井下矸石

井下矸石（精选4篇）

井下矸石 篇1

摘要：结合龙东煤矿东二采区充填巷道的布置情况, 介绍了井下巷道矸石充填技术的关键设备及其结构原理, 并对该施工技术的具体工艺流程进行了分析, 以提高井下煤炭资源的回收率。

关键词：煤矿,井下矸石,充填技术,煤炭资源

0 引言

东二采区作为龙东煤矿下一步主要接续采区, 需要施工东翼运输巷和东翼回风巷两条总长度约3 500 m的开拓岩巷, 为缓解生产接续、提高岩巷单进水平, 合理解决村庄压煤问题, 实施了井下巷道矸石充填技术。经综合分析充填地点选择距东翼运输巷较近的东一工作面采空区和F8断层之间的下山煤柱, 该区域位于-285东一车场西侧, 距副井3 600 m, 上部为F8断层, 下部为7314, 7316等工作面采空区, 南北平均宽为102 m, 东西长为760 m, 面积为77 520 m2。该区域地面位置为江苏省杨屯镇卞庄新村。

1 充填巷道的布置情况

为了便于对岩巷掘进产生的矸石进行井下巷道充填, 本着少投入和系统简单顺畅的原则, 在东翼运输巷和充填巷之间施工一条长71 m的充填联络巷, 巷道宽度为4 m, 高度为2.4 m, 采用锚网 (索) 联合支护。充填联络巷上方施工一个直径3.5 m的矸石仓作为掘进迎头转运矸石的临时储料仓, 矸石仓上口与东翼运输巷贯通, 下口与充填巷相连, 这样就形成了矸石由东翼运输巷向各充填巷之间充矸的充填系统。

在充填区域平行东一轨道下山布置充填巷, 并且与东一采区原12号煤仓沟通, 形成掘进出煤系统。充填巷道沿煤层倾向布置, 下山坡度7°, 实现附填, 以提高充填率。充填巷道宽度为4.6 m, 高度为4.0 m, 沿煤层顶板掘进, 采用锚杆支护。第一条充填巷平行东一轨道下山布置, 其他充填巷在东一采空区与F8断层之间依次平行布置, 留5 m净煤柱。该区域可布置充填巷9条, 总长度约为4 700 m。

2 主要充填设备和结构原理

由于矸石仓的位置在一定时期内相对不变, 而充填巷迎头因被不断充填, 其位置逐步向后移动, 即矸石仓与充填巷迎头之间相对距离是变化的, 因此, 所设计制作的转运设备必须能够方便于伸缩并能充满整个巷道断面。本技术的关键设备是伸缩皮带机、转载皮带机、抛矸机和皮带缓冲床等。皮带运输机、耙装机是已有设备。图1是伸缩皮带机、转载皮带机、抛矸机总体构件图。

注:1—伸缩皮带机;2—转载皮带机;3—抛矸机

1) 伸缩皮带机。

由于矸石仓与充填巷迎头之间相对距离是变化的, 要求从矸石仓到抛矸机之间的转运皮带必须是可伸缩的。伸缩皮带机是矸石从矸石仓开始转运的第一个设备, 如图1中1所示。

结构:由Ф89×950 mm平托辊、Ф320 mm滚筒、Ф400 mm滚筒、Ф500 mm主滚筒、Ф89×280 mm三联托辊及SGB-620/40T电机组成。

工作原理:该伸缩皮带机是由SDJ-80型带式输送机改造而成, 增加了转载皮带的伸缩机构, 使得转载皮带机可在其卸载仓内长度方向上自由伸缩。使用涨紧绞车配合皮带机的缩进和涨紧对转载皮带机进行伸缩。皮带机伸缩长度范围3 m~20 m;输送带种类为阻燃皮带, 输送带的宽度800 mm。

2) 转载皮带机。

转载皮带机是伸缩皮带机与抛矸机之间的转载设备 (如图1中2所示) 。为了制造上方便, 伸缩皮带机与转运皮带机虽然在制造上分开, 但在使用上是结合的, 也就是说, 两部皮带的结合使用, 才能实现整个转运皮带的可伸缩。

结构:长22 m的伸缩皮带架 (架内皮带可伸缩距离为18 m) , Ф89×950 mm平托辊, Ф89×280 mm三联托辊, JZB-0.9型涨紧绞车。电动滚筒为YDB隔爆油冷式电动滚筒, 电动机功率为11 k W。

