綠色開采

關 注 聚 煤 網(wǎng) 微 信 jcoalwx， 盡 享 VIP權 限 現(xiàn) 狀 、 目 的 意 義 膏 體 充 填 膏 體 充 填 不 遷 村 采 煤 技 術 發(fā) 展 方 向 膏 體 充 填 不 遷 村 采 煤 技 術 經 濟 環(huán) 境 效 益 普 遍 采 用 頂 板 全 部 垮 落 法 巖 層 移 動 、 地 表 沉 陷 、 農 田 、 建 筑 設 施 損 壞 全 國 因 煤 炭 開 采 引 起 塌 陷 地 43萬 公 頃 全 國 平 均 每 采 萬 t煤 塌 陷 土 地 0.2公 頃 每 年 新 增 塌 陷 地 約 2萬 公 頃 兗 州 ： 土 地 賠 償 費 6000多 萬 元 /年 ， 近 10年 付 出 20多 億 元 。 全 國 建 筑 物 、 水 體 、 鐵 路 下 （ 三 下 ） 壓 煤 100億 t 其 中 : (1) 兗 州 : 村 莊 172個 ,壓 煤 5.2億 t,占 可 采 儲 量 41.2%. (2) 新 汶 : 村 莊 壓 煤 2.5億 t,占 總 儲 量 64%. (3) 徐 州 : 村 莊 等 建 下 壓 煤 5.0億 t,占 可 采 儲 量 63.7%. (4) 峰 峰 : 村 莊 73個 ,壓 煤 1.0億 t. (5) 許 廠 : 首 采 區(qū) 建 下 等 壓 煤 面 積 達 68.7%. （ 根 據(jù) 兗 州 礦 業(yè) 集 團 “ 5356” 工 程 規(guī) 劃 ）礦 井 南屯 興隆莊 鮑店 東灘 濟二 濟三設 計 (萬 t/a) 240 300 300 400 400 500實 際 (萬 t/a) 350 600 600 700 600 800 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 1500m， 寬 1400m， 涉 及 2個 自 然 村 490戶 人 家 、 8個 企 業(yè) 、 1座 敬 老 院 、 一 段 1440m的327國 道 ， 如 果 搬 遷 ， 需 要 搬 遷 費 用 1.59億 元 , 噸 煤 成 本 增 加 19. 96元 /t. 巖 層 移 動 破 壞 、 地 下 水 大 量 流 失 平 均 噸 煤 水 代 價 2t， 華 北 地 區(qū) 10t 嚴 重 時 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 1500座 矸 石 山 中 140座 在 自 燃 ， 對 大 氣 、 土 地 環(huán) 境 嚴 重 污 染 。 （ 1） 條 帶 開 采 我 國 煤 礦 冒 落 條 帶 開 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 采 的 采 出 率 低 ， 只 有 40 60%， 煤 層 越 厚 ， 采 深 越 大 ， 采 出 率 越 低 . （ 2） 水 砂 充 填 撫 順 勝 利 礦 利 用 廢 油 母 頁 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 現(xiàn) 不 遷 村 采 煤 ， 但 是 系 統(tǒng) 復 雜 、 采 煤工 藝 落 后 、 效 率 低 、 成 本 高 ， 沒 能 推 廣 。 （ 3） 離 層 區(qū) 注 漿 減 沉 明 顯 ， 但 不 能 滿 足 不 遷 村 要 求 。國 內 部 分 礦 井 離 層 區(qū) 注 漿 情 況 礦 井 采 深(m) 采 厚(m) 開 采方 法 注 采 比(%) 減 沉 率(%)老 虎 臺 602 25.7 條 帶 47.2 65.2徐 莊 529 2.6 長 壁 47.1 3070東 灘 545 5.4 綜 放 38.0 42 80華 豐 830 2.2 長 壁 67.9 54 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 。 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 工 作 面 支 架 后 方的 采 空 區(qū) 進 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 控 制 在建 筑 物 允 許 范 圍 內 ， 實 現(xiàn) 不 遷 村 采 煤 的方 法 。 