基于可视化分析的矿山绿色充填技术研究

矿山绿色充填对于生态环境的保护具有重要作用。为了探究近年来国内外矿山绿色充填技术的发展趋势,采用Cite Space分析2004-2022年CNKI和WOS上的文献,通过发文数量、机构、作者和关键词研究矿山绿色充填技术的现状和趋势。研究表明:国内外对矿山绿色充填技术的关注度逐年增加,中国在该领域处于领先地位;其研究重点集中在充填材料、充填工艺、充填效果和环境影响等方面,数据挖掘、酸性矿山排水与边缘计算等是热点领域;矿山绿色充填技术具有广阔的发展前景,但仍需解决材料、工艺设备与效果检测评价的问题,以提高充填水平和效果。

煤矿绿色充填开采技术应用

充填开采技术是煤矿企业获取能源的重要技术之一,其能够利用河沙、煤矸石、粉煤灰等物料对采空区进行充填,合理控制地面沉降,避免地表变形的状况发生。这一技术的应用能够有效提升煤矿资源的开采率、降低对自然环境的破坏,使工作面的压力更小,因为其将环保理念落到实处,所以也被称作绿色充填开采技术。文章探讨了煤矿绿色充填开采技术的应用理论及实例,希望能够给予煤矿企业开采人员及管理人员一定的参考。

煤矿绿色充填开采技术应用与展望

充填法是国内建筑下采煤技术中的一项重要技术,利用煤矸石、河砂、粉煤灰等物料在采空区中进行填充,以控制地面沉降,减少地表变形。此工艺具有资源回收率高,环境破坏小,工作面压力小等特点,并能对地表垃圾进行地下处理。由于对环境的影响较小,所以也被称为“绿色充填”。本文综述了矿山绿色充填技术的基本概念,对当前的充填采矿技术进行了分类,并给出了相应的应用实例,并对影响充填工艺推广的各种因素进行了分析,并提出了今后的发展趋势。

多源煤基固废绿色充填基础理论与技术体系

煤炭开采、发电、煤化工等工业中产生的煤基固废存量大、增量多、利用率低已成为制约宁夏宁东基地绿色低碳、高质量发展的瓶颈。井下绿色充填是无害化、资源化、规模化处置利用多源煤基固废的有效途径。以宁夏宁东基地为试验区,分析了多源煤基固废的污染风险、理化性质和多重属性,系统阐述了煤基固废用于井下充填的基础理论和技术体系。研究表明:(1)煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏等污染性和理化性质符合填埋标准(GB 18599—2020),气化渣、炉底渣等固废的部分重金属质量分数超过筛选值,可采取技术措施降低潜在污染风险,多源煤基固废可用于井下绿色充填。(2)煤基固废用于井下充填的基础理论包括绿色充填可行性评价、煤基固废充填材料性能、充填材料与环境多场耦合机理、多层位立体充填机制。(3)多源煤基固废井下绿色充填技术体系主要包括煤矸石源头减量精准开采技术、井下采选充协同技术、煤基固废重金属吸附与络合钝化技术、多源煤基固废充填材料制备技术、充填材料长距离管道输送技术、充填全过程智能监测技术等。最后,根据宁东基地任家庄矿地质条件,提出并实施了超前钻孔注充低位充填,展望了集成活性粉体制备、高值建材研发、生态修复治理、井下绿色充填等煤基固废多产业链接协同利用新模式。

煤系固废基绿色充填材料制备及其性能研究

充填技术是绿色开采的重要组成部分,研发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料,是发展充填技术的关键。采用煤矸石(CG)和煤系偏高岭土(MK)为原材料制备煤系固废基绿色充填材料,探讨配合比和碱激发剂对充填材料强度以及流动度的影响,并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、热重分析(TG)和扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)等表征手段,揭示充填强度发展机理。综合强度、流动性和环境指标,优化充填材料配比。研究结果表明:绿色充填材料体系中,煤系偏高岭土通过碱激发水化反应起到胶凝作用,体系强度随偏高岭土的增加呈线性增长,磨细的煤矸石充当惰性填料,协同Na_(2)SiO_(3)改善流动性。该充填材料主要水化产物为N―A―S―H和沸石,Si―O―Si发生聚解,随即四面体Al―O键部分取代Si―O键,由(SiO_(4))^(4−)变成(AlO_(4))^(4−),进一步聚合形成Si―O―Al基团。当碱激发剂中Na_(2)SiO_(3)与NaOH比例为1∶1时,聚合程度最高。水化产物填充了煤矸石颗粒间孔隙,使基质致密,提高充填材料强度。综合指标评价推荐偏高岭土与煤矸石的配比为3∶7,此时不仅满足强度和流动性的要求,而且碳排放指数仅有0.257。本研究为开发成本低廉、性能可靠、低碳环保的充填材料提供新的思路,具有较好的实用性和经济性。

