如何進行煤炭資源綠色開采第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二提綱：現狀、目的意義膏體充填膏體充填不遷村采煤技術發展方向

膏體充填不遷村采煤技術經濟環境效益第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二1現狀、目的意義1.1現行采空區處理方法的危害

普遍采用頂板全部垮落法

巖層移動、地表沉陷、農田、建筑設施損壞全國因煤炭開采引起塌陷地43萬公頃全國平均每采萬t煤塌陷土地0.2公頃每年新增塌陷地約2萬公頃

兗州：土地賠償費6000多萬元/年，近10年付出20多億元。

第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二

全國建筑物、水體、鐵路下（三下）壓煤100億t

其中:(1)兗州:村莊172個,壓煤5.2億t,占可采儲量41.2%.(2)新汶:村莊壓煤2.5億t,占總儲量64%.(3)徐州:村莊等建下壓煤5.0億t,占可采儲量63.7%.(4)峰峰:村莊73個,壓煤1.0億t.(5)許廠:首采區建下等壓煤面積達68.7%.

1現狀、目的意義1.1現行采空區處理方法的危害第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二生產規模不斷擴大,壓煤無法開采，礦井面臨過早報廢

（根據兗州礦業集團“5356”工程規劃）礦井南屯興隆莊鮑店東灘濟二濟三設計(萬t/a)240300300400400500實際(萬t/a)3506006007006008001現狀、目的意義1.1現行采空區處理方法的危害第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二遷村解放壓煤，成本大幅增加

例1:

淄博許廠煤礦130南翼集中巷以東部分，長1500m，寬1400m，涉及2個自然村490戶人家、8個企業、1座敬老院、一段1440m的327國道，如果搬遷，需要搬遷費用1.59億元,噸煤成本增加19.96元/t.1現狀、目的意義1.1現行采空區處理方法的危害第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二1現狀、目的意義1.1現行采空區處理方法的危害

巖層移動破壞、地下水大量流失平均噸煤水代價2t，華北地區10t

嚴重時土地沙漠化

矸石堆積、占用良田、環境污染現已積存矸石30億t，每年增加1.5~2.0億t

全國1500座矸石山中140座在自燃，對大氣、土地環境嚴重污染。第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二1現狀、目的意義1.2國際水平

（1）水力和風力充填采空區

國家：波蘭、德國、前蘇聯等材料：河砂、煤矸石、粉煤灰地表沉陷系數q=0.1~0.2

（2）離層注漿

國家：波蘭減沉效果：比不注漿減少20~30%。第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二

（3）房柱法開采

國家：美國、澳大利亞等煤炭采出率50~60%地表沉陷系數q=0.35~0.68

（4）條帶開采+水砂充填采空區地區：波蘭托維茲、貝托姆等城市下煤炭采出率45.8~60%地表沉陷系數q=0.009~0.0361現狀、目的意義1.2國際水平第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二

（5）膏體充填采空區

國家：德國、美國、加拿大、南非等用途：金屬礦山充填煤礦處理采空區開始試驗

1現狀、目的意義1.2國際水平第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二

（1）條帶開采

我國煤礦冒落條帶開采的寬度一般為1/51/10采深,地表沉陷系數q=0.10.2,能夠滿足不遷村采煤要求.

但是,條帶開采的采出率低，只有4060%，煤層越厚，采深越大，采出率越低.1現狀、目的意義1.3國內水平第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二

（2）水砂充填

撫順勝利礦利用廢油母頁巖、河砂充填，地表沉陷系數q=0.013.

新汶等礦區水砂充填，地表沉陷系數

q=0.13~0.17.

能實現不遷村采煤，但是系統復雜、采煤工藝落后、效率低、成本高，沒能推廣。1現狀、目的意義1.3國內水平第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二

（3）離層區注漿

減沉明顯，但不能滿足不遷村要求。國內部分礦井離層區注漿情況

礦井采深(m)采厚(m)開采方法注采比(%)減沉率(%)老虎臺60225.7條帶47.265.2徐莊5292.6長壁47.130~70東灘5455.4綜放38.042~80華豐8302.2長壁67.9541現狀、目的意義1.3國內水平第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二1現狀、目的意義1.4技術發展方向

（1）技術途徑：綠色開采（2）方法：采空區局部（條帶）充填材料：以煤矸石、粉煤灰為主的膏體、似膏體材料（3）目標：關鍵層不破斷、巖層不沉降，地下水不

流失，地表不破壞，建筑物不搬遷，取消矸石山。第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2膏體充填

2.1膏體充填的基本概念

膏體充填：

將物料配制成

不淅水的、

牙膏狀漿體，在重力或泵壓作用下充填采空區的方法。第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二

固體廢棄物膏體材料充填不遷村采煤

（膏體充填不遷村采煤）利用煤矸石、粉煤灰、洗選煤泥或城鎮固體垃圾等制作成

不淅水的、牙膏狀漿體，在重力或泵壓作用下對工作面支架后方的采空區進行充填而形成必要的人工支撐體系，把采煤引起的地表移動控制在建筑物允許范圍內，實現不遷村采煤的方法。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.2膏體充填材料的基本特征（6個）

