井下煤矸分离及矸石充填技术研究_魏永启.pdf

煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 1矿井概况 济宁二号煤矿位于山东省济宁市，设计生产能力 400 万 t/a， 隶属兖州煤业股份有限公司。矿井于 1989 年 12 月开工建设， 1997 年 11 月建成投产。井田面积 87.1067km2， 南北长 6～11km， 东西宽 10km。矿井地质 构造条件复杂， 断层发育， 地质储量 7.90 亿 t， 可采储量 1.39 亿 t。 矿井为立井开拓， 主、 副、 风井均布置在工广区 内， 采用中央并列抽出式通风。 煤炭开采过程中产生大量矸石， 虽然多数矸石进 行了利用，但矸石外排对仍会对环境造成一定影响。 济宁二号煤矿深入贯彻绿色发展理念，结合矿井实 际， 积极研究井下煤矸分离及充填技术， 探索矿井矸 石处理新途径， 不断提高绿色开采水平。 2煤矸分离技术 2.1煤矸分离系统 拟选用 TDS 风选煤矸分离系统， 该系统采用智 能识别方法， 针对不同的煤质特征建立与之相适应的 分析模型， 通过大数据分析， 对煤与矸石进行数字化 识别， 最终通过智能排矸系统将矸石排出。TDS 智能 干选机适用于 25～300mm煤矸分选。 根据济宁二号煤矿毛煤筛分试验结果，确定按 50mm 分级，井下 TDS 智能干选系统分选能力为 280t/h， 设计年分矸处理能力为 46 万 t/a。TDS智能干 选系统包括给料、 识别、 执行几大主要系统， 以及供 风、 除尘、 配电、 控制等辅助系统。 主要设备包括 2 台 TDS14- 305 型智能干选机、 齿盘滚轴筛、 转载带式输 送机等， TDS系统设备。 图 1TDS 智能干选原理图 图 2TDS 煤矸分离系统示意图 井下煤矸分离及矸石充填技术研究 魏永启 ， 周 芳 （兖州煤业股份有限公司 ， 山东 邹城 273500 ） 摘要 为提高矿井绿色开采水平， 促进矿井可持续发展， 济宁二号煤矿积极研究井下煤矸分离及矸 石充填技术， 采用 TDS 系统分选矸石， 利用巷道充填和工作面充填进行矸石井下回填， 实现矿井矸石 井下回填的同时， 解放部分 “三下” 压覆资源， 社会经济效益显著， 应用前景广阔。 关键词 济宁二号煤矿 ； 煤矸分离 ； 充填 中图分类号 TD823.7文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0027- 03 Study on separation and filling technology of coal gangue in Jining No.2 Coal Mine WEI Yongqi , ZHOU Fang （Yanzhou Coal IndustryCo., Ltd. ，Zoucheng 273500 ，China ） Abstract In order to improve the green mining level of the mine and promote the sustainable development of the mine, Jining No. 2 Coal Mine actively researches the technology of underground coal gangue separation and vermiculite filling, uses TDS system to separate vermi- culite, and uses roadwayfilling and working face filling to implement vermiculite backfill. At the same time ofbackfilling the mines gangue, it liberated some ofthe “three downs“ overburden resources, with significant social and economic benefits and broad application prospects. Keywords JiningNo. 2 Coal Mine ; coal gangue separation ; filling 27 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 2.2实施方案 在南翼 3 煤仓附近设计煤矸分离及充填设备巷 道硐室。 11306 运顺机头段距离南翼 3 煤仓 30～40m 处施工直径 5m、 深 20m 的矸石仓， 容积 392.5m3， 可 储存矸石 628t。南翼 3 煤仓与矸石仓之间巷道挑顶 落底改造， 改造量约 500m3。改造后配备 TDS 干选设 备， 分选后矸石进人矸石仓， 煤经下运皮带返回南翼 3 煤仓。 图 3煤矸分离与充填系统巷道示意图 3矸石处理方案 按 - 740 水平年生产能力 300 万 t， 矸石率 12.5 计算， 年产生矸石 30012.537.5 万 t， 掘进矸石 6 万 t， 共计 43.5 万 t。