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题，社会各界对有衰退倾向矿井给予了足够重视。目前许多矿区不得不面对传统技术无法开采三下建筑物下铁路下水体下压煤难题。据不完全统计，我国国有骨干大中型矿井三下压煤量达到亿以上，然而到目前为止，从三下采出煤炭仅有亿左右，占整个三个压煤量左右。目前多数矿井都存在三下压煤问题，般都占矿井可采储量，部分高达。由此可见，随着矿区煤炭资源枯竭及相关行业对煤炭需求量继续加大，矿区三下压煤问题逐渐凸现出来，而建构筑物下压煤尤为突出。建构筑物下压煤问题直接影响着矿井正常生产，造成生产接替紧张产量降低服务年限缩短，而且影响矿井生产布局和总体规划，严重制约着矿井可持续发展。几十年来，为了解决三下压煤问题，各级地方政府和煤矿企业都做了大量工作，科技人员也进行了多项技术研发和推广普及工作，使三下采煤技术整体水平有了较大提高，开发了包括迁村开采条带开采限厚开采协调开采离层带注浆充填采煤膏体充填采煤等多种技术，然而这些技术成本过高，且不能达到高效机械化，无法规模性开采三下压煤。目前采出三下压煤大约是靠搬迁实现，但导致了大量塌陷区，造成严重生态与环境破坏，而且相当部分建筑物具有特殊历史或象征意义也难以搬迁。同时，煤矿生产中排放大量固体废弃物矸石，传统方式是直接堆放于地表，形成煤矿特有地表特征建筑物矸石山。据统计，目前全国历年累计堆放煤矸石达亿，规模较大矸石山有多座，占用土地约万，且每年还以亿速度继续增加。同时矿区自备电厂生产过程中也排放第页了大量粉煤灰，据统计全国粉煤灰存量已超过亿，且以每年万速度快速增加，给矿区带了新难题。就阳泉煤业集团有限责任公司而言，整个矿区压煤量巨大。例如寺家庄煤矿地质储量亿，其中村庄和水资源压煤量亿，占总资源储量五矿后备区地质储量亿，其中村庄和环境保护区压煤量达亿，占到总资源量二矿合计全部压煤量达亿山西新元煤炭有限责任公司三下压煤资源约亿，约占可采储量亿，仅太旧高速保护煤柱压煤就达到亿，而准备采用充填采煤技术井田西北部太旧高速和村庄下压煤达到万这些压煤资源无法开采严重影响了集团公司煤矿生产建设，制约着公司可持续发展。阳泉矿区固体废弃物由于多年积累，城市周围分布着座矸石山，其占地超过亩矸石存量超过亿，此外还有超过万电厂粉煤灰未得到有效处理。这些固体废弃物排放不仅占用了大量土地，还增加了企业生产附加成本仅山西新元煤炭有限公司年排矸费用就高达万元。此外矸石粉煤灰风化后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