《煤炭科学技术》“充填开采”研究领域 | 热文精选

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《煤炭科学技术》“充填开采”研究领域 | 热文精选

来源：煤炭科学技术

为了协助读者了充填开采研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部根据论文在中国知网的下载、引用等指标，整理了10篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“充填开采”研究领域最受关注论文，以飨读者。以刊期排序。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 48个
关键词; 64位
专家; 10篇
论文; 2614IP
点击量; 12795次
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基于顶板结构断裂特征的煤矿结构充填关键位置确定方法

作者(Author)：冯国瑞, 郭伟, 李竹, 戚庭野, 崔家庆, 崔业凯, 张志城, 蔡文浩

摘要：充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径，而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈。探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一。为解决上述问题，结合煤矿井下结构充填的学术思想，深入研究了顶板岩层断裂特征，明确了顶板岩层破断块体尺寸及铰接形态，识别了破断铰接块体主沉降区域，判定出结构充填的关键位置。结合关键位置确定方法，提出重点控制基本顶最大挠度位置，即板结构潜在张拉断裂位置(塑性铰发育位置)的“工字型”结构充填新方法。结合新阳矿岩层地质参数，借助FLAC3D数值模拟软件，深入分析了工作面采宽和推进方向上顶板岩层内应力、竖直沉降、塑性区分布规律，揭示了不同方案下充填体稳定性演变特征。结果表明：“工字型”充填在节省充填用量的基础上，较垮落式开采减少初采期直接顶沉降量33.47%，与全部充填仅相差2.3%。同时，关键位置充填体能有效应对顶板回转下沉引起的应力集中，保持自身稳定性，实现对顶板的长效支撑。综合分析得到了新阳矿首采工作面初采期“工字型”结构充填最佳充填方案为中部条带长度72 m，宽度7 m，两侧条带长度18 m，宽度6 m，较全部充填可减少充填材料成本33.86万元。该方案形成的密闭空间为1 980 m3，占总采出空间的44%，可用来储能或碳封存，助力实现零碳绿色开采，推动双碳目标的实现。

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煤炭科学技术

2024年第04期

143

76
煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

作者(Author)：杨科, 何淑欣, 何祥, 初茉, 周伟, 袁宁, 陈登红, 龚鹏, 张元春

摘要：我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设，标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用，造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭，煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷，已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤，延长矿井服务年限，实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量，详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置，列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径，对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径，突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源，提出绿色充填开采理论与关键技术，包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理，探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原理与方法，以解决矿区深部井下充填的技术难题。根据宁东基地任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿及淮北矿区地质条件和充填目的，分别提出超前钻孔注充低位充填方案、关键层非典型特征条件下多离层梯级注浆方案和煤基固废协同利用关键技术，综合矿山固废处置与利用、深部煤炭资源开发利用、地表沉陷控制、生态环境保护等优势，形成煤电化基地大宗固废协同利用与绿色开采模式，为煤炭开采高质量化和环境低损伤化提供参考。

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煤炭科学技术

2024年第04期

118

49
煤矸石浆体充填技术应用与展望

作者(Author)：朱磊, 古文哲, 袁超峰, 刘成勇, 潘浩, 宋天奇, 盛奉天

摘要：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。

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煤炭科学技术

2024年第04期

300

88
煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

作者(Author)：梁卫国, 郭凤岐, 于永军, 张泽寒, 闫俊才

摘要：传统井下煤矸石需运输至地面处理，不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染，而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井，从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗，实现煤炭的绿色低碳智能开采，回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展，并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势，提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法，详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理，以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石，预防煤岩动力灾害，提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统，并探讨了各子系统间的新环逻辑关系，以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石，提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统，并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井，并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

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煤炭科学技术

2024年第04期

151

68
水泥–粉煤灰基矸石胶结充填体破坏特征及强度形成机制

作者(Author)：李晓磊, 杜献杰, 冯国瑞, 巨峰, 王建伟, 刘文昊, 郑远翔

摘要：在煤矿结构充填开采中，不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同，拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度，对不同粉煤灰占比(0～90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验，探明矸石胶结充填体的强度调控范围，结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析，结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度，并根据煤矸石的强度与水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明：矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少，实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围：1.77 ～30.04 MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同，材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加，在破坏形态方面，矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0～50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%～80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变，对应的强度范围分别为20.8 ～30.04 MPa,5.63～12.35 MPa和1.77 MPa；在脆延性破坏模式方面，试样由脆–延性破坏(0～40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%～90%粉煤灰占比)，对应的强度范围分别为24.64 ～30.04 MPa和1.77 ～20.8 MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43 ～55.5 MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43 MPa)共同决定。水泥–粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大，煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。

