采空区注浆堵水材料性能分析及应用实践

工作面涌水的有效治理对于保证煤矿安全生产意义重大。以山西省A矿为试验矿井,研发了新的堵水材料并进行了工程应用。研究结果表明:新材料凝结时间最短可达45 s,随着水灰比的增加,抗压强度逐渐降低,最大值超过16 MPa,浆液泌水率小于5%;岩样的颗粒流失率最大为0.6%,最小为0.2%,材料抗分散性好,裂隙充填区域能够很好地胶结到一起;采空区注浆堵水后,实现了安全开采。

“双碳”目标下赋煤区新能源开发--未来煤矿转型升级新路径

“双碳”目标下我国能源结构正加速转型升级,以太阳能、风能、地热能等为代表的新能源正逐步替代传统煤、油、气等化石能源。推动煤炭和新能源优化组合是实现“双碳”目标提出的新要求,也是未来煤矿绿色低碳转型的重要路径。分析我国赋煤区能源分布特点,发现以煤为主的化石能源分布区域,往往也是太阳能、风能、热能等新能源富集区,适宜于在赋煤区大规模开发新能源。研究结果如下:(1)提出了赋煤区全生命周期能源开发理念,将赋煤区能源发展历程划分为煤炭、煤炭与新能源优化组合、新能源3个阶段,并搭建了赋煤区新能源开发总体架;(2)在太阳能开发方面,基于赋煤区与太阳能资源富集区的重叠关系对赋煤区太阳能理论储量与开发潜力进行评估,提出了分布式/集中式光伏发电、太阳能热利用和太阳能制氢等光化利用耦合的太阳能分级综合利用方案,实现太阳能多元高效转化与利用以及与煤炭资源的协同开采;(3)在地热能开发方面,基于赋煤区与地热能资源富集区的重叠关系对赋煤区地热能开发潜力进行评估,结合矿井地热形成机理、分布规律和矿井采掘情况,构建深部矿产资源与地热资源协同开发系统,形成包含矿井热水型、岩温型、混合型的矿井地热能分级开采与热用户梯级利用的综合应用方案,实现矿井地热化“害”为“利”的战略转移;(4)在风能开发方面,基于赋煤区与风能资源富集区的重叠关系对赋煤区风能开发潜力进行评估,提出赋煤区风力发电、风力提水、风力致热技术的应用途径,构建了井上井下设施电力供应、水循环动力、供暖自足以及并网发电的风能利用框架;(5)考虑到目前煤炭地下开采普遍以垮落法管理顶板,垮落空间无法有效用于地下储能,提出“储能库超前规划→功能性储能库构筑→储释能运行管控”的矿井采空区储能技术路径;(6)针对赋煤区多能互补综合能源系统(MCIES)复杂多变特征,建立了赋煤区能源生产、供给单元的异质能量流耦合模型,统一了MCIES内部不同能源集线器的数学表达式,提出了赋煤区MCIES能源管理与优化逻辑方法以及运营模式。旨在探讨煤炭和新能源的组合路径,论证赋煤区规模化开发新能源可行性,赋予赋煤区全生命周期能源供给的功能,形成集“矿—风—光—热—储”一体化的煤炭企业能源产业发展新模式。

新型凝胶阻化剂在采空区防灭火中的应用

盛泰煤矿15202工作面回采期间遇构造时,沿顶回采推进缓慢,采空区内遗煤量大、漏风量大,导致采空区内出现煤层自燃现象,严重制约工作面安全高效回采。分析工作面采空区CO浓度升高原因后,应用了新型凝胶阻化剂防灭火技术。实际应用效果表明,新型凝胶阻化剂具有吸热效果好、封堵性强以及吸水倍率高等优点,应用新型凝胶阻化剂对采空区进行防灭火取得了明显的防灭火效果。

我国煤矿充填开采技术现状及发展方向

煤矿充填开采作为绿色开采技术体系的重要组成部分,是提高资源回收率、减少环境破坏的最有效方式。通过对我国现有煤矿充填开采技术进行总结和分类,分析了其开采工艺、充填材料、充填成本及工业应用等方面的特点。结合目前我国实际情况及未来发展趋势,提出了我国煤矿充填开采的发展方向:应大力发展深井充填技术,提高煤矿深部开采资源回收率;高效利用采空区空间,布局煤炭地下产业;重点研发以淤泥、流沙、黄土、建筑垃圾及生活垃圾等作为主要充填材料的煤矿新型充填开采技术。

