[00350887]综合机械化高水率快凝材料采空区袋式充填采煤技术

该项目属于煤炭开采、生态环境保护、采矿机械以及新材料交叉学科领域。 解决煤炭井工矿山传统垮落法开采造成的地表沉降、地下水系和生态环境破坏严重等问题一直是世界性技术难题，其难度在于：在保证回采工作面高效推进的条件下，向持续移动的采空区内充入与采出煤炭体积等量的物体；充填物体在较短时间内要具有一定强度，及时支撑顶板，保护采场安全：长时期内不被大量压缩，确保地表下沉和建(构)筑物稳定有效控制等。为系统解决上述难题，该项目于2007年由企业与高校联合立项开展技术攻关，突破了一系列关键技术，取得了以下重要发明： 发明点1：发明了一种采空区袋式充填方法。该发明是一种能与综合机械化采煤相匹配、采用管道将浆体状充填材料输送至采空区预先布设的充填袋内再结石、集采煤和充填于一体的高效开采技术与方法。该技术发明，首次研发应用极少量(5%-10%)高水率快凝材料(“超高水材料”)和矿井废水制浆作充填材料实施工作面采空区全部充填采煤；突破了4.5m以上大采高、100m以上长壁工作面安全高效充填采煤与充填固结体整体稳定控制。 发明点2：发明设计了可实现掩护采煤与采空区充填支护一体化的袋式隔板充填液压支架。创新设计了前后顶梁分别布置一对立柱的整体四柱式结构紧凑型液压支架，前顶梁掩护采煤，后顶梁掩护充填；在特定支架后顶梁的一侧设计了高度可调的薄型结构挡板，用以分组隔离充填袋，使长壁工作面实现多区段并行充填作业；首次提出设计了矿用充填浆体制备系统,制浆能力达到400m³/h以上,满足了年产百万吨充填采煤工作面的需求。 发明点3：发明了一种高水率快凝充填材料及其制备与使用方法。发明的材料具备如下独特优点：①结水率高。材料结水体积达到97%时自然状态下不泌水，并灯一定强度；②速凝早强。材料浆液混合后可在3-30min内初凝，Id强度即可达到终凝强度的50%以上；③强度可调。材料固结体单轴抗压强度在0.1-20MPa以内随意调配；以该技术发明为支撑，成立专业公司，首次建成了年产能力达20万t的“超高水材料”生产线，满足了现代化矿井持续规模化充填采煤的需求。 该项成果获授权发明专利13项；发表学术论文63篇(其中SC1/EI检索18篇)，出版专著2部；已颁布行业标准2项；获省部级一等奖2项，二等奖2项，核心发明专利先后获中国煤炭工业专利一等奖和国家知识产权局专利优秀奖。 该项成果整体解决了充填采煤的技术难题，是世界充填采煤技术攻关取得的重大突破性进展。达到的技术指标为：充填工作面长度突破100m、采高突破4.5m；采空区充实率达到92%以上；建筑物下采区煤炭采出率达到85%以上；单面年产能力突破了100万t。该项成果创建了完整的基础理论体系、工艺技术体系和规模化产业体系，形成了行业技术标准，已先后在河北、河南、山西等省10余个矿区、30余对矿井推广应用，取得了显著的经济、社会和环境效益，为促进煤炭资源绿色开采、生态矿山建设和行业持续健康发展提供了技术保障。