如何进行煤炭资源绿色开采.ppt

煤炭资源绿色开采煤炭资源绿色开采关注聚煤网微信关注聚煤网微信jcoalwxjcoalwx，尽享，尽享VIPVIP权限权限提 纲：现状、目的意义现状、目的意义 膏体充填膏体充填 膏体充填不迁村采煤技术发展方向膏体充填不迁村采煤技术发展方向 膏体充填不迁村采煤技术经济环境效益膏体充填不迁村采煤技术经济环境效益1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.1 1.1 1.1 1.1 现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害 普遍采用顶板全部垮落法普遍采用顶板全部垮落法 岩层移动、地表沉陷、岩层移动、地表沉陷、农田、建筑设施损坏农田、建筑设施损坏 全国因煤炭开采引起塌陷地全国因煤炭开采引起塌陷地4343万公顷万公顷 全国平均每采万全国平均每采万t t煤塌陷土地煤塌陷土地0.20.2公顷公顷 每年新增塌陷地约每年新增塌陷地约2 2万公顷万公顷 兖州：土地赔偿费兖州：土地赔偿费60006000多万元多万元/年，近年，近1010年付年付 出出2020多亿元。多亿元。全国建筑物、水体、铁路下（三下）压煤全国建筑物、水体、铁路下（三下）压煤100100亿亿t t 其中其中:(1)(1)兖州兖州:村庄村庄172172个个,压煤压煤5.25.2亿亿t,t,占可采储量占可采储量41.2%.41.2%.(2)(2)新汶新汶:村庄压煤村庄压煤2.52.5亿亿t,t,占总储量占总储量64%.64%.(3)(3)徐州徐州:村庄等建下压煤村庄等建下压煤5.05.0亿亿t,t,占可采储量占可采储量63.7%.63.7%.(4)(4)峰峰峰峰:村庄村庄7373个个,压煤压煤1.01.0亿亿t.t.(5)(5)许厂许厂:首采区建下等压煤面积达首采区建下等压煤面积达68.7%.68.7%.1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.1 1.1 1.1 1.1 现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害 生产规模不断扩大生产规模不断扩大生产规模不断扩大生产规模不断扩大,压煤无法开采，矿井面临过早压煤无法开采，矿井面临过早压煤无法开采，矿井面临过早压煤无法开采，矿井面临过早报废报废报废报废 （根据兖州矿业集团（根据兖州矿业集团“5356”“5356”工程规划）工程规划）矿井矿井南南屯屯兴兴隆隆庄庄鲍鲍店店东东滩滩济济二二济济三三设计设计(万万t/a)240300300400400500实际实际(万万t/a)3506006007006008001 1 现状、目的意义现状、目的意义1.1 1.1 1.1 1.1 现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害 迁村解放压煤，成本大幅增加迁村解放压煤，成本大幅增加 例例1 1:淄博许厂煤矿淄博许厂煤矿130南翼集中巷以东部分，南翼集中巷以东部分，长长1500m，宽宽1400m，涉及涉及2个自然村个自然村490户人户人家、家、8个企业、个企业、1座敬老院、一段座敬老院、一段1440m的的327国国道，如果搬迁，需要搬迁费用道，如果搬迁，需要搬迁费用1.59亿元亿元,吨煤成吨煤成本增加本增加19.96元元/t.1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.1 1.1 1.1 1.1 现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.1 1.1 1.1 1.1 现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害现行采空区处理方法的危害 岩层移动破坏、地下水大量流失岩层移动破坏、地下水大量流失 平均吨煤水代价平均吨煤水代价2 2t t，华北地区华北地区1010t t 严重时土地沙漠化严重时土地沙漠化 矸石堆积、占用良田、环境污染矸石堆积、占用良田、环境污染 现已积存矸石现已积存矸石3030亿亿t t，每年增加每年增加1.51.52.02.0亿亿t t 全国全国15001500座矸石山中座矸石山中140140座在自燃，对大气、土地座在自燃，对大气、土地 环境严重污染。