一种煤矿固废减排率确定方法技术

本发明专利技术提供了一种煤矿固废减排率确定方法，利用煤矸分选设备、胶带输送机及充填开采液压支架等设备将煤矸在井下完成分选与充填，而年充填矸石固废量与年生产矸石固废量之比为煤矿固废减排率，根据开采与掘进工作面计算年生产矸石固废量，年充填矸石固废量计算步骤如下：首先，测试固废充填材料压实前容重ρ1；然后，开展固废充填材料侧向压缩试验，并对应力

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿固废减排率确定方法


[0001]本专利技术涉及充填开采领域，具体而言，涉及一种煤矿固废减排率确定方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下就地充填开采技术作为一种采空区固体充填采煤方法，利用井下采空区处理煤矸石固体废弃物，不仅减少煤矿固体废弃物地面排放、解放矿井提升能力，而且大幅减轻开采沉陷灾害、提高资源回收率，已成为实现煤矿绿色开采的一项关键技术。在煤矿井下就地充填采煤技术中，通过在井下建立分选硐室和破碎硐室，将井下开采煤炭资源运输至分选硐室进行井下煤矸分选，分离后的矸石固废经带式运输机运至破碎硐室进行破碎，破碎后的矸石固废再井下带式输送机、转载机等运输设备运输至采空区，借助多孔底卸式输送机、充填采煤液压支架、夯实机构等关键充填设备实现井下采空区矸石固废就地充填。在井下处置矸石固废过程中，煤矿固废减排率是影响评价井下处置矸石充填效果的关键因素之一，如果能够及时准确的确定煤矿固废减排率，可以有效评价井下充填工作面矸石固废就地充填效果，而且也可以为整个充填工作面。因此，研究一种基于井下就地充填的煤矿固废减排率确定方法可以有效评价矿井采空区固体废弃物就地充填效果。