新型城镇化进程中资源枯竭型村镇生态植入研究

基于对资源型村镇环境现状的分析研究,引入并运用生态植入理论,进而从三个方面对资源型村镇进行生态改造,即村庄的搬迁和选址、城乡生态融合系统的建立以及运用地理信息系统(GIS)对采空区村镇进行生态监测。在此基础上,结合邯郸市峰峰矿区的生态改造方案,进一步阐述了生态植入理念对于新型城镇化背景下资源型村镇发展的重大意义。

老采空区新建建筑地基稳定性物理模拟研究

为探究采空区稳沉后新建建筑地基的稳定性,以金家庄煤矿为例开展物理模拟研究,模拟煤层开挖至地表稳沉的情形,在地表不同位置,以20 m为间距,选取5,10,15层的普通楼房为加载对象,探究加载后的覆岩和地表变形过程、地表下沉量、倾斜变形、曲率变形和水平变形规律,得出采空区新建建筑的选址准则和荷载标准。结果表明,采空区正上方加载产生的下沉量和影响范围均大于其他区域,属于整体下沉;在开切眼或终采线偏向采空区侧情况下加载产生明显的不均匀沉降,偏向煤柱侧加载产生较小的不均匀沉降;5—10层荷载标准时地表残余变形为渐变,10—15层荷载标准时为突变。

大采高综采沿空留巷巷旁充填支护技术

基于亨健煤矿大采高综采工作面区段运输平巷沿空留巷支护困难的现状,进行了大采高综采沿空留巷巷旁支护技术研究。选用袋装ZKD型新型高水速凝材料构筑巷旁充填体,研制了ZX28800/20/32型沿空留巷专用液压支架对充填体两侧顶板进行临时加强支护。结果表明:新型高水材料固化后充填体抗压强度比原高水材料平均提高40%～50%,凝固速度快,初凝时间8～20min,充填体承载和变形性能好,并可根据工程需要对材料强度和凝固时间进行调控,更适应于沿空留巷巷旁充填支护需要。沿空留巷专用支架移动方便,工作阻力达2 400 kN,可延缓充填体受力时间。采取这些措施提高了留巷的机械化程度,加快了留巷速度,改善了护巷效果。

新型凝胶防灭火技术

介绍了新型凝胶防灭火的原理、施工工艺及操作时的注意事项。实践证明应用新型凝胶防灭火新工艺效果良好 ,消灭了煤层发火的隐患 ,且工艺简单 。

公路下伏采空区泡沫轻质土新型注浆材料施工性能试验研究

对采空区注浆处治常用的水泥粉煤灰浆液进行发泡改性,制成泡沫轻质土新型注浆材料,通过室内试验研究其施工性能及其影响因素。结果表明:在同一固相比条件下,浆液流动度随着水固比的减小而减小。新材料流动性随泡沫溶液掺量的增加而减小;随着水固比的减小和泡沫溶液掺量的增加,新材料的分离率逐渐减小;在相同固相比情况下,泡沫轻质土凝结时间随着水固比(水灰比)的减小而相应地缩短。水固比(水灰比)对泡沫轻质土的凝结时间有显著影响;提出了满足施工要求的公路下伏采空区泡沫轻质土新型注浆材料的配比范围。

采空塌陷区立井井筒新型井壁结构设计

为实现高定位技改,某矿需要在采空塌陷区新建进、回风井筒,针对井筒支护的技术难题,通过研究分析,提出了适合采空塌陷区地层特性的新型井壁结构型式,并给出了相应的设计计算方法。

甘肃某铅锌矿尾砂胶结充填试验研究

甘肃某铅锌矿建矿已有30多年,矿山现有尾矿库即将达到服务年限,矿山在不建新尾矿库的情况下,为新产生的尾砂寻找经济合理、安全环保的处置方式。经过多年开采,井下已存在大量采空区,矿山拟采用全尾砂充填采空区的方式解决尾砂堆存问题,同时对采空区进行治理。在保证尾砂输送至采空区后能正常胶结的前提下,寻求最经济的灰砂比,本文分别以水泥和新型胶结材料作为胶凝材料进行试验,确定最优的尾砂浓度、灰砂比和胶凝材料。通过试验,在满足充填体正常胶结的情况下,选用新型胶结材料作为胶凝材料所需要的灰砂比更小,充填成本更低,从而为矿山提供更经济、安全的充填方案,为矿山解决尾矿处置找到了更经济、安全环保的方式。