之 ： 濃 度 高 ， 一 般 重 量 濃 度 75%； 加 拿 大 礦 產 與 能 源 科 學 技 術 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% 礦 名 材 料 組 成 濃 度 % 強 度 MPa格 隆 德 (德 ) 重 介 細 砂 ,浮 選 尾 砂 8588 1.5 2.0多 姆 金 (加 ) 全 尾 砂 77 82 0.43西 德 里 方 金 (南 非 ) 全 尾 砂 78國 際 鎳 公 司 (加 ) 天 然 砂 ,全 尾 砂 81 86 1.63阿 奇 塞 (俄 ) 全 尾 砂 80 83金 川 (中 ) 分 級 尾 砂 ,粉 煤 灰 ,棒磨 砂 78 80+水 泥 77 79 4.0銅 錄 山 (中 ) 全 尾 砂 ,爐 渣 87全 尾 砂 ,爐 渣 ,水 泥 84 3.0 膏 體 充 填 漿 液流 速 分 布水 砂 充 填 漿 液流 速 分 布 之 : 料 漿 不 沉 淀 、 不 泌 水 、 不 離 析 ； 隔 離 要 求 低 ; 不 需 要 過 濾 排 水 設 施 , 系 統(tǒng) 簡 單 ； 避 免 或 減 少 了 水 對 工 作 面 的 影 響 ； 靜 置 后 再 啟 動 容 易 ; 基 本 無 泌 水 收 縮 , 充 填 密 實 程 度 高 . 之 : 無 臨 界 流 速 ， 最 大 顆 粒 料 粒 徑 達 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 ; 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2535m m 粒 徑 骨 料 時 , 輸 送 速 度 需 要 達 到 34m /s. 之 : 相 同 膠 結 料 用 量 下 強 度 較 高 ； 可 降 低 價 格 較 貴 的 膠 結 料 用 量 , 降 低 材料 成 本 ;之 : 泵 送 性 能 對 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 0.5%. 1979， 德 國 （ 格 倫 德 金 屬 礦 ）1985， 南 非 （ 庫 克 3號 金 礦 ）1887， 英 國 （ 費 爾 克 拉 夫 ）1988， 美 國 （ 幸 運 星 期 五 銅 礦 ）1989， 中 國 （ 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 （ 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 ） 1988， 德 國 摩 納 泊 爾 煤 礦 ： 長 壁 面 ， 采 深 1000m， 充 填 泵 流 量 100m3/h， 泵 壓 6MPa.1990， 德 國 沃 爾 薩 姆 煤 礦 ： 長 壁 面 ， 采 深 900m， 煤 層 1.5m， 泵 流 量 100m3/h， 泵 壓 12MPa，1990， 德 國 帕 斯 科 夫 煤 礦 ： 長 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 充 填 ； 減 沉 效 果 不 夠 好 ， 下 沉 系 數(shù) q=0.30.4。 全 世 界 膏 體 充 填 控 制 煤 礦 開 采 地 表 沉 陷 的 工 作 還 開 展 不 多 , 對 于 我 國 兗 州 等 礦 區(qū) 4 8m 厚 煤 層 使 用 膏 體 充 填 實 現(xiàn) 不 遷 村 采 煤 更 無 先 例 , 所 以 , 在 我 國 針 對 華 東 地 區(qū) 兗 州 等 礦 區(qū) 條 件 , 開 展 膏 體 充 填 不 遷 村 采 煤 研 究 與 開 發(fā) 是 開 創(chuàng) 性 的 工 作 . 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 采 上 限 的 技 術 與 裝 備 ” 可 行 性 研 究 . 長 壁 膏 體 部 分 充 填 短 壁 間 隔 條 帶 膏 體 充 填 布 置B 開 采 寬 度 與 充 填 寬 度 ； b 煤 柱 寬 度 ； H 采 深b開 采 順 序 1 3 2B bB B H5 4 7 6bbB B BB bb條 帶 編 號 頂 板 冒 落 帶膏 體 充 填 帶長 壁 回 采 工 作 面 膏 體 充 填 帶頂 板 冒 落 帶膏 體 充 填 帶長 璧 條 帶 膏 體 充 填 布 置 平 面 示 意 圖 長 璧 條 帶 膏 體 充 填 布 置 剖 面 示 意 圖 膠 結 料 2稱 量 斗 稱 量 斗皮 帶 機水 泵 稱 量 斗皮 帶 機 稱 量 斗螺 旋 機 稱 量 斗螺 旋 機水 池 煤 矸 石料 倉斜 皮 帶一 破 機水 6m m 料 倉斜 皮 帶6m m 二 破 機前 裝 機 料 倉斗 提 機 粉 煤 灰料 倉散 裝 車膠 結 料 