【正文】 外礦山充填技術(shù)的發(fā)展均經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，但國(guó)內(nèi)的發(fā)展要比國(guó)外滯后 10~20 年，由于借鑒了國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)行科技創(chuàng)新，因而其差距已逐步縮小。礦山充填雖然已達(dá)數(shù)百年的歷史，但早期的是從礦山排棄地下廢料開始的，最早有計(jì)劃地進(jìn)行充填的是 1915 年澳大利亞的塔斯馬尼亞芒特萊爾礦和北萊爾礦應(yīng)用廢石充填采煤。我國(guó)在撫順用廢油母頁巖充填采空區(qū)，下沉系數(shù)為 ；蛟河煤礦將矸石破碎作為充填物料，其下沉系數(shù)為 。國(guó)外使用的充填料通常是河砂、煤矸石和電廠粉煤灰等。充填采煤在波蘭、德國(guó)發(fā)展應(yīng)用效果好且廣泛。國(guó)外在重要建（構(gòu)）筑物下開采時(shí)，也曾采用混凝土充填。按充填方式可分為水力充填、風(fēng)力充填、機(jī)械充填、矸石自溜充填等?？傊?，該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)對(duì)充填采煤方法的發(fā)展具有重要意義，對(duì)“三下”壓煤開采技術(shù)的發(fā)展具有推動(dòng)作用，其科學(xué)與工程技術(shù)意義重大。（2）實(shí)現(xiàn)矸石等固體廢棄物井下處理，改善礦區(qū)周邊生態(tài)與生存環(huán)境該項(xiàng)技術(shù)的成功實(shí)施，可解決矸石等地面排放帶來的生態(tài)環(huán)境破壞問題，改善礦區(qū)周邊的環(huán)境，以及生存與生活環(huán)境。該技術(shù)的研究具有以下重要意義：X 可行性研究報(bào)告第 3 頁（1）提高礦井煤炭采出率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限研發(fā)的綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)可安全高效采出“三下”壓煤，采出率可達(dá) 85%，延長(zhǎng)了礦井的服務(wù)年限。由此可知，研發(fā)一種實(shí)現(xiàn)“三下”壓煤規(guī)模性開采、解決固體廢棄物排放等問題的技術(shù)，是陽泉礦區(qū)亟待解決的重大科學(xué)與工程技術(shù)難題。此外矸石、粉煤灰風(fēng)化后的粉塵嚴(yán)重影響了礦區(qū)的空氣質(zhì)量，淋雨后其中含有的重金屬物質(zhì)又進(jìn)入地下水，污染水資源；同時(shí)矸石山內(nèi)部容易發(fā)熱自燃，釋放有害氣體（據(jù)估計(jì)僅陽泉礦區(qū)周邊矸石山每年釋放的 SO2 就達(dá) 2 萬 t） ，潛藏爆炸危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅礦區(qū)群眾的安全。陽泉礦區(qū)的固體廢棄物由于多年積累，城市周圍分布著 26 座矸石山，其占地超過 4300 畝、矸石存量超過 2 億 t，此外還有超過 2022 萬 t 的電廠粉煤灰未得到有效處理。就陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司而言，整個(gè)礦區(qū)壓煤量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)歷年累計(jì)堆放的煤矸石達(dá) 55 億 t，規(guī)模較大的矸石山有 1600 多座，占用土地約 萬中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司第 2 頁kh2，且每年還以 ~ 億 t 的速度繼續(xù)增加。目前采出的“三下”壓煤大約 75%是靠搬遷實(shí)現(xiàn)的，但導(dǎo)致了大量塌陷區(qū)，造成嚴(yán)重的生態(tài)與環(huán)境破壞，而且相當(dāng)一部分建筑物具有特殊的歷史或象征意義也難以搬遷。建（構(gòu)）筑物下壓煤?jiǎn)栴}直接影響著礦井的正常生產(chǎn)，造成生產(chǎn)接替緊張、產(chǎn)量降低、服務(wù)年限縮短，而且影響礦井的生產(chǎn)布局和總體規(guī)劃，嚴(yán)重制約著礦井的可持續(xù)發(fā)展。目前多數(shù)礦井都存在“三下”壓煤的問題，一般都占礦井可采儲(chǔ)量的 10~30％，部分高達(dá) 40％。目前許多礦區(qū)不得不面對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)無法開采的“三下” （建筑物下、鐵路下、水體下）壓煤難題。 綜 合 機(jī) 械 化 固 體 充 填 采 煤 技 術(shù)可行性研究報(bào)告（初稿） 第 I 頁目 錄1 緒 論 .........................................................................................................1 立項(xiàng)背景及意義 ......................................................................................................1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ......................................................................................................3 研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 ..............................................................................................82 