工作原理:该皮带机为DTL800/30型转载皮带机, 采用YDB隔爆油冷式电动滚筒驱动, 通过涨紧绞车可在改进型SDJ-80可伸缩皮带机的卸载仓内自由伸缩, 并通过可调式支腿增加伸出部分的强度。皮带机下部安装有滚轮, 可减少皮带伸缩时的阻力。三联托辊采用独立式连接机构。

3) 拋矸机。

抛矸机是最后将矸石抛投至充填巷道迎头的关键设备 (如图1中3所示) 。抛矸机的主体是一个长度为3.6 m的皮带机, 为了实现对充填巷道迎头各个位置点的抛投, 保证充填密度, 抛矸机的机头必须能实现一定的上下、左右调节, 并且有适当的皮带运转速度。

结构:80皮带、320 mm滚筒、平托辊、配套YBK2200型电动机, 电动机功率为22 k W, 转数为980 r/min;并配有XDG-5000的液压站与调节油缸各一套。

工作原理:该抛矸机采用带式传动方式, 通过YBK2200型电动机提供动力, 皮带轮变比2.4, 抛矸机带速6.8 m/s, 可调整仰角13°~25°, 左右旋转角度-8°~8°。抛矸机可随转载皮带机移动。根据使用环境通过油缸、转盘调整抛矸机的机头仰角和旋转角, 利用抛矸机6.8 m/s的带速达到矸石的抛矸落点。抛矸机中部采用转盘式旋转机构进行上下、左右调节, 底部采用船体式结构, 以增加抛矸机的浮力, 减少移动阻力。

为满足井下生产需要, 每个循环抛出矸石可通过伸缩牵引绞车同时移动转载皮带机和拋矸机, 伸缩距离18 m, 可满足一个循环的抛矸量。

4) 皮带缓冲床。

为减缓矸石对皮带机尾的冲击, 保证皮带机正常转动矸石, 在皮带机尾卸载点装设缓冲床。

结构:主要由缓冲托辊和缓冲条组成。

工作原理:缓冲床橡胶层可充分有效吸收矸石下落时的冲击力, 降低物料下落时对输送带的冲击, 改善落料点的受力状况。高分子聚乙烯表面, 可降低输送带与缓冲条之间的摩擦系数。聚乙烯层表面的弧形设计, 使输送带运行顺滑流畅;皮带缓冲床使输送带面与面接触并受力均匀, 可防止由托辊断裂、脱落造成的皮带纵向撕裂, 同时降低皮带被矸石或尖锐物料穿透后导致输送带撕裂的概率。

3 充填方案及工艺流程

1) 掘进与出矸。

龙东煤矿原井下矸石处理方法为:岩巷掘进使用耙装机将迎头矸石倒出, 装入1 t矿车, 再利用架线电机车把1 t矿车运到副井下口, 由副井绞车提升到地面后运至矸石山进行排放。这种排矸方式存在运输环节多、掘进工效低、地面环境污染严重等问题。为解决以上问题, 将东翼运输巷出矸方式由矿车运输改为皮带机运输, 从而实现抛矸机充填巷道的目的。具体做法是迎头掘进仍采用“全断面爆破法”施工, 光面正向爆破, 出矸时耙装机出矸与皮带机运输、抛矸机充填同时进行, 迎头爆破、支护后即开始出矸、充填。

每掘进30 m, 停头两个小班喷浆、钉道、移耙装机一次, 喷浆在钉道及移耙装机前进行。耙装机移到迎头后, 用耙装机钢丝绳牵引皮带机尾, 移到耙装机后, 形成充填系统。

2) 充填工艺流程。

掘进迎头产生的矸石通过耙装机 (耙装机出料槽下安设漏斗) 装入皮带运输机后运至矸石仓, 经矸石仓下口给料机给到皮带机, 由皮带机将矸石运载到充填巷伸缩皮带上, 经充填巷伸缩皮带机、转载皮带机、抛矸机将矸石抛填到充填巷迎头。

即:耙装机→皮带运输机→矸石仓→伸缩皮带机→转载皮带机→抛矸机→充填巷道。

抛矸机充填达到18 m的循环长度后需向后移动一次。移动时, 先将伸缩皮带机尾缩短一定距离, 然后向后移动抛矸机, 抛矸机移到一个新位置后继续抛矸充填巷道, 这样逐步完成一个充填循环, 达到充填巷道的目的。

