前言
按物料形态、输送方式、工艺原理划分,煤矸石井下充填主流方式可分为干式充填、膏体充填、浆体充填三大类,另衍生出集成化组合工艺,本文就各工艺适配场景、优缺点进行简要介绍。
1.干式(固体)充填
以原状/破碎煤矸石为骨料,不加水或仅少量洒水降尘,机械 / 风力输送至采空区,是应用最早的工艺。
1.1综采架后固体充填
工作面配套专用充填液压支架,采煤与充填分步作业,矸石经井下破碎、带式输送机运至架后,通过刮板/抛矸设备直接充填、夯实。
(1)适用:中厚/厚煤层、高产综采工作面、掘进矸石就地处置
(2)特点:系统简单、无胶凝材料、成本低;采充不同步,地表沉降控制一般
1.2掘进矸石巷采充填
巷道、掘进工作面产生的矸石,直接回填至废弃巷道、采空巷、联络巷。
(1)适用:矿井巷道修护、边角煤开采、小型矿井
(2)特点:零转运、就地消纳,工艺最简;充填密实度低
1.3风力充填
压缩空气输送细碎矸石,多用于狭小空间、薄煤层采空区。
特点:设备小巧;扬尘大、能耗高,目前应用逐步减少
2.膏体充填
煤矸石(骨料)+粉煤灰/炉渣等辅料 +胶凝材料(水泥为主) +水,搅拌成均质膏体,管道泵送输送,不分层、不泌水。
2.1全矸石膏体充填
煤矸石为主骨料,复配少量粉煤灰、水泥制备膏体。
(1)适用:三下压煤(村庄、铁路、水体)、地表沉降严控区域
(2)特点:密实度高、围岩控制效果最优;水泥用量大,综合成本偏高
2.2似膏体充填
胶凝材料掺量低于传统膏体,流动性介于膏体与浆体之间,兼顾成本与输送性能。
(1)适用:距离中等、对沉降控制要求适中的矿井
(2)特点:性价比优于纯膏体,是当下主流改良路线
3.浆体充填(水力充填/水砂充填,新一代主流)
矸石破碎后与矿井水/清水混合制成固液浆体,管道水力输送,多数配方不掺水泥,是近年推广最快的低成本技术。
3.1普通矸石浆体充填
仅破碎矸石 + 水制浆,无胶凝材料,采充可平行作业,不影响采煤进度。
(1)适用:大型现代化矿井、高产工作面、大规模矸石消纳
(2)特点:输送距离远、系统连续运行、投资与运营成本低;强度略低于膏体
3.2改性矸石浆体充填
少量添加脱硫灰、钢渣、矿渣等工业固废改性,提升充填体强度与稳定性。
(1)适用:地压较大、有防自燃 / 防渗需求的采区
(2)特点:以废治废,进一步降低辅料成本
(3)离层区注浆充填
细粒矸石浆体定向注入上覆岩层离层裂隙,重在控制地表变形,不回填采空区。
适用:地表保护要求高、采空区不便进入的工作面。
4.集成组合工艺(政策主推新模式)
4.1井下智能分选+采选充一体化
原煤在井下通过干选/水洗设备分离出煤与矸石,矸石直接就地充填,原煤升井。
定位:新建煤矿标准配置,彻底实现 “矸石不出井”
4.2采空区分层复合充填
下部用膏体/改性浆体做承压层,上部用干式矸石填充,组合优化成本与性能。
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