桃山矿粗粉煤灰基胶结材料充填采煤技术试验研究

摘要

随着煤炭资源的不断开采，黑龙江省煤炭矿区的老煤炭基地，煤炭资源枯竭问题日益显现，成为矿区社会经济“可持续发展”的瓶颈。矿区工业广场、铁路、城镇、水体下的保护煤柱，成为数量可观的优质煤炭资源，而探索上覆岩层不受破坏、地表无明显扰动的煤炭开采技术，是回采这些滞留煤量，延长矿井服务年限，维持老煤炭矿区社会经济可持续发展的重要技术保障。　　桃山煤矿位于七台河市桃山区，由于剩余煤炭可采储量有限，年产量开始被迫逐年减少，而工业广场、城区下的保护煤柱及条带开采煤柱仍占有大量优质煤炭资源。龙煤七台河分公司矸石电厂排出的粗粉煤灰，属于粒径大于45μm、含碳量高、活性差的粗灰，废弃堆积野外，占用大量耕地，污染周边环境。　　本文是龙煤七台河分公司重大项目《桃山矿三井粉煤灰基胶结材料充填开采试验》的重要组成部分，论文在查阅大量粉煤灰早期活性激发研究资料基础上，采用试验室正交、对比试验，找到了一种适用于七台河公司矸石电厂粗粉煤灰的激发剂，与粗粉煤灰、水搅拌后能在4h～8h后最大程度地激发粗粉煤灰活性，进而优选出了粗粉煤灰基胶结材料的最终配方，并在井下验证了其固化性能。然后结合充填系统设计了充填工艺，并在桃山矿三井93＃煤层采空区进行了工业试验，充填体8h单向抗压强度达到0.8MPa～1.0MPa，24h达到2.0MPa以上，3d达到3.0MPa以上，初步实现了充填采煤技术的功能要求。　　本文研究的主要成果如下:　　1、试验摸索出适用于七煤公司矸石电厂粗粉煤灰的激发剂，最后得到了粗粉煤灰基充填材料配方，并通过井下固化性能验证;　　2、在粗粉煤灰基充填材料的基础上，结合充填系统设计了充填工艺;　　3、通过现场工业试验结果验证，构建了“安全、环保、可靠”的充填采煤技术。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的目的与意义

1．2 国内外研究概况和发展趋势

1．2．1 国内、外粉煤灰利用概况

1．2．2 国内、外充填开采概况

1．3 本文的研究的主要内容、方法及技术路线

1．3．1 研究的主要内容

1．3．2 研究的方法及技术路线

1．4 论文的组织结构

1．5 创新点

2 粗粉煤灰基充填材料试验

2．1 材料特性要求及试验条件

2．1．1 特性要求

2．1．2 原材料

2．1．3 试验设备

2．2 粉煤灰的分类及活化方法

2．2．1 粉煤灰的分类

2．2．2 粉煤灰的活性来源

2．2．3 粉煤灰的活化方法

2．3 材料组分及粗粉煤灰活化试验

2．3．1 试验目的及步骤

2．3．2 材料组分正交试验及配方确定

2．3．3 基于组分配方的粗粉煤灰活化试验

2．3．4 活化配方优选及最终配方的确定

2．3．5 最终配方特性及造价分析

2．3．6 活化温度及时间对最终配方的影响分析

2．4 本章小结

3 充填材料井下固化性能试验

3．1 试验目的与思路

3．2 试验装置设计与研制

3．2．1 搅拌装置

3．2．2 泵送充填装置

3．3 试验过程及结果

3．3．1 试验过程

3．3．2 试验结果

3．4 本章小结

4 充填系统设备及工艺设计

4．1 充填系统设备介绍

4．1．1 井上系统

4．1．2 井下系统

4．2 井上系统工艺设计

4．2．1 制料站工艺

4．2．2 活化搅拌站工艺

4．3 井下系统工艺设计

4．3．1 井下搅拌硐室工艺

4．3．2 工作面充填工艺

4．4 本章小结

5 工业试验

5．1 充填试验条件

5．1．1 试验地点

5．1．2 煤矿生产概况

5．1．3 煤层储存条件

5．2 试验充采设计及结果分析

5．2．1 充采方案确定

5．2．2 生产量计算

5．2．3 输送能力验证

5．3 试验过程及结果分析

5．3．1 试验过程

5．3．2 试验结果分析

5．3．3 顶底板移近量数据分析

5．4 经济及社会效益分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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