[发明专利]绿色充填矿山开采技术及工艺

说明书

本发明公开了绿色充填矿山开采技术及工艺；本发明的目的在于提供绿色充填矿山开采技术及工艺，具备充分回收“三下”压矿和边角残矿，延长矿井服务年限，最大限度地回收矿产资源。降低采空区突水、瓦斯爆炸、有害气体突出、浮煤自燃等事故发生可能性，抑制煤层及顶底板的动力现象，有效控制冲击地压，提高矿井安全保障程度；可以降低碳排放量，为国家碳达峰，碳中和做贡献的优点，解决了资源回采率低，采空区大量存在且埋深小，极易因井下空区垮冒造成地表塌陷，农田和工业场地安全；大量固体废弃物造成环境污染。工业生产产生的煤矸石等大量固体废渣，排弃在地表堆存，不仅占用大量土地，而且极易造成环境污染的问题。

技术领域

本发明涉及矿山开采技术领域，具体为绿色充填矿山开采技术及工艺。

背景技术

将一种或多种固体物料与水进行优化组合，配制成具有一定稳定性、流动性、可塑性的牙膏状的浆体，在外加力(泵压)或重力作用下以柱塞流的形态，用管道输送到地下采空区完成充填作业的过程，称之为膏体充填。当砂浆的体积浓度大于50％时，料浆成稳定的粥状膏体，并像塑性结构体一样在管道中作整体运动，膏体中的固体颗粒一般不发生沉淀，层间也不出现交流，而呈现“柱塞状”的运动状态。膏体柱塞断面上的速度和浓度的变化为常数，只是润滑层的速度有一定的变化。细粒物料像一个圆环，集中在管壁周围的润滑层慢速运动，起到“润滑”的作用。由于膏体料浆的塑性粘度和屈服切应力均较大，因而只能施加外力克服膏体屈服应力后，方可流动。

进人21世纪，矿山开采将转向深部矿体、“三下矿体”以及其它复杂难采矿体。地压控制问题将日益突出，并成为深部高效、安全作业的主要障碍。胶结充填是深部及复杂应力环境下地压控制的有效途径之一，因此、充填采矿法和充填工艺技术越来越受到人们的重视。充填工艺技术也在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新与进步。一方面通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识，研究开发来源广泛、成本低廉、便于制浆和输送、充填体强度高的新型充填材料；另一方面、通过对充填体力学作用机理的探讨，结合采矿作业要求，研究新的充填工艺和方式。正是在此基础上结合现代矿山充填技术发展的趋势，逐渐形成了似膏体充填新思想，研究了一种新的充填技术，大部分矿产采用横撑支护的空场采矿法，这种方法开采厚大矿体时。造成矿石的巨大损失、井下灾害的发生和矿山服务期限的缩短，同时基于采用选厂分级尾砂进行水砂充填的充填工艺，充填料中过量的-325目细粒留在充填分层的表面；形成的充填体没有凝聚力，无法形成稳固的、能够自立的帮壁，使回采作业难以继续进行，而采用硅酸盐水泥或其他胶凝材料添加到低浓度水砂充填料中，该工艺在使用中存在料浆凝固慢。离折分层，强度低且不均匀等现象:计下脱水时胶凝材料及细粒级尾砂流失；井下废水、细泥污染环境、排水、排泥费用高:采场回采周期长、生产能力低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供绿色充填矿山开采技术及工艺，具备充分回收“三下”压矿和边角残矿，延长矿井服务年限，最大限度地回收矿产资源。减轻矿山开采对地表的影响，减少耕地占用和矿区村庄搬迁，保护土地资源，保护和改善矿区生态环境，促进资源开发与生态环境协调发展；可以使矸石不升井，不上山，减少地面矸石和建筑垃圾，减轻它对人类和自然环境的危害；减少井下采空区水、瓦斯积聚空间，降低采空区突水、瓦斯爆炸、有害气体突出、浮煤自燃等事故发生可能性，抑制煤层及顶底板的动力现象，有效控制冲击地压，提高矿井安全保障程度；可以降低碳排放量，解决了资源回采率低，资源浪费严重。目前井下开采，留下大量的矿柱支撑顶板，造成资源积压或浪费，矿山资源回收率低；矿井下开采可能导致地表村庄及工业设施安全问题。采空区不充填，留存了大量采空区，且部分采空区已靠近村庄和工业场地。采空区大量存在且埋深小，极易因井下空区垮冒造成地表塌陷，危及地表村庄、农田和工业场地安全；大量固体废弃物造成环境污染。工业生产产生的煤矸石等大量固体废渣，排弃在地表堆存，不仅占用大量土地，而且极易造成环境污染的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：绿色充填矿山开采技术及工艺包括以下步骤：