[00799059]煤矿采空区绿色高效膏体充填治理关键技术

该项目属于矿山特殊开采技术研发与应用技术领域。 该项目针对目前煤矿开采带来的环境及生态问题，重点从膏体充填综采回收煤炭资源的理论研究、新型膏体充填材料的研发、膏体充填材料的安全输送、膏体充填液压支架与采煤方法等方面着手创新研发相关核心技术和关键设备，形成了煤矿绿色环保膏体充填开采成套技术体系。其主要创新技术内容包括： (1)基于弹塑性理论和矿压理论，构建了条带煤柱资源二次回收的力学模型，探究了遗留资源膏体充填的开采性，揭示了二次回收时覆岩结构的滑落失稳类型，确定了不同煤柱宽度膏体充填开采时所需的充填体强度；通过物理和数值模拟分析了膏体充填二次采动时覆岩移动变形特征和动态演化特征及其效应，揭示了覆岩“活化”机理，给出了活化系数。 (2)研发充填物料破碎系统和新型膏体充填外加剂-贝福剂，开发了采用双级无底筛破碎物料的加工工艺系统，确保物料中含有适量小于0.08mm的细颗粒，具有滚珠效应、改善流动性、微集料的功能；同具有早强、速凝廉价特征的贝福剂掺和使用，替代了充填材料中的粉煤灰，使充填材料费由115元/t降到了65元/t，同时提高了充填体稳定性和强度。 (3)研发了小倍线膏体物料安全管输控制技术与装备。为了解决矿井充填倍线过小(小于1)的问题，通过增加管路长度和改变管径等方法，解决充填倍线过小容易引起的堵管、破管等问题，保证了膏体充填系统的稳定性。 (4)研发了膏体充填液压支架。研制了ZC5600/20/38GT型膏体充填液压支架，该支架主要创新点是把尾梁和隔离板结合一起，具有充填防漏功能，配以辅助措施，解决充填区的隔离效率低问题，同时起到管理顶板、隔离围岩、保护充填空间的作用。 达到的技术经济指标；(1)膏体充填单面生产能力45万t/a；(2)研发的膏体充填液压支架最大采高3.8m，满足充填面采煤与安全隔离的需要；(3)吨煤增加成本约65元/t；(4)充填前顶板下沉量控制为85mm左右，采空区充实率平均达到95.3%；(5)地表最大下沉值为160 mm，地表下沉系数为0.07，受护对象损坏等级可控制在I级范围内。 项目开发成功，解决了集团公司岱庄、许厂煤矿“三下”压煤和永久煤柱开采的技术难题，截止2017年5月底，淄矿集团岱庄、许厂已完成充填治理采空区338万m³，回收煤炭资源460万t，消耗矸石390万t，经济和社会效益十分显著。 该项目成果具有通用性与可移植性，已在山东能源淄矿集团、峰峰集团、焦煤集团，鹤煤集团、沈阳焦煤股份有限公司、乌海市天裕工贸有限公司等矿井进行了应用。该技术的开发成功和推广应用，对提高煤炭采出率、推动“三下”压煤安全开采和保护生态环境具有重要意义，对促进中国煤炭绿色开采技术进步、社会和谐及环境建设具有重要的推动作用，社会、环境效益巨大。 项目已获得国家发明专利9件，授权5项，实用新型专利27项，软件著作权1件，制定地方标准1项，制定能源行业标准2项，发表论文12篇，SCI或EI检索3篇，出版专著1部。