环境严重污染。1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.2 1.2 1.2 1.2 国际水平国际水平国际水平国际水平 （1 1）水力和风力充填采空区）水力和风力充填采空区）水力和风力充填采空区）水力和风力充填采空区 国家：波兰、德国、前苏联等国家：波兰、德国、前苏联等国家：波兰、德国、前苏联等国家：波兰、德国、前苏联等 材料：河砂、煤矸石、粉煤灰材料：河砂、煤矸石、粉煤灰材料：河砂、煤矸石、粉煤灰材料：河砂、煤矸石、粉煤灰 地表沉陷系数地表沉陷系数地表沉陷系数地表沉陷系数 q=0.10.2 （2 2）离层注浆）离层注浆）离层注浆）离层注浆 国家：波兰国家：波兰国家：波兰国家：波兰 减沉效果：比不注浆减少减沉效果：比不注浆减少减沉效果：比不注浆减少减沉效果：比不注浆减少2030%。（3 3）房柱法开采）房柱法开采）房柱法开采）房柱法开采 国家：美国、澳大利亚等国家：美国、澳大利亚等国家：美国、澳大利亚等国家：美国、澳大利亚等 煤炭采出率煤炭采出率煤炭采出率煤炭采出率5060%地表沉陷系数地表沉陷系数地表沉陷系数地表沉陷系数 q=0.350.68 （4 4）条带开采条带开采条带开采条带开采+水砂充填采空区水砂充填采空区水砂充填采空区水砂充填采空区 地区：波兰托维兹、贝托姆等城市下地区：波兰托维兹、贝托姆等城市下地区：波兰托维兹、贝托姆等城市下地区：波兰托维兹、贝托姆等城市下 煤炭采出率煤炭采出率煤炭采出率煤炭采出率45.860%地表沉陷系数地表沉陷系数地表沉陷系数地表沉陷系数 q=0.0090.0361 1 现状、目的意义现状、目的意义1.2 1.2 1.2 1.2 国际水平国际水平国际水平国际水平 （5 5）膏体充填采空区）膏体充填采空区）膏体充填采空区）膏体充填采空区 国家：德国、美国、加拿大、南非等国家：德国、美国、加拿大、南非等国家：德国、美国、加拿大、南非等国家：德国、美国、加拿大、南非等 用途：金属矿山充填用途：金属矿山充填用途：金属矿山充填用途：金属矿山充填 煤矿处理采空区开始试验煤矿处理采空区开始试验煤矿处理采空区开始试验煤矿处理采空区开始试验 1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.2 1.2 1.2 1.2 国际水平国际水平国际水平国际水平 （1）条带开采条带开采 我国煤矿冒落条带开采的宽度一般为我国煤矿冒落条带开采的宽度一般为1/5 1/10采深采深,地表沉陷系数地表沉陷系数q=0.1 0.2,能够能够满足满足不迁村采煤要求不迁村采煤要求.但是但是,条带开采的采出率低，只有条带开采的采出率低，只有40 60%，煤层越厚，采深越大，采出率越低，煤层越厚，采深越大，采出率越低.1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.3 1.3 1.3 1.3 国内水平国内水平国内水平国内水平 （2）水砂充填水砂充填 抚顺胜利矿利用废油母页岩、河砂充填，地表抚顺胜利矿利用废油母页岩、河砂充填，地表沉陷系数沉陷系数q=0.013.新汶等矿区水砂充填，地表沉陷系数新汶等矿区水砂充填，地表沉陷系数 q=0.130.17.能实现不迁村采煤，但是系统复杂、采煤能实现不迁村采煤，但是系统复杂、采煤工艺落后、效率低、成本高，没能推广。工艺落后、效率低、成本高，没能推广。1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.3 1.3 1.3 1.3 国内水平国内水平国内水平国内水平 （3 3）离层区注浆）离层区注浆 减沉明显，但不能满足不迁村要求。