煤矸石浆体充填技术应用与展望

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术,形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式,建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论,成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程;阐述了煤矸石浆体充填技术体系,围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程,探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题,分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景;以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景,创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置,年充填矸石量可达55.4万t,形成了煤矸石浆体充填工程示范,实现了矿井矸石零排放和绿色处置,树立了良好的地区示范效应;未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展,为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

煤矸石分级分质加工与利用的研究

对煤矸石的分级分质加工利用是解决其大宗利用的有效方法之一,在前人对煤和矸石选择性破碎研究的基础上,以山西焦煤集团屯兰煤矸石为研究对象,重点对煤矸石分级分质利用进行研究,尤其是对煤矸石破碎后煤与石的分布规律进行系统研究。研究发现,煤矸石破碎后煤向细粒级富集,而石向粗粒级富集。屯兰煤矸石经过鄂式和锤式多重破碎和筛分分级后,每次破碎结果均呈现出粒度越小灰分越低发热量越高、粒度越大灰分越高发热量越低的分布规律。煤矸石的选择性破碎优先在煤矸石层理面与节理面发生,屯兰煤矸石通过选择性破碎,一次性破碎分级分质能获得高位热值为7.06~13.22 kJ/g的矸石电厂燃料,而多重破碎具有显著的分级分质效果,能分出高位热值为7.13~7.71 kJ/g的矸石电厂燃料,同时能制备出灰分高达83%以上、产率36%左右、压碎值低于30%的砂石骨料,对于煤矸石建材化的大宗利用和解决屯兰煤矸石的排放具有重要意义。