4 矸石充填系统处理规模

东翼运输巷和东翼回风巷两条岩巷工程量长度约3 500 m, 平均断面积为13 m2, 原岩量为4.55万m3, 岩石碎胀系数按1.8计算, 矸石松散体积为8.019万m3。充填巷设计断面规格为4.6 m×4.0 m, 净断面18.4 m2, 充填饱满系数取0.95, 4 700 m充填巷可充填矸石8.2万m3, 基本上满足东翼运输巷和东翼回风巷两条巷道掘进岩石量的充填要求。

5 结语

井下巷道矸石充填技术提高了岩巷的单进水平。龙东煤矿东二采区需要施工的开拓岩巷工程量较大, 井下矸石不升井技术的实施, 使岩巷掘进速度由原来的110 m/月提高到135 m/月, 为东二采区正常接续创造了有利的条件;同时还实现了井下煤炭资源置换, 解放了用常规方法不可能采出的煤炭资源, 提高了资源回收率, 延长了矿井的服务年限。

参考文献

[1]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社, 2011.

[2]袁和生.煤矿巷道锚杆支护技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2013.

[3]东兆星, 刘刚.井巷工程[M].北京:中国矿业大学出版社, 2012.

煤矸石井下分选研究 篇2

煤矸石是煤炭生产过程中产生的岩石统称。包括混入煤中的岩石、巷道掘进排出的岩石、采空区中垮落的岩石、工作面冒落的岩石以及选煤过程中排出的碳质岩等,每开采1t原煤要产生150~250kg的煤矸石。全国现有矸石山1500余座,煤矸石累计堆积贮存量约30亿吨,占地超过14万亩[1,2]。煤矸石的堆存不仅占用大量良田,而且造成严重的环境污染。如何提高我国煤矸石的利用率,减少占地,减轻环境污染,是研究人员面临的重要课题。如果能在井下对煤矸进行分选,实现矸石不上井,就可以有效减少矸石排放,防治环境破坏和资源浪费,从而在根本上解决以上所有问题。

2 井上煤矸石分选

2.1 分选原理

井上煤矸分选是原煤被运出井口后,经胶带运输机运至筛分系统筛分,大于等于100mm的煤块和矸石块通过胶带机运至人工捡矸楼,由工人把矸石从原煤中捡出来。小于100mm的原煤经运输机运到洗煤厂,经过筛分和洗选,把矸石从原煤中分选出来[3]。

2.2 井上煤矸分选方法介绍

2.2.1 跳汰分选

跳汰分选以水为分选介质,是利用强烈振动造成的垂直交变介质流,使矿粒按相对密度分层并通过适当方法分别收取轻重矿物,以达到分选目的的重力选矿过程。

到20世纪末各主要产煤国在跳汰选煤技术上都有长足发展,各种跳汰设备如液压驱动式跳汰机、机械驱动式跳汰机等都日臻完善。为了降低跳汰机的分选下限,提高细粒煤的分选效果,一些国家还研制了复振跳汰机和离心跳汰机。跳汰选煤具有工艺简单、处理量大、分选效果好等优点,成为各种分选方法的首选。

2.2.2 重介质选矸

重介质选矸主要用来处理难选和极难选原煤,是一种利用阿基米德原理根据煤和矸石的密度不同进行分选的一种方法,其具体方法是:将原煤安置于一定密度的重介质中,这种重介质密度大于煤的密度,而小于矸石的密度,煤浮于介质上部,矸石沉入介质底部。这样,煤和矸石就可以实现分离,重介质一般为水和磁铁粉的混合物。

用重介质分选机选矸,分选效果好,产品质量好,经济效益较高。因此,尤其适用于动力煤选煤厂和露天矿选煤厂的块煤选矸。其优点是效率高、精度高、入选物料范围宽、能适应煤质变化、对易泥化的褐煤也可获得较好的分选效果、操作简单、便于调试等。主要缺点是工艺系统复杂、设备磨损严重、投资大、生产成本高。而其复杂的工艺也使得重介选矸根本无法在井下应用。

2.3 井上分选的弊端

从煤炭开采来看,每年生产1亿吨煤炭,排放矸石1400万吨左右;从煤炭洗选加工来看,每洗选1亿吨煤排放矸石量1500万~2000万吨。也就是说,若生产原煤10亿吨,大约排出矸石2.5亿~3亿吨。如此多的矸石排放到地面,它将占去大量的土地,同时也严重污染了环境,给人们的身体健康带来不利的影响。