1 稱 量 斗螺 旋 機稱 量 斗螺 旋 機 料 倉斗 提 機外 加 劑料 倉散 裝 車球 磨 機螺 旋 機 料 倉 散 裝 車螺 旋 機稱 量 斗攪 拌 機 料 漿 斗充 填 泵攪 拌 機充填鉆孔 清 刮 器傳 感 器 清 刮 器 回采工作面 充填區(qū)域閘 閥 年 產 煤 60萬 t/a; 系 統(tǒng) 充 填 能 力 150m3/h; 年 充 填 量 33.5萬 m3/a; 年 處 理 : 煤 矸 石 30萬 t/a; 粉 煤 灰 20萬 t/a. NO 方 案 名 稱 采 高(m) 采 出 率(%) 采 深(m) 基 巖 厚(m) 主 關鍵 層一 條 采 4 40 264 70 有二 間 隔 充 填 4 80 264 70 有三 條 采 4 40 232 38 有四 間 隔 充 填 4 80 232 38 有五 間 隔 充 填 4 80 170 15 無六 全 部 充 填 4 80 170 15 無 模 擬 方 案 一 二 三 四 五 六下 沉 量( mm) 252 291 273 305 915 108水 平 變 形 (mm/m) 0.54 0.63 0.60 0.66 0.83 0.17傾 斜 變 形(mm/m) 1.6 1.8 1.9 2.1 12.2 0.5對 地 表 建筑 的 損 害 I級 I級 I級 I級 傾 斜III級 I級 圖 7 下 沉 曲 線 圖 -0.35 -0.3 -0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0 300 600 900 1200 1500 X(m) W(m) 條帶 開采 ,不 充填 條帶 開采 ,加 充填方 案 一 與 方 案 二 地 表 下 沉 比 較 圖 6 水 平 變 形 圖 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0 300 600 900 1200 1500 X(m) (m m /m ) 條帶 開采 ,不 充填 條帶 開采 ,加 充填方 案 一 與 方 案 二 地 表 水 平 變 形 比 較 圖 9 曲 率 曲 線 圖 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0 300 600 900 1200 1500 X(m) K(mm/m2) 條帶 開采 ,不 充填 條帶 開采 ,加 充填方 案 一 與 方 案 二 地 表 曲 率 比 較 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0 300 600 900 1200 1500 X(m) W(m) 條 采 全 充 條 采 間 隔 充 填方 案 五 與 方 案 六 地 表 下 沉 比 較 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0 300 600 900 1200 1500 X(m) U(m) 條 采 全 充 條 采 間 隔 充 填方 案 五 與 方 案 六 地 表 水 平 移 動 比 較 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 300 600 900 1200 1500 X(m) ( mm/m) 條 采 全 充 條 采 間 隔 充 填方 案 五 與 方 案 六 地 表 水 平 變 形 比 較 典 型 150m3/h 膏 體 充 填 系 統(tǒng) 建 設 費 用 2000萬 元 . N0 項 目 單 價 增 加 成 本(元 /t 煤 )1 膠 結 料 購 置 15元 /m3 8.382 固 定 資 產 折 舊 4.363 充 填 運 行 水 電 費 2.204 充 填 系 統(tǒng) 人 工 費 1.265 粉 煤 灰 購 置 費 10元 /t 2.676 其 它 1.507 合 計 ( 考 慮 節(jié) 省 的 矸 石 占 土 地 費 2.5元 /t) 17.87 (以 許 廠 煤 礦 條 件 為 例 ) (1) 提 高 開 采 上 限 （ 從 40m提 高 到 20m） ： 試 驗 區(qū) 域 多 回 收 煤 炭 150萬 t； 全 礦 預 計 多 回 收 煤 炭 600余 萬 t。 (2) 年 處 理 固 體 廢 棄 物 50萬 t/a, 減 少 了 土 地 占 用 1522.5ha; (3) 比 普 通 條 帶 開 采 提 高 采 出 率 1倍 , 達 到 80%, 全 礦 可 多 回 收 煤 炭 1090萬 t; (4) 減 少 土 地 破 壞 ， 保 護 了 礦 井 生 態(tài) 環(huán) 境 。