基于沙溪铜矿现场原位充填体强度的充填参数优化研究

沙溪铜矿采用一步骤采场胶结充填,二步骤采场微胶结充填,矿山在投产之初为保障充填体质量,选择了较高的充填配比进行充填,充填成本较高。为了降低充填成本,基于现场大量的原位充填体数据,并结合实验室强度试验,对不同类型采场的充填配比进行了优化。结果表明,以2021年全年充填总量为基础,采用推荐的充填灰砂比测算,2021年胶凝材料用量可调整为13.7万t、单耗为124.4kg/m^(3),而2021年实际胶凝材料用量15.1万t、单耗137.4kg/m^(3),优化后单耗下降9.45%,优化可以有效地降低了矿山的充填成本。

煤矿矸石井下分选协同原位充填开采方法

煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题,推进煤矿绿色开发将是从源头上保护矿区生态环境的重要手段,统筹考虑煤炭采掘、原煤加工和固废排放的关系对于建设绿色矿山尤为重要,而煤矿井下采-选-充协同将是从根本上解决上述问题的技术途径。基于此,在充分考虑采煤、分选和充填基础上,以井下分选为核心,围绕充填开采方法构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开采模式,阐述了煤矿井下采、选、充系统的时空协同关系,揭示了“就近分选+原位充填”的科学内涵,实现了充填能力与分选能力匹配、采充系统与分选系统布置、采充工艺与分选工艺组织和矸石物流运输与调控4个方面的协同;提出了实现不同目标层次的煤矿矸石井下分选协同原位充填开采技术体系,主要包括全粒级分选、煤矸分离和毛煤排矸3个不同等级的井下煤矸分选技术和实现采场矿压与地表沉陷控制、矸石处理和资源回收不同目标的井下原位充填技术2个方面;分析评价了新型跳汰分选、旋流器分选、重介浅槽分选、动筛跳汰分选和γ射线分选5种井下煤矸分选方法的适用性,给出了煤矿矸石井下分选方法选择流程,确定了煤矿矸石井下分选系统及巷硐布置要求,探讨了煤矿井下全粒级分选的发展方向;提出了全采全充、全采局充、局采局充和局采全充4种典型充填开采方法,明确了4种典型充填开采方法的定义、系统布置及技术优势,形成了充填开采方法选择流程,进一步对比分析了4种典型充填开采方法的地表沉陷与采场矿压控制效果。研究成果为实现煤矿煤炭开采、井下分选和矸石处理集约化提供技术借鉴,进一步丰富我国煤矿绿色开采的技术体系。

原位充填体强度影响因素分析

原位充填体的强度是影响充填质量的关键因素，因而直接关系到充填采矿的安全实施，因此，有必要深入研究原位充填体强度的影响因素。以安庆铜矿为例，分析了其原位充填体的整体质量，并对比了原位充填体强度与充填实验室测试强度的差异，获得原位充填体强度分布图。对比分析了原位充填体强度与实验室标准试块的强度，结果表明原位充填强度较实验室标准试块强度存在损失情况，且水泥含量越低，其差距越大，高水泥含量下整体上表现强度损失不明显，中低水泥配比情况下，强度损失愈趋明显，约30％～40％。

保护层原位充填开采关键技术研究

基于白龙山煤矿瓦斯抽采及矸石处理的工程背景需求,提出了一套完整的适用于近距离煤层群瓦斯卸压问题的保护层原位充填开采技术方法,阐述了其主要原理及设计流程,分析了保护层原位充填开采方法关键参数,理论计算了底板破坏深度和等价采高,设计了保护层充填高度,通过数值模拟验证分析该组参数下岩层破坏效果、采场卸压效果以及被保护层膨胀增透效果。结果表明,该组参数条件下模拟结果符合规程要求,该技术方法实现了近距离煤层群压煤资源的高效安全开采,研究以期促进保护层原位充填技术发展,可为其他矿井提供工程技术借鉴。