3 井下煤矸分选

综上所述,井上煤矸分选技术已经比较成熟,但其在井下应用的问题还没有得到解决。井下煤矸分选设备应满足以下要求:(1)体积小,满足井下狭小的空间要求;(2)防爆性好,满足井下安全生产要求;(3)实用性强,满足所需的生产能力要求;(4)分选效果好,丢煤率满足矿井生产需要;(5)可靠性高,满足井下连续生产的要求。

3.1 井下弹力式煤矸分选机

弹力分选是利用运动物体与弹力作用板碰撞产生弹力,在弹力作用下出现不同的反弹速度和反弹轨迹,并以此来分选物料的方法。弹力式煤矸分选是利用煤和矸石与钢质弹力作用板碰撞时,弹力对煤和矸石产生不同的作用效果实现煤和矸石的分选[4]。井下弹力式煤矸分选就是弹力式煤矸分选在井下的应用。

煤和矸石以相同初速度与弹力作用板碰撞时,在不同的冲击速度作用下会发生反弹或者破碎。当以较小的冲击速度作用时,煤和矸石仅发生反弹现象,由于煤和矸石的碰撞恢复系数不同,产生不同的反弹速度和反弹轨迹,以此实现分选,可以称为碰撞反弹分选;当上述现象不明显时,可进一步增大冲击速度,由于煤和矸石的破碎力不同,出现煤破碎而矸石不破碎的现象,再根据两者的粒度差异,通过筛分进行分选,称为弹力破碎分选。

3.2 井下煤矸液压式自动分选机

2007年,太原理工大学的董长双、刘志河等学者[5]提出了井下煤矸液压式自动分选机的设计方案,如图2所示。

其工作原理为:通过原煤筛分机将原煤筛分成50~90mm、90~160mm、160~300mm三个等级的块体,按不同等级将原煤输送到对应的给送机构,通过振动机将煤和矸石在带式排队输送机上离散分布,排队带式输送机将煤和矸石输送到旋转线速度等于带式排队输送机速度的液压分选回转油缸下,调整液压系统压力使旋转压力油缸的压力大于煤的破碎压力但小于矸石的破碎压力,在旋转过程中利用煤的破碎力小于矸石的破碎力的煤矸分选原则。当弧形压板下是矸石时,由于油缸的压力小于矸石块破碎力,油缸活塞在矸石块的反作用力下上移,油路的压力油退到气囊蓄能器中,矸石完整的通过液压分选回转油缸,再由带式排队输送机运到矸石抛射机处,经抛射机抛射到采空区和废弃的巷道,当弧形压板下是煤块时将煤块压碎,压碎的煤块通过带式排队输送机的带孔托板漏到下面的运煤带式输送机上运走,实现将煤和矸石的分选。

3.3 旋转冲击式井下煤矸分离机

旋转冲击式井下煤矸分离机工作原理如下:通过带式输送机将原煤运至筛分设备,小于一定尺寸的原煤分离到筛下并进入输煤带式输送机,大于一定尺寸原煤则进入旋转冲击式井下煤矸分离设备中。分离设备中的旋转冲击锤以设定好的速度对原煤进行冲击,使煤破碎,而矸石大部分不破碎。通过筛分把破碎的煤掉入筛下进入输煤带式输送机,未破碎的矸石则进入横向带式输送机[6]。原理图如图3所示。

3.4 井下选煤系统

2010年山东新汶矿业集团协庄矿建成了全国首家井下选煤系统,其核心技术是采用动筛跳汰机分选原煤和分离块矸。主要设备由动筛体、分级筛、机械驱动机构、脱水设备、自动排矸装置等组成。协庄矿在-300m水平七采十五层试验应用了井下选煤系统,经过试运转,各项技术性能指标均达到设计要求,尤其是使矸石中的含煤率降低到0.57%左右,为确保矿井原煤质量和提高以矸换煤效率提供了保障。机械煤矸分离技术的成功利用,减轻了该矿-300m水平东大巷的运输压力,增加了矿井东翼的原煤运输量,为矿井安全高效打下了基础。

4 井下煤矸石分选的意义[7]

4.1 解决井下采煤工作面原煤中矸石的直接分选

原煤中的矸石含量为10%~30%。混入原煤中的矸石随煤经输送系统被运往地面,经过筛分系统被分选出来,然后运往矸石山进行特别处理。这增加了矸石的运输费用、筛选费用及处理费用。若在井下将原煤中的矸石分选出来,能达到提高煤质、节约经费、减少污染的目的,为企业创造良好的经济效益。

