建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭,最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本,采用化学优化剂对镁渣进行源头改性,抑制镁渣冷却粉化,稳定水化活性,协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废,研发了改性镁−煤渣基胶凝材料。采用改性镁−煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求,设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验,优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示,井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%,钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求,成功回收了建筑物下压覆煤炭资源,社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴,同时为我国大型煤炭基地的“煤−电−化−冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。

短-长壁工作面充填无煤柱开采方法研究

为减少传统煤层开采中隔离煤柱损失,同时提高无煤柱开采沿空巷道的稳定性,提出短-长壁工作面充填无煤柱开采方法。首先,沿运输大巷间隔布置短壁工作面和长壁工作面,短壁工作面等效于传统长壁工作面间的隔离煤柱;然后,采用条带充填开采的方式先回采短壁工作面,根据短壁工作面宽度不同,回采条带可以平行或垂直于短壁工作面长度方向布置,充填条带渐次置换短壁工作面实体煤,并形成宽充填柱,隔离相邻长壁工作面,同时支撑顶板岩层;最后,短壁工作面回采完毕后,开切眼,形成长壁工作面,长壁工作面布置形式同常规综采一致。此项技术的关键是条带煤柱/充填柱稳定性,按梁式和板式断裂2种情况推导开采条带宽度理论计算式,由Wilson理论推导煤柱/充填带宽度理论计算式。可行性分析表明:优化采煤与充填工序组织,可以实现割煤与充填工序分离,保障安全生产与提高采充效率;相比于原位沿空充填留巷、巷帮预置充填带等无煤柱开采方法,短壁工作面采空条带两侧有实体煤或充填体,采空条带充填无须大规模架设挡板(墙),接顶质量高,施工安全风险小、效率高;短-长壁工作面间断充填无煤柱开采技术经济效益明显;同时采用充填法回采长壁工作面,可同步构建储库,储存天然气、封存CO_(2)、压缩空气储能、抽水蓄能等,增加煤炭开采的附加社会经济效益。