我国地下开山目前的实际情况是采空区灾害发生频繁,因事故人数和国外同类相比相对较高,安全生产形势相当严峻,危及到人民群众的生命安全,对生态环境造成了严重破坏,给国家造成了巨大的经济损失,制约了我国矿山企业的可持续发展。当开采完成形成采空区后,在上覆压力和地下水等因素的作用下,该煤柱和开采区两侧的煤层软化,失去强度,导致上覆岩体塌陷、冒落,形成滑坡。地下采空区对工程的危害是显著和累积叠加的,主要体现在二个方面:一是采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移,造成地表沉陷、开裂和塌陷,破坏地面环境和影响露天作业,更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波造成的人员和设备破坏;另一方面在矿山开采过程中,采空区围岩受爆震动影响导致岩体裂隙发育,甚至贯通地表或连通老窑积水,发生突水事故,淹没坑道和工作面,造成巨大经济损失。矿体开采后,采场的原始应力状态被破坏,从而致使应力重新分布,时常导致矿柱失稳破坏。这种矿体开采后,当矿体承受的应力超过自身强度时,发生的不连续的发散突变,即矿柱失稳破坏的现象。
围绕生态文明建设和能源行业可持续发展,大力推进科技创新。一是承担国家充填采煤技术、充填材料及装备领域的重大科学与研究课题,以“创新、产业化”方针为指导,提高自主创新能力、集成创新能力和消化吸收后再创新能力,建设的工程化实验条件,建立科技成果产业化的工程化验证环境;二是培养工程技术人才,建设一支具有国际水平的充填采煤工程技术领域的创新团队;三是研究制定充填采煤的技术标准、规范。主要研究五个方向:充填采煤岩层移动控制理论研究;综合机械化充填采煤关键技术研究;效率、绿色环保充填材料研究;煤矿充填采煤技术工艺研究;充填采煤装备设计研究。
各种充填法中,如矿块划分为矿房和矿柱,回采时要一并考虑矿房采完后矿柱的回采。在充满干式或水砂充填料的矿房中回柱时,松散的充填料可能涌入回采空间,故多用崩落法。如矿房回采时已构筑隔墙,矿柱可用上向或下向分层充填法回采。前者用于回采支承压力不大的矿柱,后者在围岩不允许崩落或用上向分层充填法不安全时采用;但均须待矿房内的充填料压实后(一般需六个月以上)进行。
矿山充填有其特殊要求。即要求材料的流动性好、便于输送和充填,又要求料浆不离析、泌水量小、凝固时间短、早期强度高,还要求主动接顶能力强、充实率高。矿山充填因地取材、废物利用、充分利用本矿资源。为企业发展提供广阔空间,同时减少对资源造成不必要的浪费,给企业制造了极大地生产效益。胶固粉的成功运用,充分说明新技术、新工艺、新材料,可以降低生产成本,提高工程质量,满足生产要求。要求浆料不离析、泌水量小、凝固时间短、早期强度高,还要求主动接顶能力强、充实率高。矿山充填因地取材、废物利用、充分利用本矿资源。
充填材料组分主要有集料、胶凝料和水,以及改善充填料性能的辅料。充填材料的物理力学性质和化学性质对于充填材料的制备、输送和所形成的充填体的物理力学性质和化学性质具有重要影响。对充填体的物理力学性质和化学性质的主要要求是:(1)能迅速具有一定强度,而且沉缩率小,以便有效地支撑周围矿岩;当侧面出现采空区时充填体不向采空区大量片落,并允许在充填体表面进行回采作业。(2)不产生污染环境或引起发热甚至发火的物质。按充填材料有无胶凝成分和是否以水为输送介质等,充填材料可分为干式充填材料、水砂充填材料和胶结充填材料三种。
充填系统原理编辑按固体材料的粒度,将胶结充填系统分为水泥砂浆胶结充填系统和混凝土胶结充填系统。前一个系统所用的固体材料为水泥和细砂或尾砂。后一个系统所用的固体材料为水泥、砂和碎石。水泥砂浆胶结充填系统系统中的砂仓和浆体制备站一般集中布置在地面(图1)。将采集和加工好的尾砂或细砂用水力输送到湿式砂仓中,也可以用车辆或带式输送机输送到干式砂仓中。立式湿式砂仓用重力或用高压水喷嘴搅拌放砂到搅拌筒中,卧式湿式砂仓用电耙和螺旋输送机向搅拌筒中送料,干式砂仓用给料机向搅拌筒中供料。
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