4.2 提高综采放顶煤工作面的放煤率和减少煤炭资源损失

放顶煤采煤法是目前盛行的采煤方法,它是在缓斜厚煤层的底部布置长壁,工作面用常规方法进行采煤,随该工作面推进,利用矿山压力或人工破碎方法,将顶煤破碎,而后将顶煤放出,由采面运出。提高放顶煤工作面放煤率是提高煤炭资源回收率的重要途径之一。延长放煤时间可以确保顶煤的有效放出,但为了减少混入的矸石量,放煤时间一般受到限制。若能实现煤和矸石的井下直接分选,将混入的矸石分选出来并回填到采空区里,就不用考虑矸石的混入问题。放顶煤工作面在生产过程中,就可以适当延长放煤时间,增加放煤量,提高煤炭资源的回收率。

4.3 实现部分采空区的充填,提高安全生产的程度和煤炭开采率

在煤炭的开采过程中,若采用自然垮落法进行顶板处理,在井下将形成大面积的采空区。采空区对安全生产带来安全隐患,对地表生态造成严重破坏并严重浪费矿产资源。目前采用充填法进行顶板处理,以减轻采空区的威胁。填充法是从地面把充填材料运输到井下进行采空区充填,这种方法费工、费资金,也浪费材料。井下煤矸分选技术把矸石分选出来用于充填采空区,既减少了矸石外运和分选的费用,又节省了充填材料的材料费和运费,同时也消除了采空区造成的巷道变形,地表塌陷等安全隐患和环境问题。

5 结论

煤矸井下分选是煤矿生产过程中不可缺少的环节。在井下分离矸石,向采空区充填可减少运输费用、地面堆积占地费用、地表塌陷、环境治理等费用,减少环境的污染,节省矸石的井下、井上的运输量。

研究和推广应用井下煤矸分选技术是解决矸石危害的重要发展方向,不仅可以改善生态环境,在当今强调实行循环经济,推行可持续发展战略的形势下,具有广阔的市场应用前景与工程实际意义。

参考文献

[1]王有俊.煤矿矸石井下处理技术[J].辽宁工程技术大学学报,2005(1):115-117.

[2]韩宝平.固体废物处理与利用[M].北京:煤炭工业出版社,2002.

[3]潘兆科.煤矸选择性破碎分选的实验研究[D].山西:太原理工大学,2004.

[4]周甲伟.井下弹力式煤矸分选机理的试验研究[D].徐州:中国矿业大学,2009.

[5]董长双,姚喜平,刘志河.井下煤和矸石液压式自动分选技术[J].煤炭科学技术,2007(3):54-56.

[6]开旭,张智高,张建臣.旋转冲击式煤矸分离可行性研究[J].煤矿机械,2007,28(8):44-45.

井下矸石 篇3

关键词：煤矸石,似膏体充填,绿色开采

0 引言

“三下”采煤一直是我国煤矿生产面临的重大问题之一, 村庄压煤尤为严重。迁村或条带开采是我国煤矿村庄压煤开采采用的两种主要方法, 它们已不能满足开采需要, 急需发展一种新的不迁村采煤方法。井下泵送矸石似膏体充填技术是将井下原生矸石经转载到卸载站后, 经碎石机破碎后卸至矸石仓内, 将破碎矸石添加水和其它辅料, 在搅拌机作用下充分搅拌成似膏体状, 再经煤矿用混凝土泵通过管路充填到采空区。为了减小井下矸石对原煤质量的影响、运输的压力和提高以矸换煤效率, 在井下分离矸石, 向采空区充填[1,2,3]。该技术的应用能够帮助国内矿山企业走绿色开采、节能减排、可持续健康发展的道路。

1 采区地质特征

王河矿于1969年11月建矿, 东起114勘探线, 西至荥阳县界, 北至一1煤层底板-150 m标高, 南至一1煤层露头, 东西走向长6 km, 南北倾向宽1.6 km, 井田面积约9.6 km2。1976年3月简易投产, 后经多次技术改造, 1987年设计生产能力达到30万t/a。矿井采用立井开拓, 主、副井深445.5 m, 井底标高为±0。王河煤矿现有立井井筒3个、斜井井筒1个。单水平东西翼上下山开采, 单一开采石炭系太原组一1煤层。采用走向长壁式采煤方法, 后退式开采, 人工炮采, 全部垮落法管理顶板。现开采东翼-140 m大巷上山煤和西翼±0水平下山煤两个相对独立的块段。目前, ±0水平已开采结束, 矿山全部转入下山生产。

