煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法及应用
杨科1
于祥1
何祥1
赵新元1
方珏静1
魏祯2
何淑欣1
1.安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学矿业工程学院,安徽 淮南 2320012.兰州工业学院土木工程学院,甘肃 兰州 730050
摘要：矿山煤基固废资源化利用是破解"安全-技术-经济-环境"融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键.煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规模化和绿色化处置煤基固废的关键路径之一.但现有的充填开采技术存在对覆岩控制效果有限、缺乏多种充填方式间的联动效应和对煤基固废的综合利用率偏低等问题.因此,通过概述我国典型煤基固废的资源化利用现状和存在问题,从经济、技术、环境、政策和空间 5个维度阐明了煤基固废充填开采的可行性.基于此,提出了煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法,系统阐述了该方法的内涵和整体思路,主要包括高位充填、原位充填和低位充填.结合层次分析法初步建立了具有 15项评价指标的多层位立体空间煤基固废充填方法评价体系.煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法的规模化应用主要存在充填材料高效精准制备机理、充填料浆管道输送特性、充填空间结构演化规律和充填材料-充填空间交互作用不明等 4项关键技术难题.围绕以上关键技术难题,主要开展煤基固废充填材料成浆机理、充填材料精准制备技术框架、充填料浆流场稳态控制、充填料浆管道输送关键参数、充填空间空隙结构演化、充填材料扩散/承载特性、充填材料-围岩系统协同作用机制和充填材料-环境多场耦合机制 8项研究内容.根据宁夏煤业任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿的开采技术、充填工艺及地质条件,分别针对性提出低位垮落带注浆充填和高位离层区注浆充填方法,实现了矿区煤基固废的安全绿色处置,有效控制了地表沉陷与变形,形成了良好的区域型示范效应.多层位立体空间煤基固废充填方法创新了煤矿井下煤基固废规模化处置的新模式,完善了绿色充填开采技术体系,实现了煤矿采动覆岩全空间协同控制与固废资源化技术跃升,可推动煤炭企业由"环境代价型"向"生态增值型"的根本转变.
关键词：多层位立体空间煤基固废充填开采固废处置评价体系
分类号：TD823.7(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52130402)国家自然科学基金(52404106)甘肃省青年博士支持项目(2024QB-103)甘肃省青年科技基金资助项目(24JRRA1012)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 46-64 )
英文信息