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煤炭科学技术

2024年第05期

151

46
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

作者(Author)：刘浪, 罗屹骁, 朱梦博, 苏臣, 吴涛涛, 王建友, 杭彦龙

摘要：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。

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煤炭科学技术

2024年第04期

161

31
采动覆岩离层注浆地表沉陷“四区”控制模型及应用

作者(Author)：韩磊, 杨科, 王天君, 于祥, 裴春敏, 许起, 何祥

摘要：覆岩离层注浆技术已被证实是一种能够满足矿井无损开采与固废减排的新方法。为了有效控制采动引起的地面构筑物沉降，以关键层理论为基础对离层注浆开采全过程进行稳态分析。首次提出了采动覆岩离层注浆地表沉陷“四区”控制模型，分别为常规区、过渡区、注浆区和控制区，并推导出“四区”范围的计算公式。以3501工作面控制地面焦化厂沉降为工程背景，结合相似模拟与现场实测的沉陷观测数据对提出的“四区”模型进行验证，结果表明：相似模拟离层注浆地表沉陷曲线呈不规则的“V”字形，工作面地表下沉量先快速增大，到达最大下沉点后，地表下沉量先快速减小，随后减小速率逐渐变缓，沉陷曲线表现出明显的“四区”分布，最大下沉量为1 589 mm，出现在常规区与过渡区的接触边界，过渡区与注浆区接触边界下沉量为497.94 mm，控制区内基本无下沉；基于概率积分法预测的注浆条件下采动引起的地表下沉量、水平变形、倾斜和曲率与现场实测结果相符，但明显小于未注浆条件下的预测值，确定了注浆条件下地表变形满足构筑物 Ⅰ 级损坏等级的要求；结合矿井的实际工程地质及实际观测数据，得到常规区范围为261.19 m，过渡区范围为246.09 m，注浆区范围为655.25 m，控制区范围为199.53 m。提出的“四区”控制模型为研究离层注浆开采沉陷问题提供了基础理论依据。

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煤炭科学技术

2023年第08期

191

107
采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

作者(Author)：朱磊, 古文哲, 宋天奇, 潘浩, 刘治成, 张鹏, 何志伟

摘要：煤矸石浆体充填是一种低干扰条件下矸石无害化规模处置的重要技术手段，是实现煤炭绿色开采的重要途径之一，符合国家绿色发展理念。但针对浆体充填材料制备缓存、浆体长距离输送及采空区充填处置等方面的研究仍不完善，部分问题的研究尚属空白，严重制约浆体充填技术在煤矸石固废处置领域的发展。通过近年来研究，煤矸石浆体充填在基础理论及关键技术均取得了大量的成果。文章系统性地梳理了多种煤矸石充填固废处置技术及其发展历程，总结了其适用性及优缺点，阐述了浆体充填诞生的技术背景及科学内涵，明确了浆体充填关键技术与工艺原理。从大规模推广应用角度出发，总结了浆体材料精准制备与流变特性、矸石浆体长距离管输特征、采空区空隙空间浆体介入规律3 项关键科学问题，围绕以上关键科学问题，重点开展了精准制浆技术、管道输送技术、浆体多位充填技术等方面的研究。分析了多因素耦合条件矸石浆体流变特性，揭示了矸石浆体成浆机理，构建了矸石浆体精准制备模型，提出了矸石浆体管道输送关键参数确定方法，总结了高位、低位、邻位3 种形式的浆体流动扩散规律，进而指导浆体充填工程实践。在以上研究基础上，分析了浆体充填技术当前研究的不足及未来研究的重点难度，并对“双碳”背景下煤矸石浆体充填技术的发展趋势进行了展望，认为以下3 个方向是今后研究的重点：①矿化CO2 制备负碳浆体技术；②基于MICP 技术的浆体重构岩层技术；③浆体置换难采煤体流态化开采技术。

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煤炭科学技术

2023年第02期

320

380