2 似膏体充填料浆配比试验及分析

在满足输送管道要求的前提下, 为提高似膏体充填料浆输送质量浓度, 降低输送管道磨损, 增强输送性能, 把粉煤灰和减水剂加入似膏体充填料中。粉煤灰不仅可以降低似膏体充填料浓度, 而且在保持其流动性不变的情况下, 减水剂还可以大量减少用水量。加入普通硅酸盐水泥作为胶凝剂, 可提高充填体的初期强度。按满足输送管道和似膏体充填工艺的要求、减少似膏体充填成本、充填工艺制备简单的原则, 根据试验安排, 把制作好的试块放在保温箱内, 到达似膏体各相应养护龄期后, 测定其试块的单轴抗压强度和三轴抗压强度。通过分析得出如下结论: (1) 通过试验中各种试块的对比, 选用质量浓度为83%的似膏体, 充填材料最优配比是水泥∶粉煤灰∶煤矸石=1∶3∶16。 (2) 粉煤灰在一定程度上发挥减水剂作用, 可以有效抑制似膏体骨料沉淀, 显著提高充填材料的流动性能, 减少充填材料泌水率。 (3) 把减水剂添加在似膏体中, 能够显著改善充填体的性能, 有利于井下充填, 水泥与粉煤灰质量和的1.7%为添加量最佳值。 (4) 充填体的承载性能在充填体达到强度极限破坏后, 一部分仍能够被维持。

3 似膏体充填系统方案设计

似膏体充填系统工艺流程如图1所示。向采空区充填的材料类为似膏体, 该充填系统由井下破碎系统、似膏体制备系统、充填输送系统和井下采场充填系统4部分组成。

矸石缓冲仓建在10903水平西翼大巷南侧运输石门与排矸斜巷交叉处, 缓冲仓高15 m, 半径2 m, 仓口安设破碎机、溜子、翻车机, 长度为273 m的专用矸石转载巷在矸石缓冲仓下口施工, 转载巷为倾斜布置, 倾角为8°, 直接与10903工作面上副巷连接。长15 m的矸石充填泵站建在10903工作面上副巷, 矸石通过皮带运输机运至充填泵站, 由矿用搅拌机搅拌, 再由改装后的大功率混凝土泵通过输送管道送至工作面采空区。

在回采工作面上顺槽建立一套添加剂充填系统, 使矸石在采空区能够快速凝固。该充填系统由1台大流量注浆泵和1台砂浆搅拌机及储浆池、储水池4部分组成, 该系统可以随工作面推进而向前移动, 为了缩短充填场地与注浆系统的距离, 使该添加剂系统可以随工作面向前移动。

4 泵送矸石似膏体充填工作面开采技术

4.1 10903工作面布置及支护形式

为保证安全生产和充填质量, 10903工作面采用走向长壁后退式布置, 炮采采煤工艺, 每回采3 m, 对采空区进行矸石充填。工作面布置如图2所示, 工作面使用DZ12-30/100单体液压支柱, 单体柱的工作阻力为300 kN, 油缸直径100 mm, 支柱最大支承高度1 200 mm, 支柱最小支承高度800 mm, 工作行程400 mm, 乳化液体积分数为2%～3%。最大控顶距为4.4 m (4排) , 最小控顶距为2.0 m (2排) , 放顶步距2.4 m, 基本支柱的柱距为1.0 m, 密集切顶柱距为0.3 m, 第一排机道支柱排距距煤壁为0.8 m, 其余排距均为1.2 m。

4.2 充填安全技术措施

控顶距要合理, 工作面推采最大控顶距为6.4 m, 最小控顶距为3.2 m;按照“见六充三”顺序充填, 每段充填管路为6 m, 充填管路铺设在刮板机以东第三个支柱空挡内;矸石垛倾斜长度不少于4.0 m, 挡矸墙厚度大于0.6 m;边排用塑料袋封闭, 单体支柱的初撑力不低于50 kN, 在正规支柱中间支设密集支柱;充填完成后, 要及时回柱, 管内残留矸石要及时冲洗。