高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术研究

为解决高瓦斯煤层巷道掘进过程中易出现瓦斯突出、工作面回采瓦斯浓度频繁超限、工作面采掘接替紧张等难题,以高山煤矿1902工作面为工程背景,研究了高瓦斯突出煤层原位充填沿空留巷技术。通过理论分析选定预制混凝土砌块墙原位充填支护方式,理论计算出充填隔离墙体留设宽度为0.72~1.68 m;运用FLAC^3D数值模拟软件分析了0.8、1.2、1.6 m共3种不同墙体宽度条件下巷道围岩塑性区、巷道应力及位移分布规律,并在1902工作面进行现场试验与矿压监测。研究结果表明:随着充填隔离墙体留设宽度的增加,墙体切顶能力增强,巷道围岩应力、位移变形量减小,最终确定墙体合理留设宽度为1.2 m。现场监测留巷顶底板平均总移近量基本维持在250 mm±50 mm,两帮平均总移近量维持在200 mm±20 mm,从而检验了该技术的可行性,可为类似条件煤矿应用沿空留巷技术提供借鉴。

煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

传统井下煤矸石需运输至地面处理,不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染,而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井,从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗,实现煤炭的绿色低碳智能开采,回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展,并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势,提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法,详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理,以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石,预防煤岩动力灾害,提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统,并探讨了各子系统间的新环逻辑关系,以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石,提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统,并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井,并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

原位充填覆岩三场时空演化规律及力学机制研究

以宁夏某矿充填试验工作面为背景,采用相似材料模拟实验和理论分析方法,研究了充填开采覆岩应力场、位移场和裂隙场的时空演化规律和覆岩三场时空演化力学机制。结果表明:工作面和煤柱与采充区交界区域应力和位移增加变化大,岩层裂隙发育程度高,三场演化活跃;采充区中部区域,岩层应力和位移增加逐渐稳定,裂隙呈现闭合趋势,覆岩三场演化逐渐稳定。顶板应力和位移经历稳定—活跃—稳定的变化过程,覆岩裂隙则经历发育—离层—闭合的过程。随着工作面推进,三场演化区域由低位岩层向高位岩层扩展,并在厚硬岩层处暂时受到阻碍,采充区中部岩层三场演化稳定区域相应扩大。由力学模型分析覆岩应力、位移、裂隙的相互作用和影响,覆岩三场时空演化与工作面充填开采参数密切相关。最后不同矿井充填工作面的监测结果验证了充填开采覆岩三场时空演化规律,并针对不同采煤顶板条件的三下压煤区域提出原位采空区及时密实充填和中高位岩层空区注充方式的充填控顶对策和措施。研究结果为三下压煤充填开采工程实践提供参考。

基于P波模量的原位胶结充填体强度预测模型研究

原位胶结充填体质量评价通常采用单轴抗压强度作为表征指标,由于在现场工程中无法快速、准确获取充填体的强度值,因此需要建立一种参数易于获取且准确的原位胶结充填体强度预测模型。基于胶结充填体物理力学参数的内在联系,从量纲平衡的角度探索了胶结充填体单轴抗压强度与P波模量的关系。根据C矿和I矿两种原位胶结充填体的密度、P波速度及取芯强度的测试数据,采用线性拟合的方法获得了基于P波模量的原位胶结充填体强度预测模型。通过对C矿和I矿的强度预测模型拟合效果分析可知,P波模量与取芯强度呈正相关性,且拟合效果较好,证明原位胶结充填体强度预测模型精度高,具有很强的实用性。

采场充填料浆流动与离析规律的试验研究

为研究采场充填料浆流动规律及充填料浆离析分层对充填体强度的影响规律,开展了充填料浆流动相似模拟试验及采场原位充填体力学强度测试试验,研究结果表明:单点下料时充填料浆流动终态坡面趋向于正态分布。流动过程中充填料浆产生离析分层现象,主要表现为充填体物料的粒径沿料浆流动方向呈先增大后减小的趋势,充填体强度沿料浆流动方向呈先减小后增大再减小的倒转"S"形趋势。采场原位充填体强度在下料口附近与标准试块强度接近,在采场中间位置附近的充填体强度最小,在距离下料点采场长度7/10左右的位置充填体强度达到最大值。研究成果能够为充填采场下料管的数量及位置设计提供依据,从而保证充填体的整体质量。

草楼铁矿不同胶凝材料充填体强度评价

结合采矿设计资料、充填设计资料、充填记录台账、充填检测台账,以及多年的原位充填体取芯测试的充填体强度数据,分析了每个采场充填体强度质量情况。同时,结合数理统计的方法,分析了三种不同胶凝材料体系对充填体强度质量的影响。结果表明,采场充填体质量与胶凝材料质量息息相关,且呈正相关关系。为保证二步骤矿柱采场安全回采,应保证胶凝材料的质量,同时加强日常强度指标检测。