“矿山充填开采理论、方法及技术”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“矿山充填开采理论、方法及技术”专题

矿山固废和采场矿压与地表沉陷控制是资源开采中面临的共性问题,在深部开采中尤为突出,严重制约着我国绿色矿山建设和绿色化开采。

矿山充填开采技术是实现矿业低碳绿色开发的重要途径，其不仅可以实现最大限度的回采矿产资源，而且可以实现矿山固废的环保处置。为便于大家了解“矿山充填开采理论、方法及技术”领域的最新科技成果，小编整理了近几年《煤炭学报》在该领域已刊发的论文，一起来看看吧！

行业视野: 环境保护
类别; 88个
关键词; 90位
专家; 22篇
论文; 17866IP
点击量; 21219次
下载量

深部充填矿井的矿床-地热协同开采方法探索

作者(Author)：张波, 薛攀源, 刘浪, 郇超, 王美, 赵玉娇, 秦学斌, 杨奇星

摘要：为了降低深部矿井充填成本，缓解热害，实现深部矿床和地热能的经济有效开发，提出了一种基于深部充填矿井的矿床-地热协同开采方法。该方法基于矿山功能性充填的学术理念，将矿井充填、热害治理与地热开采3者结合起来，利用埋管采热技术变矿井热害为地热能商品以冲抵充填成本和降温成本。构建出矿床-地热协同开采的总体方案和协同体系，提出矿床与地热开采、采场降温与地热开采以及充填体养护与地热开采3种基本协同模式，实现在治理矿井热害或开采深部矿床的过程中同步开采地热能。以上向分层充填方法为例，从时间、空间、环境和工艺4个维度阐述了矿床开采、空区充填、地热开采3个子系统之间的基本协同原理和机制，充分发挥其在不同阶段的协同增效作用，提高开采效率，降低开采成本。在理论模型方面，构建了充填体埋管换热三维数值模型和地热资源评价模型，给出采热阶段和热恢复阶段的关键控制方程以及地热资源评价指标。利用建立的模型估算了充填矿井地热能潜在利用价值，结果表明围岩温度为45 ℃时，尺寸为3 000 m×20 m×105 m的充填采场能够每年以257.8~377.2 kW的功率为热泵系统连续提供热能(15.0~17.5 ℃) 5.6个月，总计1.2 GW·h，确保热泵系统在寒冷冬季高效稳定地产出50 ℃热水，实现4 600~6 855 m2办公楼的冬季供暖。矿床-地热协同开采技术在深部充填矿井的应用实现了深部矿床开采、空区治理、固废处置与可再生地热能开发的有机融合。

免费下载

煤炭学报

2021年第09期

793

652
关键柱柱旁充填岩层控制基础理论

作者(Author)：白锦文, 崔博强, 戚庭野, 朱卫兵, 王凯, 史旭东, 毋皓田, 康立勋

摘要：采空区遗留煤柱群链式失稳表现出明显的联动致灾效应。运用遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论，本文提出了关键柱柱旁充填岩层控制的技术方法，揭示了关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理，确定了柱旁充填体材料、强度、宽度和形态等技术参数，评价了关键柱柱旁充填岩层控制的效果，并对其潜在的应用范围与领域进行了展望。结果表明：(1)关键柱柱旁充填岩层控制技术方法通过在采空区煤柱群体系的关键柱旁边实施柱旁双侧全部充填、柱旁双侧部分充填、柱旁单侧全部充填或柱旁单侧部分充填等工艺，使采空区中形成的柱旁充填体不仅能对关键柱起到侧护作用，还能形成“关键柱-柱旁充填体”的协同承载结构体，进而实现采场岩层移动的有效控制，并保障煤炭资源的安全高效绿色开采。(2)关键柱柱旁充填岩层控制的核心机理主要体现在四个方面：①关键柱与柱旁充填体的耦合承载；②柱旁充填体对关键柱产生侧向约束；③关键柱的受力状态转变为应力强化；④减弱了关键柱强度的长度劣化。(3)关键柱柱旁充填体的材料以返井固废充填材料和原位固废充填材料为主，柱旁充填体的极限抗压强度应大于或等于其分担的载荷，柱旁充填后“遗留煤柱-柱旁充填体”耦合承载体中屈服区的宽度不能扩展与延伸至“关键柱”的原始弹性核区内，柱旁充填体的形态主要包括矩式、梯式、台阶式和多级梯式四大类。(4)柱旁充填后关键柱的应力集中程度会降低，其两侧塑性核区的宽度减小，且中央区域弹性核区的宽度增大；“关键柱-柱旁充填体”的应力分布与塑性区分布特征表明关键柱柱旁充填岩层控制的效果良好。(5)关键柱柱旁岩层控制基础理论不仅可以用于采空区遗留煤柱群链式失稳的防控，还能应用于优质遗留煤炭资源复采和地下空间维护与利用等技术领域，更能推广于非煤矿山资源开采技术领域。关键柱柱旁充填岩层控制基础理论的提出可以促进我国煤炭资源绿色开采理论与技术的发展。