我国煤矿绿色充填开采技术应用与展望

常规井工煤矿开采会造成地面沉(塌)陷、生态环境破坏、建(构)筑物损害等问题,煤矿绿色充填开采实践表明:实施绿色充填开采,能够有效减小地表沉(塌)陷,保护地表和井下水系,消除地面矸石山对矿区生态环境的破坏,避免建(构)筑物的损害,降低采空区瓦斯的积聚,减少采空区积水,降低遗弃煤炭自燃的几率等,社会效益、经济效益和生态效益显著。本文分析了制约我国煤矿绿色充填开采应用的主要因素,即国家政策支持力度不够,煤矿绿色充填开采技术初期建设投资大、充填成本高、建设周期长,煤炭企业对生态环保的认识不足。据此提出了要在"采、选、充、留"一体化精准充填开采技术和新型绿色充填材料的研发方面加大力度,以发挥出我国煤矿绿色充填开采技术的更大作用。

衰老矿井短壁条带绿色充填开采技术研究与应用

针对东坪煤业“三下”压煤量大、矿井资源衰竭、村庄搬迁困难等问题,必须探索新型的采矿工艺实现矿井现有煤炭资源的可持续开采,通过理论分析、室内试验和现场实测等手段,提出了短壁条带绿色充填开采技术,对工作面布置、充填材料配比、支巷参数和地表变形规律进行了研究,该方法已在东坪煤业15号煤层进行了实验开采,获得了较大的经济和环境效益,可为类似条件的煤层开采提供一定的借鉴。

太平煤矿膏体绿色充填开采技术实践

充填开采技术是在开采过程中将膏体充填材料输送到采空区支护顶板,以最大限度地提高村庄下、建筑物下、水体下压煤的资源回收率。太平煤矿对8311工作面采用采空区全部充填法进行回采,以保证采动后顶板不垮落,确保工作面不受水砂威胁。

煤矿绿色充填开采技术应用现状及展望

概述了煤矿绿色充填开采技术的概念,对目前充填开采的类型进行了分类并介绍了相应的应用实例,最后分析了影响充填开采技术推广的因素,指出了未来充填开采技术的发展方向。

超细全尾砂似膏体绿色胶凝充填关键技术研究

针对中关铁矿超细全尾砂存在脱水速度慢、溢流易跑浑、黏度大和充填体强度低等问题,开展了全尾砂粒度测试和化学成分分析、全尾砂自然沉降试验、絮凝沉降试验、选充工艺协同匹配衔接、钢渣基胶凝材料研发及超细全尾砂似膏体充填工艺配置等研究工作。经现场系统调试运行,该超细全尾砂似膏体绿色胶凝充填技术及工艺合理,充填体强度在2.8~2.9 MPa,满足井下充填体强度要求。

绿色高性能充填材料界面过渡区研究

界面过渡区I(nterfacial Transition ZoneI,TZ)是混凝土中最薄弱的环节,其结构和粘结性能,直接影响到混凝土整体的强度、刚度和耐久性。而改善界面过渡区比较有效的方法就是掺加矿物掺合料,本文以大量掺加粉煤灰、煤矸石等工业废渣为技术手段,制备了一种绿色高性能充填材料,以强度、坍落度、收缩值为指标,对其工作性能和耐久性能进行试验与评价,并运用SEM、EDS对充填材料界面过渡区微观结构进行了研究。

充填绿色开采经验交流

山东华泰矿业有限公司隶属于山东能源新汶矿业集团有限公司,建井历史悠久,开采年限较长,煤炭资源日渐枯竭,生产接续较紧张,且大部分煤炭资源埋藏在建筑物、铁路下,属于典型的"三下压煤"。

“膏体充填绿色采矿管理”项目的实施与应用

"膏体充填绿色采矿管理法"以循环经济理论为依据,以管理创新为中心,以降低煤炭产出成本为根本,把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工成不需脱水的牙膏状浆体(低成本的特殊"混凝土"),利用充填泵或重力作用通过管道输送到井下,适时充填采空区,实现资源的重复、循环使用,使固体废物得以资源化利用,减少废弃物的土地占用,降低成本,保护生态环境,构建绿色、节能、环保型企业。

