[00714364]超高水材料矿山充填开采技术研究与应用

在中国工程院钱鸣高院士倡导矿山绿色开采背景下，近几年来，充填开采技术得到了迅速的发展。如固体充填方法有矸石、黄土以及粉煤灰等固体废物等采空区充填技术；具有胶结性能的采空区充填方法有膏体、似膏体充填技术；这些技术的发展和推广，都取得了不同效果和效益。由于这些技术在采空区充填时，固体物料用量普遍较多，充填系统较复杂，远距离输送困难，初期投入及远距离输送投入都很高。上述充填方式充填物料对采空区填充密实度相对较低，充填效果往往达到不到预期目标。《超高水材料矿山充填开采技术研究与应用》课题是冀中能源邯郸矿业集团有限公司于2008年开始研究实施大规模充填开采的重大技术攻关项目。课题成功完成了以下几方面的原创性成果：1.研发出了水体积可达97%，终凝强度达0.66MPa的超高水材料。材料由A、B两种主要原料组成，按1:1分别制成浆体输送至使用地点附近混合后充填，单桨24小时不凝固，混合后可在10-90min内凝固；固结体强度可根据需要调整提高；超高水材料固结体主要由钙矾石构成，钙矾石使水分子以结晶水方式存在于固结体中，呈纤细的丝网状结晶结构，在封闭的自然条件下不可逆转；超高水充填材料固结体受压后，体积应变较小，位于0.00075-0.003之间，因此其在三轴受力下可视为不可压缩。2.发明并应用了能够控制采煤工作面采空区顶板不垮落的袋式充填采煤方法(发明专利)；研制了实施这种方法的成套综采液压支架(实用新型专利)。3.研究应用了开放式充填方法(申报发明专利)，该方法是在仰斜开采条件下，采用常规全部垮落法开采，不改变现有采煤装备，采空区完全处于开放与自由状态的充填方式。4. 研制并建立了可置于井下和地面的大流量制浆充填工艺系统(实用新型专利)。5.改造完成的超高水材料生产线，是国内规模最大、技术含量最高的特种水泥生产线。该项成果已取得：发明专利1项，实用新型专利2项；出版专著1部，学术论文8篇；发布企业相关技术标准3项；已毕业博士1名，硕士3名，在读博士2名，在读硕士3名。超高水材料充填工艺系统具有：自动化程度高、充填能力大、输送距离远、采空区充填率高、整体投入低、浆体配比准确性高、系统运行稳定、易于控制等优点。现使用的充填工艺系统，小时制浆能力达到了300m<'3>/h，输送距离已达3300m，实现了5m厚煤层一次采全高充填开采，采煤工作面生产能力达到了百万吨水平。该充填方法为国内外首创，业界评价达到了国际领先水平。该成果已推广到河北、山东、山西、河南、安徽5个省份的9对矿井应用，不完全统计已安全采出建下压覆煤炭资源140余万吨。已实现直接经济效益15213.17万元，间接经济效益46288.37万元。已实现从材料加工到相关设备研发制造以及系列成熟充填开采工艺技术的完全工业化和规模化，9对矿井已装备的制浆设备小时能力合计1660t/h,形成了年产610万t/a充填采煤能力。