何解放压滞煤炭资源并处理矿区固体废弃物已经成为亟待解决问题。在研究国内外充填技术实际应用基础上，阳煤集团与中国矿业大学合作，开展综合机械化固体充填采煤技术研究，并在下属山西新元煤炭有限责任公司进行工业性试验，该技术成功实施将为集团公司带来以下社会效益提高煤炭资源采出率，延长矿井服务年限采用固体充填采煤技术，提高三下压煤采出率，大延长矿井服务年限，提高矿井可持续发展能力。消除了传统三下开采造成严重生态与人文环境破坏由于目前国内采出三下压煤大约是靠搬迁村庄实现，采出煤炭资源同时导致了大量塌陷区，造成严重生态与人文环境破坏，甚至因搬迁补偿等问题而引发了许多社会问题，给矿区社会稳定增添了不确定因素。采用固体充填采煤方法后，可实现不迁村开采并处理固体废弃物于井下，从而保护了矿区生态环境。消除煤矿生产中排放固体废弃物对生活环境危害煤炭生产中伴随着大量固体废弃物排放，排放矸石等对地面生态环境造成严重破坏，主要表现为侵占土地污染环境危害生态安全。采用矸石等充填采煤，可消除地面矸石山，解决矸石等废弃物排放带来危害。为解决集团公司三下压煤问题提供技术借鉴在山西新元煤炭有限责任公司进行综合机械化固体充填采煤技术研究，不仅对山西新元煤炭有限责任公司具有极大现实意义，而且对整个阳煤集团甚至是全国各矿区存在同样问题矿山企业提供了条新路，具有广阔应用前景。废石干式充填因其效率低，生产能力小和劳动强度大，满足不了回采技术发展需要。因而，自年开始，国内干式充填法所占比重下降，到年在有色矿山担负产量仅占，处于被淘汰地位。第二阶段世纪年代，澳大利亚和加拿大等国些矿山开发并应用了水砂充填技术。从此真正将矿山充填纳入了采矿计划，成为采矿系统个组成部分，并且对充填料及充填工艺展开研究。这阶段主要是将尾矿借助水力充入井下采空区，其充填料输送浓度较低，般在左右，需要在采场大量脱水。因而通过脱除尾矿细泥部分以控制渗透速度，并确定了以渗透速度作为工业标准。应用水砂充填矿山已较多，如澳大利亚布罗肯希尔矿和加拿大些矿山广泛应用了这工艺。国内矿山从年代才开始采用水砂充填工艺。年在锡矿山南矿为了控制大面积地压活动，首次采用了尾矿水力充填采空区工艺，有效地缓减了地表下沉。湘潭锰矿也从年开始采用碎石水力充填工艺，以防止矿坑内因火灾，并取得了较好效果。年目录绪论立项背景及意义国内外研究现状研究内容与技术路线固体充填采煤技术总体构思及技术关键采矿地质条件现有技术及条件充填采煤技术总体构思技术关键与创新点充填物料井上下运输及垂直投料输送系统设计充填物料井上运输系统设计充填物料垂直投料输送系统设计井下矸石不升井系统设计固体充填采煤关键设备选型与设计充填采煤关键设备性能要求充填采煤液压支架设计全断面夯实系统设计多孔底卸式输送机设计自移式充填物料转载输送机设计其它配套设备选型固体充填采煤系统布置及工艺设计充填采煤区域方案设计充填与采煤工程及井下巷道工程等，由于其服务期限不同，所以各工程投入吨煤成本费用需要分开计算。工程投入吨煤成本计算见表。表工程投入吨煤成本计算项目投入费用万元服务年限或范围服务煤量万吨煤成本元地面工程充填采区井下矸石不升井系统充填采区垂直投料输送系统工程充填采区工作面巷道工程工作面合计注带部分为因为采用固体充填采煤技术而增加费用设备投入吨煤成本项目设备投入包括地面设备井下矸石不升井设备垂直投料输送系统设备井下运输设备工作面设备等，由于服务年限不同，服务煤量也不相同，因此，各种设备投入吨煤成本需要分别计算，见表。第页表设备投入吨煤成本计算项目投入费用万元服务年限或范围服务煤量万吨煤成本元地面设备井下矸石不升井设备年垂直投料输送系统设备充填采区井下运煤设备年充填物料运输设备年工作面常用设备年工作面增加设备年常用矿压监测设备工作面增加矿压监测设备工作面合计生产投入吨煤成本生产投入费用主要包括电费人员工资设备大修井下材料消耗费用等，具体见表。表生产投入吨煤成本计算表编号名称吨煤成本元电费及水费人员工资设备大修井下材料消耗费用搬家费用折旧费用设备运输费用技术服务费用小计根据其他矿井实施固体充填采煤技术经验，因采用充填采煤技术增加生产成本约为元。吨煤成本综合分析综上所述，充填采煤工作面工程投入吨煤成本约为元，设备投入吨煤第页成本约为元，生产投入吨煤成本约为元，充填采煤工作面综合吨煤成本约为元。其中，因采用充填采煤技术而增加工程设备及生产投入吨煤成本分别为和元，共计元。经济与社会效益分析经济效益分析综合机械化固体充填采煤技术研究项目设计充填采煤区域为南燕竹及太旧高速公路预留保护煤柱，采用机械化固体充填采煤技术之后，首采工作面充填采煤工作面可采出煤量为万，吨煤利润按元计算，可创利润万元，整个充填采煤区域煤层开采完毕可采出煤炭约万，可创造利润亿元，如果全部开采所有煤层，可以采出煤炭资源约万，创造利润亿元直接经济效益巨大。