[01042750]矸石充填开采关键技术及采空区覆岩稳定性研究

矸石充填开采是解决“三下”压煤和处理矸石的有效技术，在中国煤矿企业的应用范围逐渐扩大。矸石的原生再利用充填技术主要有急倾斜煤层自溜充填和综采工作面机械化充填，但由于矸石是低强度散体材料，在充填开采应用时，一般存在矸石充填量低、初期覆岩控制效果差、采空区矿压监测难等问题，在一定程度上限制了矸石的综合利用水平。该项目以煤矿矸石高效利用与岩层控制为目标，进行了矸石充填开采关键技术及采空区覆岩稳定性研究，取得了如下创新性成果： （1）发明了急倾斜煤层远程控制矸石充填技术，保证了采空区的长期高比率充填。自主研发了急倾斜采空区充填矸石运移装置，试验再现了采空区内部矸石的运移过程；发明了急倾斜煤层远程控制充填技术，实现了采空区内100m范围的远距离充填；改进了工作面支护及回采布置方案，使充填率提高了20%以上。 （2）研发了大煤流煤矸分离技术及综采夯实充填配套工艺，大幅度提高了矸石的充填密实度。采用自主研发的矸石体压缩试验装置与非标准试件强度参数测试装置，研究了矸石体非均匀压实规律及强度特征；研发了大煤流煤矸分离系统集成技术，煤矸洗选处理能力最大可达1400万吨/年；升级改造了工作面液压支架运矸及夯实装置，将矸石充填密实度由80%提升至95%。 （3）建立了“顶底板变形-充填矸石应力-覆岩破裂”长期监测技术体系，解决了采空区内部矿压监测难题。研发了采空区顶底板变形与充填矸石应力一体化监测技术；发明了基于钻孔成像仪的孔壁裂隙定量测量装置；提出了采空区覆岩“定点斜穿布孔-多次定期探测”技术，获得了矸石充填开采岩层破坏与稳定的全程演化特征。 该项目研究成果先后在新汶、京西和开滦等矿区推广应用，近三年共计多回收煤炭160余万吨，减少地面排矸量180余万吨，新增销售额88404.89万元，新增利润36182.37万元，新增税收15462.11万元，经济效益显著。工程实践表明，该项目研究成果的应用，提高了矸石的顶板控制效果，大幅度减少了地面排矸量，部分煤矿实现了矸石不上井。先后有山西省煤矿管理局、兖州煤业集团、淄博矿业集团、冀中能源集团等单位调研学习，取得了良好的示范效果。 根据项目模块化分期研究进度安排，研究成果先后通过了三次煤炭工业协会鉴定，总体鉴定意见为：项目研究成果达到了国际先进水平，在急倾斜煤层柔掩工作面矸石充填开采技术方面达到了国际领先水平。该项目研究成果获授权发明专利10项，实审发明专利5项，授权实用新型3项，发表学术论12篇（SCI/EI收录9篇）。 据不完全统计，山东省已有30处煤矿实施了或正在推广应用矸石充填技术，该项目研究成果可为山东省及全国煤矿矸石充填开采技术的应用提供技术指导和实践经验。新汶矿业集团与山东科技大学等共建的“煤矿充填开采国家工程实验室”，为该项目研究成果的推广应用及下一步研究提供了更高的科研与工程实践平台。项目完成人与澳大利亚联邦科学院有密切合作关系，可与国外科研院所和煤炭企业进行技术交流，有利于项目研究成果在澳大利亚煤矿企业的成果转化与应用。