技术实现思路

[0003]为了弥补以上不足，本专利技术提供了一种煤矿固废减排率确定方法，旨在改善上述
技术介绍
中的问题。
[0004]本专利技术实施例提供了一种煤矿固废减排率确定方法，包括以下步骤：
[0005]S1.通过在一定充实率条件下，获取年充填矸石固废质量M2与年生产矸石固废质量M1的比值；
[0006]S2.计算年生产矸石固废质量M1依据煤矿综采工作面和掘进工作面开采产生的煤炭质量和矸石固废质量；
[0007]S3.利用固废充填材料压实前后的质量守恒原理，确定在一定侧向压力下作用下固废充填材料被压实后的容重；
[0008]S4.由矸石固废充填材料受侧向压力影响的函数关系，计算得到年充填矸石固废质量M2，进而确定煤矿固废减排率。
[0009]在一种具体的实施方案中，所述S1中年充填矸石固废质量M2与年生产矸石固废质量M1的比值为以下计算公式：
[0010][0011]在一种具体的实施方案中，所述S2中计算年生产矸石固废质量M1依据煤矿综采工作面和掘进工作面开采产生的煤炭质量和矸石固废质量包括以下公式：
[0012][0013]式中：D
i
为矿井综采工作面宽度，单位m；L
i
为矿井综采工作面年推进距离，单位m；H
m
为综采工作面高度，单位m；ρ
m
为综采工作面煤炭容重，单位kg/m3；g为综采工作面含矸率，单位％；i为矿井同时综采工作面数量，单位个；J
n
为矿井掘进工作面宽度，单位m；B
n
为矿井掘进工作面年推进距离，单位m；H
j
为掘进工作面高度，单位m；ρ
g
为掘进工作面矸石容重，单位kg/m3；n为掘进工作面数量，单位个；D
c
为充填工作面宽度，单位m；L
c
为充填工作面年推进距离，单位m；H
c
为充填工作面高度，单位m。
[0014]在一种具体的实施方案中，所述S3中确定在一定侧向压力下作用下固废充填材料被压实后的容重的具体方法为：当矸石固废充填材料充填进入采空区后，固废充填材料受到来自侧向夯实机构施加的夯实力，在侧向夯实力作用下致使固废充填材料压缩为具有一定充实率工况下的充填体，设计实验室侧向压缩试验，由实验室试验及数据拟合计算获取充填材料的压实容重ρ
k
。
[0015]在一种具体的实施方案中，所述压实容重ρ
k
的计算步骤如下：
[0016]步骤一、确定矸石固废充填材料在侧向压力试验箱体中的初始装料高度h1、装料质量m1及箱体尺寸的长宽分别为l1和l2；
[0017]步骤二、计算矸石固废充填材料压实前的容重ρ1，即：
[0018][0019]步骤三、采用伺服试验机对矸石固废充填材料进行侧向压缩试验，记录加载过程中的侧向应力(σ)与侧向应变(ε)；
[0020]步骤四、绘制应变
‑
应力曲线，按一定相关系数对曲线进行拟合得到矸石固废充填材料压实过程中的应变
‑
应力函数关系，即：
[0021]ε＝ε(σ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；
[0022]步骤五、根据压实过程中质量守恒定律ρ1l1l2h1＝ρ(σ)l1l2h1(1
‑
ε(σ))，得到矸石固废充填材料压实过程中容重
‑
侧向应力的函数关系，即：
[0023][0024]步骤六、当矸石固废充填材料充填入采空区后，固废充填材料受到来自充填液压支架夯实机构的侧向应力σ
k
的作用，变成具有一定充实率的充填体，根据步骤
⑤
中式(5)，得到该充填体在侧向应力σ
k
作用下的容重ρ
k
，即：
[0025][0026]在一种具体的实施方案中，所述S4中计算得到年充填矸石固废质量M2中年充填矸石固废质量M2的计算公式为：
[0027][0028]式中，为充填工作面充实率，单位％。
[0029]在一种具体的实施方案中，所述S4中确定煤矿固废减排率中煤矿固废减排率的计算公式为：联立式(1)、(2)与(7)，得到煤矿固废减排率的计算公式，即：
[0030][0031]在一种具体的实施方案中，所述矿井综采工作面宽度D
i
、掘进工作面宽度J
n
，以及充填工作面宽度D
c
根据矿井工程地质条件以及采区区段工作面规划进行确定；所述综采工作面年推进长度L
i
、掘进工作面年推进长度B
n
以及充填工作面推进长度L
c
根据矿井采煤机、综掘机等设备在矸石固废就地充填作业条件下的实际日推进速度和年工作日进行计算；所述综采工作面高度H
m
、掘进工作面高度H
j
以及充填工作面高度H
c
据综采工作面、掘进工作面以及充填工作面的煤层厚度进行确定；所述综采工作面煤炭容重ρ
m
通过取煤样多次实测取平均值得到，所述掘进工作面矸石容重ρ
g
通过取矸石试样多次实测取平均值得到；所述矿井煤炭含矸率g通过矿井煤矸分选实测得到。
[0032]在一种具体的实施方案中，所述侧向应力σ
k
范围为1～3MPa。
[0033]在一种具体的实施方案中，所述矿井充填工作面充实率不低于85％。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0035]本专利技术将压实后容重作为一个重要参数，是分析矸石固废充填材料充填量与矸石固废生产量比例关系的重要参数；本专利技术对矿井煤炭分选矸石进行现场取样，将取样得到的矸石固废配制成固体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿固废减排率确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.通过在一定充实率条件下，获取年充填矸石固废质量M2与年生产矸石固废质量M1的比值；S2.计算年生产矸石固废质量M1依据煤矿综采工作面和掘进工作面开采产生的煤炭质量和矸石固废质量；S3.利用固废充填材料压实前后的质量守恒原理，确定在一定侧向压力下作用下固废充填材料被压实后的容重；S4.由矸石固废充填材料受侧向压力影响的函数关系，计算得到年充填矸石固废质量M2，进而确定煤矿固废减排率。2.根据权利要求1所述的一种煤矿固废减排率确定方法，其特征在于，所述S1中年充填矸石固废质量M2与年生产矸石固废质量M1的比值为以下计算公式：3.根据权利要求2所述的一种煤矿固废减排率确定方法，其特征在于，所述S2中计算年生产矸石固废质量M1依据煤矿综采工作面和掘进工作面开采产生的煤炭质量和矸石固废质量包括以下公式：式中：D
i
为矿井综采工作面宽度，单位m；L
i
为矿井综采工作面年推进距离，单位m；H
m
为综采工作面高度，单位m；ρ
m
为综采工作面煤炭容重，单位kg/m3；g为综采工作面含矸率，单位％；i为矿井同时综采工作面数量，单位个；J
n
为矿井掘进工作面宽度，单位m；B
n
为矿井掘进工作面年推进距离，单位m；H
j
为掘进工作面高度，单位m；ρ
g
为掘进工作面矸石容重，单位kg/m3；n为掘进工作面数量，单位个；D
c
为充填工作面宽度，单位m；L
c
为充填工作面年推进距离，单位m；H
c
为充填工作面高度，单位m。4.根据权利要求3所述的一种煤矿固废减排率确定方法，其特征在于，所述S3中确定在一定侧向压力下作用下固废充填材料被压实后的容重的具体方法为：当矸石固废充填材料充填进入采空区后，固废充填材料受到来自侧向夯实机构施加的夯实力，在侧向夯实力作用下致使固废充填材料压缩为具有一定充实率工况下的充填体，设计实验室侧向压缩试验，由实验室试验及数据拟合计算获取充填材料的压实容重ρ
k
。5.根据权利要求4所述的一种煤矿固废减排率确定方法，其特征在于，所述压实容重ρ
k
的计算步骤如下：步骤一、确定矸石固废充填材料在侧向压力试验箱体中的初始装料高度h1、装料质量m1及箱体尺寸的长宽分别为l1和l2；步骤二、计算矸石固废充填材料压实前的容重ρ1，即：步骤三、采用伺服试验机对矸石固废充填材料进行侧向压缩试验，记录加载过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：董祥林，李猛，魏祥平，张吉雄，马军，董超伟，张燕海，冯文昌，王海涛，
申请(专利权)人：淮北矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：