5 结论

通过对井下泵送矸石似膏体充填开采技术研究与实施, 煤矿绿色开采技术实现了新突破, 为老矿井的再发展提供了技术支持和实践经验。解决了走向长壁充填开采时挡浆困难、生产工序复杂、效率低等技术问题, 形成了机械化的充填系统;按最优配比组合充填体料后, 充填体不仅具有良好的流动性能, 还具有高悬浮性、脱水率低、对管道磨损小等优点;后退式沿空留巷明显减少了充填区回采巷道掘进率, 最大程度提高了煤炭资源回收率。并且有效控制了矿井废水、顶板、煤尘等灾害问题, 也彻底解决了充填区的底板承压水患。

参考文献

[1]缪协兴, 张吉雄, 郭广礼.综合机械化固体充填采煤方法与技术研究[J].煤炭学报, 2010 (1)

[2]黄玉诚, 孙恒虎, 孙希奎, 等.膏体充填不迁村采煤[J].中国矿业大学学报, 2004 (2)

井下矸石 篇4

1 技术思路

煤矸石充填采空区的采煤方法是实现煤矿绿色开采的关键技术之一。该技术通过井下分矸系统将煤与矸石分离, 矸石不升井, 直接用于充填;同时可以将地面堆积的矸石和固体废弃物由投料系统运至井下用于开采充填, 实现地面矸石的有效利用。采用矸石充填采煤技术置换三下压煤和其它煤柱, 开采传统技术无法回收的煤炭资源, 提高煤炭资源回收率, 实现废弃资源的再利用, 保护了矿区环境[1]。矸石充填置换煤技术与应用体系示意图见图1。

2 技术内容

矸石充填置换煤炭技术主要包括井下煤与矸石的分离技术、长壁综采矸石充填技术、长壁普采矸石充填技术和巷采矸石充填技术。

2.1 井下煤炭分离技术

2.1.1 井下煤与矸石的分离技术

井下煤与矸石的分离是利用两者间的力学性质差异实现的。由于煤炭变质程度不同, 其力学指标也不相同;而矸石也因来源不同, 其岩石特性、物理力学特征各异。根据煤与矸石的硬度不同, 抗冲击、破碎的特点不同及其他规律, 在模拟物理分选实验的基础上, 采用选择性分级破碎设备将煤炭与矸石进行破碎分离, 据此设计出井下煤炭分选系统, 其主要工艺流程如图2所示。

2.1.2 井下煤炭分选设备的结构特点

井下煤炭分选系统主要由孔径100mm的筛分破碎机、转载带式输送机、孔径50mm的筛分机、入料粒度为100mm的选择性破碎机、煤炭和矸石胶带输送机等构成。井下煤矸石分选设备的处理粒度范围为0~300mm, 煤矸石处理能力350t/h, 煤与矸石的分离效率>70%。

2.1.3 实施效果

井下煤炭分选系统在新汶矿业集团、金牛集团等单位矿井下的现场应用表明, 该系统设备体积小、运行稳定、可靠性好;采用干式分离, 不用水、不用风, 环境适应性强;操作简单, 维护方便;能够满足井下巷道空间小、维修不方便的特殊条件, 并具有防爆功能。原煤的井下分选, 为矸石不出井、直接进行井下处置奠定了基础, 缓解了矿井的提升压力, 降低了运输成本。

2.2 长壁综采矸石充填技术

研究开发与长壁综采衔接的高效矸石充填技术, 实现长壁综采回采工艺与矸石机械化充填工艺的优化组合是矸石充填置换煤技术可行性与成功的主要标志和最终目标。新汶矿业集团成功开发出了综采充填开采方法、工艺和充填液压支架与矸石充填输送机。综采充填开采的工艺流程为:由井下运矸系统将矸石输送至悬挂在综采充填液压支架后部的充填输送机, 再由充填输送机的漏矸孔将矸石充入采空区, 而受综采支架掩护的工作面割煤、运煤系统完全与普通综采相同, 采煤与充填可实现并行作业。这样即将煤矿“掘、采”二元开采技术体系提升为“掘、采、充”三元开采模式。

