[01146120]煤矿矸石充填支护系列技术及顶板稳定性控制

煤矿矸石的地面堆积处理会严重危害人类的生存环境,而将其作为充填支护材料进行井下处理,可实现污染源断绝和岩层控制的双赢目标,符合矿山生态保护和安全绿色开采的基本要求。作为低承载强度的散体材料,矸石的工程性能提升与岩层稳定性控制效果密切相关。本项目以煤矿矸石高效利用与岩层控制为研究目标,针对急倾斜采空区矸石充填工艺、沿空留巷矸石体支护技术及采空区顶板稳定性监测等三个方面的科学问题,进行了科研攻关,取得了如下成果： （1）基于煤矿矸石散体流动特性,自主研发了急倾斜采空区矸石运移试验装置,研究获得了矸石沉降流动的关键影响因素及运移的三阶段五区域划分,据此提出了矸石自溜充填采空区的远程控制工艺及工作面合理布置方式,保障了急倾斜煤层采空区矸石充填的高比率及顶底板控制的稳定性; （2）为提高矸石整体承载性能,试验获得了矸石体承载强度的锚固主控因素及变形硬化机理,研发了中等稳定顶板条件下横向锚固矸石体巷旁支护工艺,并设计了大倾角、复合顶板条件下巷旁冒落矸石注浆加固的承载防冲结构体,实现了不同顶板条件下巷旁矸石体支护的沿空留巷; （3）针对充填采空区顶板岩层监测难题,提出了充填采场覆岩破裂演化钻探测综合监测技术,研发了采空区顶板变形与充填矸石应力监测一体化装置及方法,研究了采空区顶板沉降、覆岩裂隙发育与矸石压缩间的相关性,实现了矸石充填支护下采空区顶板稳定性的长期监测。 本项目研究成果已申请国家专利8项,其中已授权6项。经中国煤炭工业协会组织专家鉴定认为,项目研究成果总体达到了国际先进水平。本项目研究成果先后在新汶矿业集团有限责任公司、山东济宁矿业集团、北京昊华能源股份有限公司、开滦（集团）有限责任公司进行了推广应用,大幅度减少了地面排矸量,有效控制了采空区与巷道顶板变形,经济社会效益显著。本成果适用于其他采取矸石井下处理类似措施的矿山充填支护设计,有利于推动矿山可持续绿色开采的步伐,推广应用前景广阔。