之：濃度高，一般重量濃度>75%；

加拿大礦產與能源科學技術中心：水砂充填料重量濃度~65%

高濃度充填料66~75%

膏體充填料76~84%

第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.2膏體充填材料的基本特征（6個）礦名材料組成濃度%強度MPa格隆德(德)重介細砂,浮選尾砂85~881.5~2.0多姆金(加)全尾砂77~820.43西德里方金(南非)全尾砂78國際鎳公司(加)天然砂,全尾砂81~861.63阿奇塞(俄)全尾砂80~83金川(中)分級尾砂,粉煤灰,棒磨砂78~80+水泥77~79>4.0銅錄山(中)全尾砂,爐渣87全尾砂,爐渣,水泥84>3.0第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.2膏體充填材料的基本特征（6個）

之:流動狀態為柱塞結構流；

膏體充填漿液流速分布水砂充填漿液流速分布第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.2膏體充填材料的基本特征（6個）之:

料漿不沉淀、不泌水、不離析；

隔離要求低;

不需要過濾排水設施,系統簡單；避免或減少了水對工作面的影響；靜置后再啟動容易;基本無泌水收縮,充填密實程度高.第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.2膏體充填材料的基本特征（6個）之:無臨界流速，最大顆粒料粒徑達到

25~35mm,流速小于1m/s仍然能夠正常輸送；

破碎加工即可,可降低材料加工費;

可低速輸送,減少管道磨損.

水砂充填要在臨界速度以上才能正常泵送,在有25~35mm粒徑骨料時,輸送速度需要達到3~4m/s.

第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.2膏體充填材料的基本特征（6個）之:相同膠結料用量下強度較高；

可降低價格較貴的膠結料用量,降低材料成本;之:泵送性能對濃度變換比較敏感,充填工藝控制要求高.

比較理想的膏體充填系統,濃度變化應<±0.5%.第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.3膏體充填技術發展簡況（在金屬礦山）1979，德國（格倫德金屬礦）1985，南非（庫克3號金礦）1887，英國（費爾克拉夫）1988，美國（幸運星期五銅礦）1989，中國（金川鎳礦）、奧地利（布萊堡礦）1992，摩洛哥（哈佳銅礦）1993，俄羅斯（諾雷爾斯克鎳礦）1994，中國（銅錄山銅礦）、加拿大（INCO公司）1995，澳大利亞（坎寧頓礦）1996，葡萄牙（尼維斯-科夫銅礦）第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.3膏體充填技術發展簡況（在煤礦）1988，德國摩納泊爾煤礦：長壁面，采深1000m，充填泵流量100m3/h，泵壓6MPa.1990，德國沃爾薩姆煤礦：長壁面，采深900m，煤層1.5m，泵流量100m3/h，泵壓12MPa，1990，德國帕斯科夫煤礦：長壁面，采深1000m，泵流量60m3/h，泵壓6MPa.

現有煤礦膏體充填主要目的是固體廢棄物處理；大采深，薄煤層；工作面后方直接頂垮落后非膠結充填；減沉效果不夠好，下沉系數q=0.3~0.4。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二2.3膏體充填技術發展簡況（在煤礦）全世界膏體充填控制煤礦開采地表沉陷的工作還開展不多,對于我國兗州等礦區4~8m厚煤層使用膏體充填實現不遷村采煤更無先例,

所以,在我國針對華東地區兗州等礦區條件,開展膏體充填不遷村采煤研究與開發是開創性的工作.第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二3膏體充填不遷村采煤技術發展方向發展模式:

短壁間隔條帶膏體充填

最近完成了“許廠煤礦膏體充填不遷村采煤與提高開采上限的技術與裝備”可行性研究.

長壁膏體部分充填第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二3膏體充填不遷村采煤技術發展方向巖層控制理論:

關鍵層理論：控制地表移動，首先要控制關鍵層結構的穩定性。

三維強度理論：

利用上述理論優化條帶布置，科學確定充填材料力學性能要求,合理減少充填量，降低充填成本，提高采出率。第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二短壁間隔條帶膏體充填布置B

開采寬度與充填寬度；b

煤柱寬度；H

采深第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二許廠煤礦膏體充填試驗點及其巷道布置第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二長璧條帶膏體充填布置平面示意圖第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二長璧條帶膏體充填布置剖面示意圖第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二典型煤礦膏體充填材料制備方法

第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二典型煤礦膏體充填泵送系統第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二典型煤礦短壁間隔條帶膏體充填工作面技術指標年產煤60萬t/a;

系統充填能力150m3/h;年充填量33.5萬m3/a;年處理:煤矸石30萬t/a;

粉煤灰20萬t/a.第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二4.1膏體充填控制地表沉陷效果

——

計算方案NO方案名稱采高(m)采出率(%)采深(m)基巖厚(m)主關鍵層一條采44026470有二間隔充填48026470有三條采44023238有四間隔充填48023238有五間隔充填48017015無六全部充填48017015無第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二4.1膏體充填控制地表沉陷效果

——地表下沉變形最大值模擬計算結果模擬方案一二三四五六下沉量(mm)252291273305915108水平變形(mm/m)0.540.630.600.660.830.17傾斜變形(mm/m)1.61.81.92.112.20.5對地表建筑的損害<I級<I級<I級<I級傾斜III級<I級第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二方案一與方案二地表下沉比較第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二方案一與方案二地表水平變形比較第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二方案一與方案二地表曲率比較第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二方案五與方案六地表下沉比較第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期二方