矸石充填液压支架主要由顶梁、伸缩梁、立柱、底座、尾梁、尾梁调节千斤顶、尾梁之下悬挂的充填刮板输送机和圆环链等构成。矸石充填输送机溜槽由四条圆环链悬挂在尾梁之下, 圆环链与其两侧的吊环联接, 溜槽槽板上开有充填用的落矸孔。充填矸石即通过落矸孔落下, 落矸孔的大小根据充填矸石的塌落角、充填高度、输送量确定或调节。为有效控制矸石的充填范围, 在溜槽的侧面增设插板, 以控制落矸量。后悬式矸石充填输送机受支架尾梁掩护, 可保证充填设备的安全, 同时设备维修时可以前移支架。充填过程无需人员进入充填区。充填顺序由下向上, 当下面一个落矸孔充填到矸石充填输送机的悬挂高度后, 即关闭下一个孔再开启上一个充填落矸孔, 当最上方的一个落矸孔下方也充填到一定高度后, 全部打开所有插板, 对矸石进行推平压实, 实现自充自压;同时矸石充填输送机会在矸石的反作用力下自动抬起, 直至充分接近尾梁。

2.3 长壁普采矸石充填技术及设备的应用

与长壁普采配套的高效矸石充填技术设备和工艺包括:矸石运输和高速抛矸充填成套设备及采煤工艺、煤矸石的处置与转运、矸石充填和矿压控制的采煤工作面原生矸石充填与开采一体化技术。

由新汶矿业集团自主研制的“V”型花纹抛矸胶带输送机和高度可调、伸缩自如的高速动力抛矸机是实现普采、炮采单体液压支柱工作面后方采空区矸石密实充填的关键设备, 主要包括电动机、驱动滚筒、转向滚筒、托辊、抛矸胶带输送机和支架等。

长壁普采矸石充填技术已在新汶矿业集团盛泉煤业公司21103西工作面得到应用。工作面采用高速动力抛矸机机械充填矸石, 工作面推采空顶距达到7m时, 开始从下向上依次充填矸石, 回撤支柱。

2.4 巷采矸石充填技术

巷采矸石充填技术是在煤柱中布置矸石充填巷。首先对矸石充填巷掘进采煤, 然后采用自行研制的自移式抛矸机对形成的巷道由内向外充填矸石, 保证充填后的地表变形在地表建 (构) 筑物允许的范围之内。

3 推广应用

煤矸石充填置换煤整体技术已经得到了推广应用, 它对煤层赋存条件和原生矸石充填材料具有很好的适应性, 对岩层移动和地表沉陷控制效果好, 实现了矸石不升井, 技术先进, 工艺系统简单, 适合在我国煤炭行业大规模推广, 应用前景广阔。目前, 已在新汶矿业集团、金牛能源集团和淄博矿业集团的19座主要煤矿进行了现场应用, 综采矸石充填工作面生产能力达到了2000t/d, 普采矸石充填工作面生产能力达到了600t/d。平顶山煤业集团、兖矿集团、枣庄矿业集团、潞安环能公司、徐州矿务集团等大型煤炭企业已制订了利用该技术进行矸石充填置换“三下”压煤和其它煤柱的推广应用计划, 并已开始了开采方案设计、购置设备、掘进巷道等前期准备工作。该技术的推广应用范围正逐年扩大。

4 效益分析

近3a来, 新汶矿区应用该技术累计从“三下”呆滞煤柱资源中安全采出煤炭549.48万t, 减少向地面排矸石660.3万t, 新增产值30.6908亿元, 取得直接经济效益9.4497亿元, 其中新增利润4.7194亿元, 新增税收3.5493亿元。节支总额1.1810亿元。该技术实现了安全回收传统采煤方法无法开采的呆滞煤炭资源, 提高了资源回采率, 延长了矿井服务年限, 节约了大量电能, 减少20%~35%的矿井提升工作量, 经济效益、环境效益和社会效益显著, 为矿区循环经济发展, 创建资源节约型、环境友好型企业提供了强有力的技术支撑。

5 结 语

矸石充填置换煤技术是我国完全具有自主知识产权的绿色采煤技术之一, 能与现有采煤技术体系相衔接, 构建了矿区井下煤与矸石分离、处置、开采沉陷控制和高采出率相结合的协调发展新模式, 达到了无需加固就能安全保护地面建筑物的目的, 实现了矸石再利用, 延长了矿井服务年限, 减轻了矿井提升运输压力, 保护了环境和土地资源等, 科学解决了长期困扰矿区生产的搬迁问题, 能够节约大量的搬迁费用。对我国煤炭生产与矿区环境协调发展起到了重要的推进作用。同时, 该技术实现了充填开采和地表沉陷控制技术水平的跨越式发展, 对促进我国煤炭行业科技进步起到了重要的示范和推动作用。

参考文献

[1]李希勇.大倾角工作面以矸换煤技术研究与应用[J].煤炭工程, 2008 (7) :44-45.