矸石注浆巷道充填开采技术在煤矿中的实际应用

巷道充填开采方法是近年来"三下"开采所使用的减沉方法,该方法操作较简单,但是其生产能力小。巷道充填开采多用于解决井下矸石升井和矸石占地问题,如果用矸石充填后再加上注浆,其减沉效果更好,对地表的损害影响更小。新三矿北区根据特有的地质、经济等条件,利用矸石注浆巷道充填开采的方式对"三下"压煤区进行开采,实现井下开拓巷道产生的矸石不升井,做到了绿色环保,取得了很大的经济效益。

炸药爆炸作用对煤基固废中煤矸石的破碎研究

为了满足快速破碎煤基固废中大量大颗粒煤矸石的要求,利用炸药爆炸破碎方式,设计了敞口与近似密闭条件下的破碎装置,从理论与实验方面分别进行了炸药爆炸作用对煤基固废中煤矸石的破碎研究。结果表明,采用炸药爆炸产生的冲击波对煤基固废中大颗粒煤矸石进行破碎时,由于冲击波反射破坏作用,煤矸石的破碎过程起始于外部层裂或崩落。此外,与敞口体系相比,近似密闭条件可有效提升煤矸石的破碎效果。若进一步扩大破碎装置中的煤矸石装填量,增加破碎所需的爆破药剂用量,有望大幅提升煤矸石的快速破碎能力。

煤矸石粉对矸石基绿色胶结充填体性能的影响

针对煤矸石排放及粉煤灰应用带来的一系列环境问题,以及以粉煤灰为掺合料的矿山矸石胶结充填成本相对较高的工程问题,通过试验分析研究了煤矸石粉掺量对矸石基绿色胶结充填体工作性能、力学性能和耐水性能的影响规律,并通过SEM和XRD试验分析煤矸石粉对充填体性能的影响机理。结果表明:掺加简单机械活化煤矸石粉的矸石充填材料,能够满足矿山对于泵送输送的要求并具有一定的抗压强度,适合对强度要求相对较低的采空区使用;微观形态效应与微集料效应减弱了煤矸石骨料的“微泵吸水”和表面颗粒摩擦力,工作性能得到改善;微火山灰效应和微集料填充作用使充填体内部形成大量的C—S—H和C—A—S—H结晶体,其内部骨架得到密实,微观孔结构得到改善,有害孔数量减少,充填体的强度和耐水性得到提升。

大型煤电化基地固废分质分类 资源化利用研究

宁东能源基地煤炭资源储量丰富,是我国具有代表性的煤炭、电力、煤化工产业集群基地之一,开发过程中产生的煤基固废合理处置与资源化利用问题成为制约该区域可持续发展的难题之一。针对宁东地区大型煤电化基地固废产量大、利用率低、尚无成熟的规模化利用技术及解决方案等问题,通过对5种典型大宗煤基固废基本材料性质及其相对应的市场应用原料性能分析,总结研究了大型煤电化基地固废分质分类资源化利用技术路径。研究表明,煤基固废的基本材料性质取决于产废企业煤炭开采及煤炭转化利用运行条件,产废企业对煤基固废基本材料性质的认知和固废生产环节相对应的原料品质管控,是煤基固废分质分类、原料化、资源化利用的基础;井下绿色充填、沉陷区密实回填复垦、活性粉体及高值化建材和生态修复材料4项关键技术经示范工程应用推广后,可支撑宁东地区煤基固废利用率由目前的42%提高到80%以上;宁东地区煤基固废利用途径应以年消纳量千万吨级别的井下绿色充填和采煤沉陷区回填为主,以活性粉体及高值化建材、生态修复材料等万吨百万吨级别增值利用方式为辅,该方式可取代目前以填埋为主的固废处置方式。

“两山”地区煤矿区全过程生态保护性开采模式研究与探讨

煤炭资源的开发对京津冀燕山、太行山地区生态环境破坏较为突出,为了实现“两山”地区生态修复,因地制宜,将生态工程、矿业产业与创新技术深度融合,多学科交叉,提出“两山”地区煤矿区基于充填开采的全过程生态保护性开采模式,实现生态环境被破坏后由修复向源头防护的转变。同时,提出应进一步加快煤矿区全过程生态保护性开采模式配套技术的研发和推广应用,深化政策支持,不断丰富煤矿区全过程生态保护性开采模式的内涵,全面提升煤矿区生态保护性开采模式的适用范围与服务能力。