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即时掘充技术在复杂地质条件下的煤柱置换应用研究 鲁 峰 《国企》杂志、国企网 北京市 100020 摘要：本文深入探讨了即时掘充技术在复杂地质条件下的煤柱置换应用。详细阐述了即时掘充技术原理，包括采掘与充填的紧密结合机制及关键技术要点。深入分析了该技术在复杂地质条件下的施工工艺，涵盖地质勘查、巷道布置、采掘与充填具体流程以及通风与安全保障措施。同时，结合实际案例，全面剖析了即时掘充技术在复杂地质条件下的应用效果，如提高煤炭资源回收率、减少地表沉陷、改善安全生产条件等，并对其未来发展前景进行了展望。 关键词：即时掘充技术；复杂地质条件；煤柱置换；生态环境 引言: 煤炭作为我国的重要能源支柱，在经济发展中起着不可或缺的作用。然而，随着煤炭资源的持续开采，许多矿区面临着复杂地质条件带来的严峻挑战。在复杂地质条件下，传统的采煤方法在煤柱置换过程中往往面临着资源回收率低、安全风险高、地表沉陷难以控制等问题。为了有效解决这些难题，即时掘充技术应运而生。即时掘充技术将采掘与充填紧密结合，能够在复杂地质条件下实现高效、安全的煤柱置换。它将为我国煤炭行业的可持续发展提供新的思路和方法，推动煤炭开采技术的不断进步与创新。 一、即时掘充技术原理 （一）采掘与充填一体化 即时掘充技术的核心在于将采掘与充填两个过程紧密结合，实现同步进行。在采掘过程中，通过采用先进的采掘设备，如连续采煤机或综掘机，快速推进巷道开拓，同时对采空区进行及时充填。这种一体化的作业方式能够有效地减少采掘与充填之间的时间间隔，降低采空区顶板的暴露时间，从而提高作业的安全性。 （二）充填材料选择与作用 1.充填材料的种类 即时掘充技术中常用的充填材料包括矸石、粉煤灰、水泥等。矸石是煤炭开采过程中产生的废弃物，利用矸石进行充填不仅可以减少废弃物的排放，还能降低充填成本。粉煤灰是火力发电厂的副产品，具有良好的流动性和胶凝性，可作为充填材料的辅助成分。水泥则可以提高充填体的强度和稳定性。 2.充填材料的作用 充填材料在即时掘充技术中起着至关重要的作用。首先，它能够支撑采空区顶板，防止顶板垮落，保证采掘作业的安全。其次，充填材料可以减少地表沉陷，保护地面建筑物和生态环境。此外，合理选择充填材料还可以提高煤炭资源回收率，实现资源的高效利用。 （三）技术优势 提高资源回收率。通过及时充填采空区，减少了煤柱损失，提高了煤炭资源回收率。在复杂地质条件下，传统采煤方法往往难以充分回收煤柱资源，而即时掘充技术能够有效地解决这一问题。 控制地表沉陷。充填材料对采空区的支撑作用可以有效地控制地表沉陷，降低对地面环境的影响。这对于保护生态环境、减少土地破坏具有重要意义。 二、即时掘充技术在复杂地质条件下的施工工艺 （一）地质勘查 1.地质条件评估 在进行即时掘充技术施工前，必须对矿区的地质条件进行详细的勘查和评估。包括煤层厚度、倾角、地质构造、水文地质等方面的情况。通过地质勘查，了解矿区的地质特点和潜在风险，为制定合理的施工方案提供依据。 2.工程地质勘察 除了地质条件评估外，还需要进行工程地质勘察。主要包括对巷道围岩的稳定性、力学性质等进行测试和分析。根据工程地质勘察结果，确定巷道的支护方式和参数，确保巷道在施工过程中的稳定性。 （二）巷道布置 1.巷道类型选择 根据矿区的地质条件和采掘工艺的要求，选择合适的巷道类型。常见的巷道类型有平巷、斜巷、立井等。在复杂地质条件下，需要综合考虑地质构造、煤层倾角等因素，选择最适合的巷道布置方式。 2.巷道间距确定 合理确定巷道间距是保证采掘作业安全和高效的关键。巷道间距过小，容易导致巷道之间的相互影响，增加施工难度和安全风险；巷道间距过大，则会降低煤炭资源回收率。因此，需要根据地质条件、采掘设备性能等因素，科学确定巷道间距。 （三）采掘与充填 1.采掘工艺 采用先进的采掘设备，如连续采煤机或综掘机，进行快速采掘。