减沉明显，但不能满足不迁村要求。国内部分矿井离层区注浆情况国内部分矿井离层区注浆情况 矿矿 井井采深采深(m)采厚采厚(m)开采开采方法方法注采比注采比(%)减沉率减沉率(%)老虎台60225.7条带47.265.2徐庄5292.6长壁47.13070东滩5455.4综放38.042 80华丰8302.2长壁67.9541 1 现状、目的意义现状、目的意义1.3 1.3 1.3 1.3 国内水平国内水平国内水平国内水平1 1 现状、目的意义现状、目的意义1.4 1.4 1.4 1.4 技术发展方向技术发展方向技术发展方向技术发展方向 （1 1）技术途径：）技术途径：）技术途径：）技术途径：绿色开采绿色开采绿色开采绿色开采 （2 2）方法：）方法：）方法：）方法：采空区局部（条带）充填采空区局部（条带）充填采空区局部（条带）充填采空区局部（条带）充填 材料：材料：材料：材料：以煤矸石、粉煤灰为主的膏体、似膏体以煤矸石、粉煤灰为主的膏体、似膏体以煤矸石、粉煤灰为主的膏体、似膏体以煤矸石、粉煤灰为主的膏体、似膏体 材料材料材料材料 （3 3）目标：）目标：）目标：）目标：关键层不破断、岩层不沉降，地下水不关键层不破断、岩层不沉降，地下水不关键层不破断、岩层不沉降，地下水不关键层不破断、岩层不沉降，地下水不 流失，地表不破坏，建筑物不搬迁，取流失，地表不破坏，建筑物不搬迁，取流失，地表不破坏，建筑物不搬迁，取流失，地表不破坏，建筑物不搬迁，取 消矸石山。消矸石山。消矸石山。消矸石山。2 2 膏体充填膏体充填2.1 2.1 2.1 2.1 膏体充填的基本概念膏体充填的基本概念膏体充填的基本概念膏体充填的基本概念 膏体充填：膏体充填：将物料配制成将物料配制成 不淅水的、不淅水的、牙膏状浆体，牙膏状浆体，在重力或泵压作用在重力或泵压作用下充填采空区的方下充填采空区的方法。法。固体废弃物膏体材料充填不迁村采煤固体废弃物膏体材料充填不迁村采煤 （膏体充填不迁村采煤）（膏体充填不迁村采煤）利用煤矸石、粉煤灰、洗选煤泥或城镇利用煤矸石、粉煤灰、洗选煤泥或城镇固体垃圾等制作成固体垃圾等制作成 不淅水的、牙膏状浆体，不淅水的、牙膏状浆体，在重力或泵压作用下对工作面支架后方在重力或泵压作用下对工作面支架后方的采空区进行充填而形成必要的的采空区进行充填而形成必要的人工支人工支撑体系撑体系，把采煤引起的地表移动控制在，把采煤引起的地表移动控制在建筑物允许范围内，实现不迁村采煤的建筑物允许范围内，实现不迁村采煤的方法。方法。2.2 膏体充填材料的基本特征膏体充填材料的基本特征（6个）个）之之：浓度高，一般重量浓度浓度高，一般重量浓度75%；加拿大矿产与能源科学技术中心：加拿大矿产与能源科学技术中心：水砂充填料水砂充填料 重量浓度重量浓度 65%高浓度充填料高浓度充填料 66 75%膏体充填料膏体充填料 76 84%2.2 膏体充填材料的基本特征膏体充填材料的基本特征（6个）个）矿矿 名名材材 料料 组组 成成浓度浓度%强度强度MPa格隆德格隆德(德德)重介细砂重介细砂,浮选尾砂浮选尾砂85881.5 2.0多姆金多姆金(加加)全尾砂全尾砂77 820.43西德里方金西德里方金(南非南非)全尾砂全尾砂78国际镍公司国际镍公司(加加)天然砂天然砂,全尾砂全尾砂81 861.63阿奇塞阿奇塞(俄俄)全尾砂全尾砂80 83金川金川(中中)分级尾砂分级尾砂,粉煤灰粉煤灰,棒棒磨砂磨砂78 80+水泥水泥77 794.0铜录山铜录山(中中)全尾砂全尾砂,炉渣炉渣87全尾砂全尾砂,炉渣炉渣,水泥水泥843.02.2 膏体充填材料的基本特征膏体充填材料的基本特征（6个）个）之之:流动状态为柱塞结构流；流动状态为柱塞结构流；膏体充填浆液膏体充填浆液流速分布流速分布水砂充填浆液水砂充填浆液流速分布流速分布2.2 