免费下载

煤炭学报

2021年第02期

相关视频

1478

989
考虑应力水平和损伤的胶结充填体蠕变特性及本构模型

作者(Author)：程爱平, 戴顺意, 舒鹏飞, 付子祥, 黄诗冰, 叶祖洋

摘要：充填采矿法中胶结充填体处于长期荷载环境，其蠕变特性会对矿山安全开采产生重要影响。基于此，制作胶结充填体的标准圆柱体试样，采用WDW-100 kN型微机控制电子万能试验机加载系统和DS2系列全信息声发射监测系统，进行了单轴压缩、分级蠕变和声发射监测试验，获取了胶结充填体蠕变变形及振铃计数、能量和振幅等声发射特征参数。根据试验结果，探讨了不同应力水平下胶结充填体蠕变变形特征和声发射特征;对比单轴压缩试验，从宏细观角度揭示了胶结充填体蠕变破坏特征;考虑应力水平和损伤的影响，引入损伤变量、新的二次黏性元件和开关元件，构建了能表征不同应力水平下胶结充填体蠕变变形规律的改进Burgers模型，并通过试验结果进行验证。研究结果表明:① 不同应力水平下，胶结充填体的蠕变3阶段变形特征差异显著，据此将荷载应力大小分为减速、等速和加速3类应力水平;② 不同应力水平下，胶结充填体声发射特征与各阶段蠕变变形特征变化规律较一致:减速蠕变阶段内，声发射事件较活跃;稳定蠕变阶段内，声发射活动较少;加速蠕变阶段内，声发射事件最活跃;③ 对比单轴压缩破坏，胶结充填体蠕变破坏程度较为平缓，主裂纹沿扩展方向发生明显偏转，完整性较好，以结构性失稳破坏为主;④ 构建的改进Burgers蠕变模型能与各应力水平试验数据均有较高吻合度，较好的表征了不同应力水平下的胶结充填体蠕变变形规律。

免费下载

煤炭学报

2021年第02期

927

554
矿山载/蓄冷功能性充填基础理论

作者(Author)：王美, 刘浪, 张波, 张小艳, 郇超, 赵玉娇, 屠冰冰

摘要：深井热害是矿产资源开采面临的重大问题，为改善矿井降温效果、提高冷量利用效率，提出了一种结合深井降温需求与充填采矿特点的载/蓄冷功能性充填降温方法，与传统矿井降温方式相比，该方法省去了井下空气调节末端装置和载冷介质输送系统，并营造出采场整体低温环境，其经济和安全效益明显。制定了载/蓄冷功能性充填的总体实施方案，包括材料制备、充填料浆输运、充填体相变降温、充填体固结强化4个阶段。材料制备与配方优化方面提出了以料浆的流动特性，充填体的传热特性，充填体的力学强度特性为三大约束条件的优化目标;在充填体相变降温方面建立了基于焓法模型、多孔介质模型和水化放热模型的载/蓄冷相变充填体瞬态相变传热模型，并以实验验证了该相变传热模型的准确性，应用该模型计算了井下条件中载/蓄冷相变充填体相变过程中的温度和液相率随时间变化的分布特征，对比初始液相率和料浆浓度2个影响因素，计算分析得出影响降温的主要因素为初始液相率;在充填料浆输运方面，实验表明随着初始液相率减小,含冰量增加，屈服应力与塑性黏性系数均增加，采用宾汉模型以及实验测试出的屈服应力与塑性黏性系数，得出了预测工程实际中管道输运剪切应力特性的计算公式;在充填体强度方面，实验表明抗压强度与含冰量之间的关系呈现出阶段性特征，随初始液相率从100%降低到临界值，强度逐渐增加，当初始液相率低于临界值，强度随初始液相率降低而降低，对不同阶段的特征分析了各阶段占优的影响因素及影响机制。

免费下载

煤炭学报

2020年第04期

1001

445
我国煤矿充填开采应用现状与发展

作者(Author)：刘建功, 李新旺, 何团

摘要：为全面了解煤矿充填开采可行性，国家煤监局组织对我国充填开采技术应用现状进行系统调研，获取了我国不同区域、不同井型煤矿各种方法充填开采的详细资料。充填矿井生产实践表明:实施充填开采，消除了矸石山对生态环境的污染，有效遏制了地表沉陷，保护地表和地下水资源，避免了地面基础设施和建筑物损毁和村庄搬迁，减少了井下采空区涌水、降低采空区瓦斯积聚、浮煤自燃等事故发生可能性，取得良好的生态和社会效益。调研发现，我国仍有很多矿井面临生态环境破坏问题，有的可以通过充填开采予以解决，但真正选择通过充填开采解决实际问题和坚持长期充填开采的煤矿占比很小，通过深度调研了解了充填开采实施过程中存在的问题，分析了充填开采初期建设投资大、周期长、充填成本高、充填物料短缺、充填能力没有很好的发挥和缺乏政策激励等制约我国充填开采发展的主要因素。利用调研结果，探讨了区域经济、地质、生态、资源禀赋、产业特点、产业政策对充填开采的需求程度，以及不同地区、不同井型矿山对充填开采方式的优先选择原则，并对充填材料来源和充填重点区域进行了分析，研究了我国充填开采技术与装备的发展前景，提出了利用精准充填建设全过程生态矿山和井下“采选充留”技术路线。

免费下载

煤炭学报

2020年第01期

2144

1519
煤矿矸石井下分选协同原位充填开采方法

作者(Author)：张吉雄, 巨峰, 李猛, 周楠, 张强

摘要：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。

免费下载

煤炭学报

2020年第01期

1629

1029