选煤厂矸石浆体充填地面工艺系统设计研究

为了解决选煤厂矸石外排、露天堆放等处理方式带来的环境污染和地质灾害问题,结合矿井客观生产条件,采用矸石井下注浆充填技术,对选煤厂矸石浆体充填方案进行了工程设计研究。结果表明:采用邻位注浆浆体充填法将选煤厂矸石用于井下工作面废弃巷道和煤柱回填区域专用充填巷道的充填,可实现矸石零排放,使矿井选煤厂的生产满足绿色环保的要求,工业可实施性强,为煤矸石综合利用的地面工艺系统设计起到引领作用。

垮落带矸石浆体填充管道压力试验研究

以龙王沟煤矿为研究对象,针对该煤矿的绿色化排矸需求,采用垮落带矸石浆体充填技术,将地表一定浓度的矸石浆体输送至矿井垮落带,实现煤矸石资源再利用。为确保该技术可行性及充填参数的有据可依,在该矿地面铺设管道,研究不同类型浆体在管道中的压力与流速配置关系。研究结果表明,按照浆体浓度小→大→小的顺序输送浆体,受浆体浓度等的影响,泵头压力呈上升稳定再下降稳定的变化趋势,矸石浆体输送浓度大时,泵头压力大,管道监测压力也大;随着输送距离的增加,管道压力呈先增大后减小的趋势;管道监测点的压力与泵头压力变化基本一致,管道出口压力比较稳定,压力衰减较小;浆体浓度和粒度与输送速度配置良好,管网长距离输送稳定。

垮落带矸石浆体充填模拟试验研究

针对大海则千万吨矿井的绿色化低干扰排矸需求,提出了垮落带矸石浆体充填技术,以期在不影响矿井正常生产的前提下,实现煤矸石的安全、高效、绿色化处置。为确保该技术的可行及充填参数的有据可依,遂在大海则煤矿地面矸石山建立垮落带矸石堆积模型,研究2种质量分数矸石浆体在采空区垮落岩块间空隙内的流动扩散规律。研究结果表明:(1)矸石浆体在采空区垮落岩块空隙内的流动共分为3个时期,分别为淌流期、涌流期和渗流期,且3个时期相互关联,密不可分。(2)随着矸石浆体充填量的增加,动流坡度呈先减小而后增大的趋势,最终呈阶梯型分布,当浆体充填量达到176 m时,71.8%的矸石浆体第1阶梯动流坡度为7.5%,第2阶梯动流坡度为1.8%,75.3%的矸石浆体第1阶梯动流坡度为7.8%,第2阶梯动流坡度为2.1%。(3)矸石浆体在垮落带内流动具有阶段选择性,涌出点涌出的浆体先以淌流方式沿动流坡度在第1阶梯内流动,而后第1阶梯内的浆体再以渗流方式沿倾向方向向第2阶梯内流动,当浆体质量分数为75.3%时,浆体进入岩块间空隙的最小宽度约为10 mm,当浆体质量分数为71.8%时,浆体进入岩块间空隙的最小宽度约为7 mm,在第2阶梯内浆体如树枝分叉状依次充填岩块间的空腔及空隙,并在倾向边界和走向边界处形成浆体堆积点,其第1阶梯向第2阶梯渗流的浆体可达浆体总量的37.8%以上。(4)模型1和模型2内的浆体垂高分布特征基本一致,浆体垂高随着远离低位灌浆管出口整体上呈下降的趋势,浆体最大垂高2.11 m(1.77 m),位于倾向断面6.5 m(6.3 m)的第1阶梯内,与低位灌浆管出口的水平距离为0.5 m(0.3 m);浆体最小垂高0.797 m(0.669 m),位于倾向断面29.2 m(29.0 m)的第2阶梯中部,与低位灌浆管出口的水平距离为25.595 m(25.364 m)。(5)沿着矸石浆体的流动方向,矸石浆体中粗颗粒的占比呈降低的趋势,细颗粒的占比呈上升的趋势,矸石浆体的质量分数呈下降的趋势。模拟试验表明,采用矸石浆体低位灌浆充填,可以实现煤矸石的采空区排放,其充填规模与垮落岩块块度、矸石浆体浓度和矸石粒度组成有关。

基于响应面法的煤矸石充填料浆流变特性实验研究

为了使煤矸石料浆满足管道输送的工艺要求,需研究其流动性。采用榆林袁大滩矿煤矸石制备成不同质量分数料浆开展流变特性实验,利用Box-Behnken Design设计试验并用响应面法分析煤矸石固料质量分数、颗粒级配和静置时间三个因素对煤矸石充填料浆流变特性指标的影响。实验分析得到的最优煤矸石浆体配合比为:固料质量分数72%,颗粒级配为4.75~1.18 mm粒级占30%,1.18~0.425 mm粒级占40%,0.425~0.075 mm粒级占10%,小于0.075 mm粒级占20%。该料浆的屈服剪切应力范围为103.02~131.645 Pa,塑性黏度的范围为0.54~0.64 Pa·s,且此配合比随着静置时间的增加固料沉降量增加较小,是较为合理的煤矸石浆体料浆配比。

综放开采矸石注浆充填技术的研究与应用

阐述了鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司龙王沟煤矿特厚煤层放顶煤开采条件下冒落带矸石注浆充填技术的研究及其工程应用。对大颗粒矸石浆体材料流变特性进行了试验测定和分析,选定低于3 mm的大颗粒矸石为主要原料,加水制成浓度为55%~60%的矸石浆体;研究了特厚煤层综放开采采空区的空间规律,运用高压泵送技术将浆体注入井下空间进行充填,具有系统独立、充采平行、安全高效等优势。工程应用表明,该充填技术工艺妥善解决了传统矸石回填处理能力低、影响生产的问题,可为特厚煤层综放开采工艺的矸石处置提供参考。

矸石注浆充填体控制地表沉陷可行性试验研究

为研究矸石注浆充填体控制地表沉陷的可行性,以内蒙古某矿特殊地质条件为基础,采用室内试验、数值模拟等手段进行研究。结果表明:28 d后矸石注浆充填体达到最大单轴抗压强度4. 56 MPa;通过摩尔-库伦准则计算出矸石注浆充填体在围压1 MPa、3 MPa和5 MPa情况下的强度分别为8. 6 MPa、15. 8MPa和25. 4 MPa,满足该矿地质条件下的强度要求;通过FLAC3D数值模拟结果可知,矸石注浆充填后顶板下沉量最大为104. 36 mm,顶板下沉量较小,且充填区域覆岩应力为11 MPa,小于矸石注浆充填体围压条件下的极限强度。