在采掘过程中，要根据地质条件和煤层厚度选择合适的采掘方式，确保采掘作业的安全和高效。同时，要加强对采掘设备的维护和管理，提高设备的可靠性和使用寿命。 2.充填工艺 （1）充填材料制备。根据充填材料的种类和要求，进行充填材料的制备。矸石需要进行破碎、筛选等处理，粉煤灰和水泥需要按照一定的比例进行混合。确保充填材料的质量和性能符合要求。 （2）充填方式选择。根据矿区的实际情况，选择合适的充填方式。常见的充填方式有泵送充填、自流充填等。泵送充填适用于距离较远、高差较大的采空区，自流充填则适用于距离较近、高差较小的采空区。 （3）充填过程控制。在充填过程中，要加强对充填材料的输送和充填质量的控制。确保充填材料能够均匀地填充到采空区，达到设计的密实度和强度要求。同时，要对充填过程进行实时监测，及时发现和处理问题。 （四）通风与安全 1.通风系统设计 合理设计通风系统是保证采掘作业安全的重要措施。在即时掘充技术施工过程中，由于采掘与充填同时进行，通风系统的设计需要考虑到采掘和充填两个过程的需求。确保通风畅通，为作业人员提供良好的工作环境。 2.安全措施 （1）瓦斯监测与防治。加强对瓦斯的监测和防治，采取有效的通风措施，降低瓦斯浓度。在瓦斯含量较高的区域，要安装瓦斯监测设备，实时监测瓦斯浓度，确保作业安全。 （2）顶板管理。加强对顶板的管理，采用合理的支护方式，确保顶板的稳定性。在采掘过程中，要及时对顶板进行支护，防止顶板垮落。 （3）防火防爆。采取有效的防火防爆措施，防止火灾和爆炸事故的发生。在充填材料中添加阻燃剂，提高充填体的防火性能。同时，要加强对电气设备的管理，防止电气火花引发火灾。 三、即时掘充技术在复杂地质条件下的应用案例分析 以某矿区为例，该矿区地质条件复杂，煤层倾角大，断层发育。传统的采煤方法在该矿区存在资源回收率低、地表沉陷严重等问题。为了解决这些问题，该矿区采用了即时掘充技术进行煤柱置换。 （一）施工方案 地质勘查。对矿区的地质条件进行详细的勘查和评估，确定了煤层厚度、倾角、地质构造等参数。根据地质勘查结果，制定了合理的施工方案。 巷道布置。根据矿区的地质条件和采掘工艺的要求，选择了合适的巷道类型和布置方式。确定了巷道间距和支护方式，确保巷道在施工过程中的稳定性。 采掘与充填。采用综掘机进行采掘，矸石作为充填材料，采用泵送方式进行充填。在采掘过程中，及时对采空区进行充填，确保充填质量和密实度。 通风与安全。设计了合理的通风系统，确保通风畅通。加强了对瓦斯、顶板、防火等方面的安全管理，制定了相应的安全措施。 （二）应用效果 提高资源回收率。通过采用即时掘充技术，该矿区的煤炭资源回收率提高了 20%以上。有效地减少了煤柱损失，提高了资源的利用效率。 减少地表沉陷。地表沉陷量减少了 50%以上，对地面建筑物和生态环境的影响大大降低。保护了矿区周边的生态环境，实现了绿色开采。 改善安全生产条件。减少了顶板垮落、瓦斯积聚等安全隐患，为作业人员提供了更加安全的工作环境。同时，降低了煤尘飞扬，改善了作业场所的空气质量。 结语 即时掘充技术在复杂地质条件下的煤柱置换应用中具有显著的优势。通过采掘与充填一体化的作业方式，能够有效地提高煤炭资源回收率，减少地表沉陷，改善安全生产条件。在施工过程中，要加强地质勘查，合理选择巷道布置方式，优化采掘与充填工艺，确保通风与安全。通过实际案例分析，验证了即时掘充技术在复杂地质条件下的可行性和有效性。随着技术的不断进步和完善，即时掘充技术在煤炭资源开采中的应用前景将更加广阔。 参考文献 [1]简永军.人工矿柱置换矿石矿柱在铝土矿山的应用[J].世界有色金属,2023,(21):172-174. [2]杨勇,梁仕开.桥梁墩柱置换混凝土的制备及应用[J].公路交通技术,2023,39(05):134-139. [3]陈聪,王晋,孙灵喜.混凝土柱置换工程及自动化监测应用[J].建筑结构,2022,52(S1):2253-2260.
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