膏体充填材料的基本特征膏体充填材料的基本特征（6个）个）之之:料浆不沉淀、不泌水、不离析；料浆不沉淀、不泌水、不离析；隔离要求低隔离要求低;不需要过滤排水设施不需要过滤排水设施,系统简单；系统简单；避免或减少了水对工作面的影响；避免或减少了水对工作面的影响；静置后再启动容易静置后再启动容易;基本无泌水收缩基本无泌水收缩,充填密实程度高充填密实程度高.2.2 膏体充填材料的基本特征膏体充填材料的基本特征（6个）个）之之:无临界流速，最大颗粒料粒径达到无临界流速，最大颗粒料粒径达到 2535mm,流速小于流速小于1m/s 仍然能够仍然能够 正常输送；正常输送；破碎加工即可破碎加工即可,可降低材料加工费可降低材料加工费;可低速输送可低速输送,减少管道磨损减少管道磨损.水砂充填要在临界速度以上才能正常泵送水砂充填要在临界速度以上才能正常泵送,在有在有2535mm粒径骨料时粒径骨料时,输送速度需要达到输送速度需要达到34m/s.2.2 膏体充填材料的基本特征膏体充填材料的基本特征（6个）个）之之:相同胶结料用量下强度较高相同胶结料用量下强度较高；可降低价格较贵的胶结料用量可降低价格较贵的胶结料用量,降低材降低材料成本料成本;之之:泵送性能对浓度变换比较敏感泵送性能对浓度变换比较敏感,充填充填 工艺控制要求高工艺控制要求高.比较理想的膏体充填系统比较理想的膏体充填系统,浓度变化应浓度变化应 0.5%.2.3 膏体充填技术发展简况膏体充填技术发展简况（在金属矿山）（在金属矿山）（在金属矿山）（在金属矿山）1979，德国（，德国（格伦德金属矿）格伦德金属矿）1985，南非，南非（库克（库克3号金矿）号金矿）1887，英国，英国（费尔克拉夫）（费尔克拉夫）1988，美国，美国（幸运星期五铜矿）（幸运星期五铜矿）1989，中国中国（金川镍矿）（金川镍矿）、奥地利（、奥地利（布莱堡矿）布莱堡矿）1992，摩洛哥，摩洛哥（哈佳铜矿）（哈佳铜矿）1993，俄罗斯，俄罗斯（诺雷尔斯克镍矿）（诺雷尔斯克镍矿）1994，中国（中国（铜录山铜矿）铜录山铜矿）、加拿大（、加拿大（INCO公司）公司）1995，澳大利亚，澳大利亚（坎宁顿矿）（坎宁顿矿）1996，葡萄牙（，葡萄牙（尼维斯尼维斯-科夫铜矿）科夫铜矿）2.3 膏体充填技术发展简况膏体充填技术发展简况（在煤矿）（在煤矿）（在煤矿）（在煤矿）1988，德国，德国 摩纳泊尔煤矿：摩纳泊尔煤矿：长壁面长壁面，采深采深1000m，充填泵流量充填泵流量 100m3/h，泵压泵压6MPa.1990，德国，德国 沃尔萨姆煤矿：沃尔萨姆煤矿：长壁面长壁面，采深采深900m，煤层煤层1.5m，泵流量泵流量100m3/h，泵压泵压12MPa，1990，德国，德国 帕斯科夫煤矿：帕斯科夫煤矿：长壁面长壁面，采深采深1000m，泵流量泵流量60m3/h，泵压泵压6MPa.现有煤矿膏体充填主要目的是固体废弃物处理；现有煤矿膏体充填主要目的是固体废弃物处理；大采深，薄煤层；工作面后方直接顶垮落后大采深，薄煤层；工作面后方直接顶垮落后非胶非胶结充填结充填；减沉效果不够好，下沉系数；减沉效果不够好，下沉系数q=0.30.4。2.3 膏体充填技术发展简况膏体充填技术发展简况（在煤矿）（在煤矿）（在煤矿）（在煤矿）全世界膏体充填控制煤矿开采地表沉陷全世界膏体充填控制煤矿开采地表沉陷 的工作还开展不多的工作还开展不多,对于我国兖州等矿对于我国兖州等矿 区区4 8m 厚煤层使用膏体充填实现不迁厚煤层使用膏体充填实现不迁 村采煤更无先例村采煤更无先例,所以所以,在我国针对华东地区兖州等矿区在我国针对华东地区兖州等矿区 条件条件,开展膏体充填不迁村采煤研究与开展膏体充填不迁村采煤研究与 开发是开创性的工作开发是开创性的工作.3 3 膏体充填不迁村采煤技术发展方向膏体充填不迁村采煤技术发展方向 发展模式发展模式:短壁间隔条带膏体充填短壁间隔条带膏体充填 最近完成了最近完成了“许厂煤矿膏体充填不迁村采煤与许厂煤矿膏体充填不迁村采煤与提高开采上限的技术与装备提高开采上限的技术与装备”可行性研究可行性研究.