如果该区域采用搬迁开采方式，按照寿阳公司所辖各矿村庄搬迁安置补偿方案中建房成本价补偿标准元，外加住房配套和新址宅基地使用费元，按照元补偿，预计约万元目前南燕竹村常住人口约人，按户均口人计算，约户，按和寿阳县政府达成初步协议，户均补偿费用万元，则居民搬迁补偿费用约亿元，考虑镇政府机关部门及少量新建厂房，搬迁补偿费用总计亿元。同时，地面太旧高速公路榆盂公路等损坏或者改道补偿费用巨大，基本不可实现搬迁开采。而采用固体充填采煤技术之后，不需要进行村庄搬迁，只需要少量建筑物损坏补偿费用，并且不会影响高速公路正常使用，可以节省大量搬迁补偿费用。采用固体充填采煤技术开采完毕整个充填采区，可处理矸石等固体废弃物约万，按照处理固体废弃物元计算，可以节省费用亿元采用固体充填采煤技术之后，可以实现井下矸石不升井直接充填利用，减少了矸石运输提升费用同时，应用该技术可以控制地表沉陷减少固体废弃物对环境危害，保护矿区土地水等自然资源，维护矿区生态环境，经济效益显著。第页社会效益分析地代替水泥形成充填料浆，取得了良好经济与社会效益。粉煤灰是热电厂排弃废料，占用土地污染环境，年排放量在亿左右，但利用率仅为。研究表明，粉煤灰是种人工火山灰材料，具有定胶结性能，可以部分地代替水泥，在矿山充填领域具有广阔应用前景。煤矸石充填采煤法在煤矿煤炭生产中伴随产生固体废物矸石在，我国历年累计堆放煤矸石约亿，而且堆积量每年还以亿速度增加。美国年产矸石量也在亿以上，经洗选产生入选煤量做为矸石直接排放于矸石山。相关专家学者普遍认为，煤矿排矸带来问题，可以通过煤矸石作为充填物料充填在井下得以解决。合理矸石充填技术能够置换出更多煤炭资源，从而提高煤炭资源采出率。矸石充填技术在世纪年代欧洲煤炭行业中应用较为普遍。美国在长壁工作面以及近距离煤层开采中，也采用了矸石充填技术。同时认为矸石充填技术方面能控制地表下沉而达到加强矿井通风管理防止井下煤炭自燃目。风流经过井下通风系统中风墙风桥等时会出现漏风状况，这些都是由于地表运动产生裂隙引起，充填可以解决上述问题。矸石充填方法般根据充填料充填采空区方式来确定，包括人工充填机械充填风力充填水力充填。常用两种充填方法是风力充填和水力充填。不同充填系统充填料般由新掘进矸石矸石山矸石砂子采石场碎石及第页粉煤灰等，并且般加入胶结料或其它添加剂组成。考虑到煤矿矸石成分中含有大量摩擦系数小矿物成分粘土，矸石充填物料没有足够支撑力适用所有需保护地表井下充填。因此，在矸石中添加适当胶结材料，可提高充填矸石强度和刚度。但胶结材料与矸石混合后含有大量影响充填物料强度物质粘土煤黄铁矿。相关研究表明粉煤与易膨胀粘土暴露在充填物料表面，有可能吸水膨胀导致充填物料内层暴露并被氧化黄铁矿暴露在充填物料表面，很容易在水和空气作用下被氧化，形成硫酸亚铁及酸性水，硫酸亚铁被进步氧化成硫酸铁。随着与碱土金属物粘土矿物混合，黄铁矿被氧化后，大多数硫酸盐离子逐渐成为自由状态，形成硫酸钙硫酸镁硫酸钠以及硫酸钾等。硫酸盐与硅酸盐水泥中成分发生反应，形成新不溶解混合物。这种混合物形成过程中分子体积增大，引起胶结体体积膨胀甚至崩解。硫酸镁硫酸钠以及硫酸钾比硫酸钙更易溶于水，所以对胶结充填物料影响更大。针对以上胶结矸石充填带来问题，研究认为煤矿矸石并不是好充填骨料，胶结充填物料也不定是煤矿好充填物料。未胶结煤矸石充填物料将有足够支撑强度控制上覆岩层，尤其是在残留煤柱被动支护中。且认为研究未胶结煤矸石作为充填物料，是煤矿充填技术发展方向。近几年来，根据煤矿充填采煤技术发展方向，中国矿业大学固体充填采煤课题研究组先后开发了采空区高效机械化矸石充填采煤技术建筑物下固体充填长壁综合机械化采煤技术安全高效高回收率固体充填采煤技术等，并在新汶兖州济宁皖北淮北开滦平顶山等矿区取得成功应用，解放了大量三下压煤资源。研究内容与技术路线研究内容综合机械化固体充填采煤技术是将固体充填物料矸石粉煤灰等充填入采空区内，在保证地表建构筑物正常安全使用前提下，最大程度实现三下压煤开采，因此，主要研究内容如下第页充填物料物理力学特性测试分析充填物料基本特性测试主要包艺设计固体充填采煤地表沉陷预计充填采煤地表控制原理分析充填采煤地表沉陷预计方法选择第页地表建构筑物概况及高速公路设防标准充填采煤沉陷预计参数选择充填采煤沉陷预计结果项目投资与效益分析项目各项投资分析充填采煤吨煤成本分析经济与社会效益分析第页绪论立项背景及意义煤炭作为我国主要支撑能源，随着国民经济快速发展，位于煤炭下游电力钢铁铁路等行业对煤炭需求逐年加大，导致近年来煤炭开采速度加快，随着矿井开采年限延长和采深延伸，大批资源矿井逐步进入残采阶段，部分矿井已进入衰退期，有甚至关井转产。煤矿衰老现象已成为资源型企业共性问