固體充填采煤技術(shù)總體構(gòu)思及技術(shù)關(guān)鍵 .............................................11 采礦地質(zhì)條件 ........................................................................................................11 現(xiàn)有技術(shù)及條件 ....................................................................................................15 充填采煤技術(shù)的總體構(gòu)思 ....................................................................................18 技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn) ................................................................................................193 充填物料井上下運(yùn)輸及垂直投料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................20 充填物料井上運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................20 充填物料垂直投料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................22 井下矸石不升井系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................................................294 固體充填采煤關(guān)鍵設(shè)備的選型 與設(shè)計(jì) .................................................33 充填采煤關(guān)鍵設(shè)備的性能要求 ............................................................................33 充填采煤液壓支架設(shè)計(jì) ........................................................................................36 全斷面夯實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................48 多孔底卸式輸送機(jī)設(shè)計(jì) ........................................................................................50 自移式充填物料轉(zhuǎn)載輸送機(jī)設(shè)計(jì) ........................................................................53 其它配套設(shè)備選型 ................................................................................................545 固體充填采煤系統(tǒng)布置及工藝設(shè)計(jì) .....................................................56 充填采煤區(qū)域方案設(shè)計(jì) ........................................................................................56 充填與采煤工藝設(shè)計(jì) ............................................................................................626 固體充填采煤地表沉陷預(yù)計(jì) .................................................................67 充填采煤地表控制原理分析 ................................................................................67 充填采煤地表沉陷預(yù)計(jì)方法選擇 ........................................................................69X X第 II 頁 地表建（構(gòu)）筑物概況及高速公路的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) ................................................72 充填采煤沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)選擇 ................................................................................73 充填采煤沉陷預(yù)計(jì)結(jié)果 ........................................................................................747 項(xiàng)目投資與效益分析 .............................................................................81 項(xiàng)目的各項(xiàng)投資分析 ............................................................................................81 充填采煤噸煤成本分析 ........................................................................................83 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析 ............................................................................................84X 可行性研究報(bào)告第 1 頁1 緒 論 立項(xiàng)背景及意義煤炭作為我國(guó)主要的支撐能源，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，位于煤炭下游的電力、鋼鐵、鐵路等行業(yè)對(duì)煤炭的需求逐年加大，導(dǎo)致近年來煤炭開采速度加快，隨著礦井開采年限的延長(zhǎng)和采深的延伸，一大批資源礦井逐步進(jìn)入殘采階段，部分礦井已進(jìn)入衰退期，有的甚至關(guān)井轉(zhuǎn)產(chǎn)。煤礦的“衰老”現(xiàn)象已成為資源型企業(yè)的共性問題，社會(huì)各界對(duì)有衰退傾向的礦井給予了足夠的重視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)國(guó)有骨干大中型礦井“三下”壓煤量達(dá)到 140 億 t 以上，然而到目前為止，從“三下”采出的煤炭?jī)H有 10 億 t 左右，占整個(gè)“三個(gè)”壓煤量的 7%左右。由此可見，隨著礦區(qū)煤炭資源的枯竭及相關(guān)行業(yè)對(duì)煤炭需求量的繼續(xù)加大，礦區(qū)“三下”壓煤?jiǎn)栴}逐漸凸現(xiàn)出來，而建（構(gòu)）筑物下壓煤尤為突出。幾十年來，為了解決“三下”壓煤?jiǎn)栴}，各級(jí)地方政府和煤礦企業(yè)都做了大量的工作，科技人員也進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)研發(fā)和推廣普及工作，使“三下”采煤技術(shù)的整體水平有了較大的提高，開發(fā)了包括遷村開采、條帶開采、限厚開采、協(xié)調(diào)開采、離層帶注漿充填采煤、膏體充填采煤等多種技術(shù)，然而這些技術(shù)成本過高，且不能達(dá)到高效機(jī)械化，無法規(guī)模性的開采“三下”壓煤。同時(shí)，煤礦生產(chǎn)中排放大量的固體廢棄物矸石，傳統(tǒng)的方式是直接堆放于地表，形成煤礦特有的地表特征“建筑物”—矸石山。同時(shí)礦區(qū)的自備電廠生產(chǎn)過程中也排放了大量的粉煤灰，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)粉煤灰存量已超過 5 億 t，且以每年5000~7000 萬 t 的速度快速增加，給礦區(qū)帶了新的難題。例如寺家莊煤礦地質(zhì)儲(chǔ)量 億 t，其中村莊和水資源壓煤量 億 t，占總資源儲(chǔ)量的%；五礦后備區(qū)地質(zhì)儲(chǔ)量 億 t，其中村莊和環(huán)境保護(hù)區(qū)壓煤量達(dá) 億t，占到總資源量的 38%；二礦合計(jì)全部壓煤量達(dá) 億 t；山西新元煤炭有限責(zé)任公司“三下”壓煤資源約 億 t，約占可采儲(chǔ)量 億 t 的 36%，僅太舊高速保護(hù)煤柱的壓煤就達(dá)到 億 t，而準(zhǔn)備采用充填采煤技術(shù)的井田西北部太舊高速和村莊下壓煤達(dá)到 4000 萬 t；這些壓煤資源的無法開采嚴(yán)重影響了集團(tuán)公司煤礦的生產(chǎn)建設(shè)，制約著公司的可持續(xù)發(fā)展。這些固體廢棄物的排放不僅占用了大量土地，還增加了企業(yè)生產(chǎn)的附加成本（僅山西新元煤炭有限公司 2022 年的排矸費(fèi)用就高達(dá) 2540 萬元） 。這些固體廢棄物的治理問題已經(jīng)成為陽泉礦區(qū)建設(shè)和諧生態(tài)、建設(shè)和諧礦區(qū)的一大障礙。通過調(diào)研，陽泉集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，提出了“綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)”項(xiàng)目研究，旨在通過研發(fā)工作面固體充填采煤設(shè)備及工藝等技術(shù)，在保證地表建（構(gòu)）筑物安全使用的前提下，達(dá)到開采出“三下”壓煤的目的，并實(shí)現(xiàn)固體廢棄物井下處理減少輔助運(yùn)輸壓力、降低排矸費(fèi)用，減少固體廢棄物地面堆積對(duì)環(huán)境的污染破壞，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。同時(shí)，緩解了資源枯竭型礦井帶來的人員就業(yè)問題，確保了礦區(qū)社會(huì)的穩(wěn)定。（3）革新煤礦企業(yè)的采煤方法，為類似條件礦井開采提供重要的技術(shù)借鑒該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，將推動(dòng)我國(guó)“三下”壓煤開采技術(shù)的發(fā)展，革新充填采煤技術(shù)，為我國(guó)存在類似問題的礦井開采提供重要的技術(shù)借鑒。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀充填采煤就是在用井下或地面的矸石、粉煤灰等充填物料充入采空