长壁膏体部分充填长壁膏体部分充填3 3 膏体充填不迁村采煤技术发展方向膏体充填不迁村采煤技术发展方向 岩层控制理论岩层控制理论:关键层理论：关键层理论：控制地表移动，首先要控制地表移动，首先要控制关键层结构的稳定性。控制关键层结构的稳定性。三维强度理论：三维强度理论：利用上述理论优化条带布置，科学确定充填材利用上述理论优化条带布置，科学确定充填材利用上述理论优化条带布置，科学确定充填材利用上述理论优化条带布置，科学确定充填材料力学性能要求料力学性能要求料力学性能要求料力学性能要求,合理减少充填量，降低充填合理减少充填量，降低充填合理减少充填量，降低充填合理减少充填量，降低充填成本，提高采出率。成本，提高采出率。成本，提高采出率。成本，提高采出率。短壁间隔条带膏体充填布置短壁间隔条带膏体充填布置B 开采宽度与充填宽度；b 煤柱宽度；H 采深许厂煤矿膏体充填试验点及其巷道布置许厂煤矿膏体充填试验点及其巷道布置长璧条带膏体充填布置平面示意图长璧条带膏体充填布置剖面示意图 典型煤矿膏体充填材料制备方法典型煤矿膏体充填材料制备方法 典型煤矿膏体充填泵送系统典型煤矿膏体充填泵送系统 典型煤矿短壁间隔条带膏体充填典型煤矿短壁间隔条带膏体充填工作面工作面技术指标技术指标 年产煤年产煤 60万万t/a;系统充填能力系统充填能力 150m3/h;年充填量年充填量 33.5万万m3/a;年处理年处理:煤矸石煤矸石 30万万t/a;粉煤灰粉煤灰 20万万t/a.4.1 4.1 膏体充填控制地表沉陷效果膏体充填控制地表沉陷效果 计算方案计算方案NO方案名称方案名称采高采高(m)采出率采出率(%)采深采深(m)基岩厚基岩厚(m)主关主关键层键层一一条采条采44026470有有二二间隔充填间隔充填48026470有有三三条采条采44023238有有四四间隔充填间隔充填48023238有有五五间隔充填间隔充填48017015无无六六全部充填全部充填48017015无无4.1 4.1 膏体充填控制地表沉陷效果膏体充填控制地表沉陷效果 地表下沉变形最大值模拟计算结果地表下沉变形最大值模拟计算结果模拟方案模拟方案一一二二三三四四五五六六下下 沉沉 量量(mm)252291273305915108水平变形水平变形(mm/m)0.540.630.600.660.830.17倾斜变形倾斜变形(mm/m)1.61.81.92.112.20.5对地表建对地表建筑的损害筑的损害I级级I级级I级级I级级倾斜倾斜III级级I级级方案一与方案二地表下沉比较方案一与方案二地表水平变形比较方案一与方案二地表曲率比较方案五与方案六地表下沉比较方案五与方案六地表水平移动比较方案五与方案六地表水平变形比较4.2 4.2 膏体充填不迁村采煤经济效益膏体充填不迁村采煤经济效益 典型典型150m3/h 膏体膏体充填系统充填系统 建设费用建设费用 2000万元万元.4.2 4.2 膏体充填不迁村采煤经济效益膏体充填不迁村采煤经济效益 吨煤成本增加量吨煤成本增加量N0项项 目目单单 价价增加成本增加成本(元元/t 煤煤)1胶结料购置胶结料购置15元元/m3 8.382固定资产折旧固定资产折旧 4.363充填运行水电费充填运行水电费 2.204充填系统人工费充填系统人工费 1.265粉煤灰购置费粉煤灰购置费10元元/t 2.676其它其它 1.507合计合计(考虑节省的矸石占土地费考虑节省的矸石占土地费2.5元元/t)17.874.3 4.3 膏体充填不迁村采煤社会环境效益膏体充填不迁村采煤社会环境效益(以许厂煤矿条件为例以许厂煤矿条件为例)(1)提高开采上限（从提高开采上限（从40m提高到提高到20m）：）：试验区域多回收煤炭试验区域多回收煤炭150万万t；全矿预全矿预 计多回收煤炭计多回收煤炭600余万余万t。(2)年处理固体废弃物年处理固体废弃物50万万t/a,减少了土减少了土 地占用地占用1522.5ha;(3)比普通条带开采提高采出率比普通条带开采提高采出率1倍倍,达到达到80%,全矿可多回收煤炭全矿可多回收煤炭1090万万t;(4)减少土地破坏，保护了矿井生态环境。减少土地破坏，保护了矿井生态环境。