综采工作面采空区自然发火防控技术的研究

云冈矿开采的侏罗纪煤层具有自燃倾向性,为了避免矿井采空区遗煤发生自燃,运用采空区喷洒阻化剂及采空区注氮措施进行防灭火,获得了良好的经济效益和安全效益,确保综采工作面安全生产。

采空区治理再生骨料浆液物理性能及长期强度特性研究

为解决部分地区采空区充填材料供应不足,以城市建筑固废为原材料,加工成再生骨料,代替部分粉煤灰制成新型充填浆液,测试其物理性能及不同养护条件下强度特性。结果表明:新型充填浆液凝结时间满足注浆要求,随着骨料比例的增加,浆液结石率呈减小趋势、流动度呈增加趋势;当水固比为1∶1.2,再生骨料代替粉煤灰比例在50%以下时,浆液结石率、流动度均良好,当代替比例大于70%时,浆液有离析现象;2组浆液结石体28 d抗压强度都远大于2MPa、90 d长期强度值最小为3.59 MPa、最大值可达7.93 MPa,纯水泥粉煤灰浆液结石体各龄期抗压强度大于其它添加再生骨料的组别;同配比时,结石体短期抗压强度值水下养护大于标准养护。水固比为1∶2和1∶3的高浓度浆液,物理性能良好,长期强度值最大可达15.94 MPa。结合研究结果,分析论述了不同采空条件下浆液配比的优选,并应用于实际采空区充填治理工程。

矿用新型水泥-粉煤灰基喷涂堵漏风材料性能研究

采空区自燃是煤炭开采中面临的重大灾害之一,不仅会浪费煤炭资源、造成大量经济损失,还会引发事故导致人员伤亡。为了减少氧气向采空区泄漏,常常沿采空区侧煤壁喷涂堵漏风材料,以封堵因采掘活动产生的煤壁裂隙。以水泥-粉煤灰为基体材料,用羟丙基甲基纤维素(HPMC)和磷酸三丁酯(TBP)共同改性制备新型喷涂堵漏风材料。通过析水率测试、保水率测试、力学性能测试和水泥基材料与煤界面接触角测试,得出了不同掺量的HPMC和TBP对涂层性能的影响。试验结果表明,当水固比为0.5、粉煤灰掺量为20%、HPMC掺量为0.2%、TBP掺量为0.08%时,材料综合性能最佳。浆液析水率低于5%,材料7d抗压强度和抗折强度可分别达到16.70MPa和5.02MPa,相比于纯水泥-粉煤灰材料提高了6.57%和2.87%,改性后浆液与煤的初始接触角降低了21.83°。最终,根据X射线衍射分析、傅里叶红外光谱分析和扫描电子显微镜分析,得出了外加剂对水泥水化机理及微观结构的影响。

长输管线下伏新采空区处治方案研究

【目的】新采空区建筑场地由于地表变形剧烈,对工程建设的影响严重,一直是矿区进行工程建设的难点,因此根据拟建工程的特点和采空区地质特征进行合理的处治设计成为制约工程建设的控制因素。【方法】本文在新采空区稳定性评价的基础上,对绕避新采空区、抗变形结构、离层注浆、全填充压力注浆等采空区处治方案进行比选。【结果】结合长输管线的结构特性,最终选用在合适的时机进行“局部注浆+可调节支座+长期监测”的综合处治措施。【结论】新采空区的综合处治措施达到了技术可行、经济合理的处治目标,可为类似新采空区的处治提供参考。

“双碳”背景下“三西”地区能源立体开发实现路径

在实现“双碳”目标的背景下,我国“三西”地区受特殊能源资源开发条件与生态环境所限,尽管为国家经济发展提供了强大的能源支撑,但也为我国自然环境的演变贡献了大量的煤炭采空区与二氧化碳。回顾了“三西”地区煤炭采空区形成的历史原因,分析了实施能源“立体开发模式”的必要性与有利条件,提出该地区煤炭开采业应当加快转变发展模式,在政府的组织协调下与土地承包户建立合作关系,创造条件,高效利用采空区煤炭、土地、太阳能等资源,推行能源“立体开发模式”,把地下煤炭绿色开采与地上采空区光伏发电场建设相结合,形成企业可持续发展、土地承包户致富、生态环境改善、国家受益的多赢局面。