新型骨料似膏体胶结充填技术研究

摘要

充填采矿法作为一种与当今采矿技术水平、装备发展层次、经济能力和环保承受能力相适应的采矿法，得到越来越广泛的应用，甚至包括煤矿。为安全合理地开发华泰矿业“三下”资源，设计采用似膏体充填法进行开采，以控制地压，保证地下开采及地表建构筑物安全。
　　 由于矿区所产煤矸石大部分用于制砖，无法满足井下大量充填需求。经过详细评价研究，创新性的以莱芜本地的一种废料为主要充填骨料，同时需要考虑制砖剩余煤矸石及“储量”较多的钢渣作为充填骨料的可能性。经过室内试验，确定了以上三种充填组合的最优配比。根据水泥、粉煤灰等的胶凝作用，揭示了新型骨料、煤矸石和钢渣胶结充填的作用机理。提出了新型骨料以及煤矸石、钢渣胶结充填的工艺流程，进行了充填制备站总图设计和充填料贮存与输送工艺方案设计。完成了井下管道输送系统的方案设计。经过工业试验证明，建成的似膏体充填制备与输送系统运行平稳、可靠。生产能力满足120m3·h-1的要求，推荐配比新型骨料、煤矸石和钢渣似膏体最大允许充填倍线分别为5.06、4.01和4.63，直接材料成本为34～57元·t-1。
　　 应用该技术可以充分回收“三下”煤炭资源，提高矿山经济效益和可持续发展水平。此种废料作为似膏体充填骨料在华泰矿业首次得到成功应用，为今后公司的“三下”资源开采提供了坚实的保障，并且为大量堆放的废料提供了廉价、合理的处理途径，其易存储，易运输及价格低廉的特点，使其具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，符合国家产业政策导向。

目录

声明

摘要

第一章 概述

1．1 研究背景

1．1．1 我国煤炭开发利用现状

1．1．2 我国煤炭工业可持续发展的主要问题

1．1．3 煤矿充填技术应用与研究现状

1．2 研究目的、意义

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究意义

1．3 研究内容、研究方法和难点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 研究难点

第二章 开采现状与充填方案

2．1 拟充填采区开采技术条件

2．1．1 三采区开采现状

2．1．2 采区对应地表概况

2．1．3 煤层技术条件

2．2 充填方案

2．2．1 充填范围和充填采煤方式

2．2．2 充填系统工作能力

2．2．3 充填输送方式

第三章 胶结机理研究

3．1 水泥胶凝作用机理

3．2 粉煤灰简介

3．2．1 粉煤灰性质和分类

3．2．2 粉煤灰主要利用途径

3．2．3 粉煤灰的胶凝性能

3．3 水泥、粉煤灰、骨料胶凝作用机理

3．3．1 胶结充填体能谱分析

3．3．2 胶结充填体微观结构分析

3．4 水泥、新型骨料胶凝作用机理

第四章 新型骨料似膏体充填配比参数试验研究

4．1 配比试验方法与质量测试原理

4．1．1 主要充填材料

4．1．2 充填材料各性能测定方法

4．1．3 配比选择依据及试验过程

4．1．4 质量测试原理

4．2 新型骨料充填配比优化选择

4．2．1 新型骨料充填性能定性分析

4．2．2 新型骨料充填配比参数优化

4．3 煤矸石充填配比优化选择

4．3．1 煤矸石物化性能评价

4．3．2 煤矸石充填配比参数优化

4．3．3 推荐煤矸石料浆技术参数

4．4 其他骨料充填配比优化试验

4．4．1 其他骨料胶结充填探索性试验

4．4．2 推荐钢渣料浆的技术参数

第五章 充填料浆制备及管道输送方案设计

5．1 充填工艺流程

5．1．1 新型骨料充填工艺流程

5．1．2 煤矸石充填工艺流程

5．2 充填料浆制备与管道输送方案的设计原则

5．3 充填站站址选择

5．4 充填制备系统方案设计

5．4．1 充填材料消耗量计算

5．4．2 主要设施

5．4．3 主要设备

5．4．4 总图方案设计

5．5 井下管路输送方案

第六章 采煤工作面充填方案设计

6．1 试验工作面充填采煤方案选择

6．1．1 各方案特点

6．1．2 方案选择

6．2 工作面采煤设计

6．2．1 采煤方法和回采工艺选择及设备选用

6．2．2 回采工作面月生产能力

6．2．3 采煤工作面片帮的原因及防止措施

6．2．4 似膏体充填、排水系统

6．2．5 工作面通风设计

6．2．6 附采煤工作面仰采倾角与煤层走向的关系

6．3 现场工业试验

第七章 似膏体胶结充填技术经济分析

7．1 环境评价

7．2 制备系统可靠性分析

7．3 管道输送系统可靠性分析

7．4 经济效益分析

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果