设计年充填矸石能力可达 40 万 t。 3.1系统改造工程 矸石仓底部施工约 160m 岩石巷道，净断面 17.5m2。两侧分别与 - 740 水平皮带巷和皮带巷机尾 联络巷沟通， 一侧安装矸石充填泵送设备、 铺设管路， 在机尾联络巷与回风大巷立交处施工立眼延伸管路 至工作面充填位置。另一侧安装皮带机运输矸石至 - 740 水平一部皮带。 从充填设备硐室引出充填管路， 经 - 740 回风大 巷向西延伸， 根据接续工作面位置沿工作面顺槽敷设 至切眼内， 随工作面推进而外移。 3.2矸石充填技术 3.2.1 巷道充填技术 巷道充填主要采用非胶结膏体充填开采技术， 向 废弃巷道中充入非胶结膏体， 处理部分矸石。 非胶结膏体充填工艺流程 井下煤矸分离系统分 选出的矸石通过矸石转载破碎系统输送到井下矸石 仓， 矸石仓内的矸石再经高细破碎机、 带式输送机运 输至搅拌机， 然后在搅拌机内搅拌后形成矸石非胶结 膏体， 利用充填泵泵送至老巷进行充填。 3.2.2工作面充填技术 充填工作面依靠充填支架作隔离墙， 在直接顶板 未垮落前充填满支架后方的采空区， 待充填材料凝固 并达到要求强度后再移动支架， 开始下一循环采煤与 充填。 胶结膏体自身具有从浆体逐渐凝固形成一定强 度固体的特性。 胶结膏体充填依靠胶结膏体凝固体强 度实现对上覆岩层的有效支撑作用， 控制上覆岩层移 动和地表沉陷。 胶结膏体充填与非胶结膏体充填相比， 充填材料 需增加水泥和粉煤灰，为降低对辅助运输系统的影 响， 拟利用地面注浆站把水泥和粉煤灰在地面制成灰 浆， 再通过注浆管道输送至井下充填站。该方案全程 自动化控制， 工作量大大减少， 采用环保措施， 粉尘等 污染少。 图 4济宁二号煤矿井下充填站膏体充填开采工艺流程图 3.3充填区域确定 3.3.1充填工作面 前期将 153 上 02、 133 上 05 分别改造为 2 个充 填工作面， 可采储量 85 万 t， 约可处理矸石 100 万 t。 后期根据矸石产量和接续情况， 在九采区、 十三采区、 十五采区构筑物煤柱等区域布置充填工作面。 3.3.2 充填巷道 图 5充填开采区域示意图 4.主要经济技术指标 28 ChaoXing 九采区东部辅助巷约 2100m 巷道，巷道西高东 低， 平均断面 14m2， 可采用非胶结膏体充填方式， 处 理 4.4 万 t 矸石。十一采区 113 上 03、 113 下 10 顺槽 约 2400m巷道平均断面 12m2， 可采用膏体充填方式， 处理 4.3 万 t 矸石。 随采场布置变化， 对停采线外不可 采区域的老巷进行充填。 3.4矸石井下处理能力 按 - 740 水平生产能力 300 万 t/a， 50mm矸石率 12.5， 掘进矸石 6 万 t 计， 年可分离矸石 43.5 万 t。 TDS 分离系统年分选矸石 46 万 t/a； 膏体充填系统能 力为 100m3/h， 年可处理矸石 40 万 t。 3.5置换资源量 充填工作面每年置换原煤 36.7 万 t/a，创效约 8000 万元。 5结束语 1 ）利用煤矸分离及矸石充填技术，能够实现矸 石 “不升井、 少上井” ， 有效避免因矸石堆放造成的环 境污染。 2 ）实施充填开采， 能够解放部分 “三下” 压覆资 源， 有利于提高矿井资源回收率， 延长服务年限， 促进 矿井的可持续发展。 3 ）矸石非胶结膏体充填技术，为防止工作面采 空区自然发火提供了有效技术途径， 有利于提高矿井 安全保障程度。 4 ）矸石胶结膏体充填利用部分井下涌水，根据 设计每年充填用水量在 13 万 m3， 减少了矿井污水处 理工作量和处理费用。 作者简介 魏永启 （1977-） ,男， 汉族， 山东滕州人， 毕业于太原理工 大学采矿专业， 大学本科学历， 硕士学位， 采矿高级工程师， 现任兖州煤业股份有限公司生产技术部业务高级主管。 （收稿日期 2019- 12- 5） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 1工程概况 莒山煤矿 3 号煤层储量日渐枯竭，现已进入残 采， 为实现生产接替， 进行下组煤水平延深项目建设。 设计地面生产系统利用原有的选煤厂、 5 联体筒仓及 铁路运输线路， 新建井口房、 空加室、 原煤封闭储煤 棚、 筛分楼、 带式输送机栈桥、 暗道、 副井绞车房、 器材 库、 机修车间、 综采设备库、 坑木加工坊、 锅炉房； 开拓 工程新掘主斜井、 副斜井、 回风立井， 延深利用现有主 斜井 （改造为行人斜井） 以及井下各辅助生产项目和 莒山煤矿下组煤主斜井开拓特殊段施工方案研究 孔 晋 刚 （山西兰花煤炭实业集团有限公司 ， 山西 晋城 048000 ） 摘要 针对莒山煤矿主斜井在开拓时遇到的特殊问题， 设计了具体的施工方案。通过对井筒底空及 水平十字相交空巷充填注浆， 加固维护， 有效防止井筒底板下沉、 帮壁围岩变形， 有效起到隔绝废旧空 巷、 堵漏、 堵水作用。 关键词 煤矿开采 ； 主斜井开拓 ； 特殊问题 ； 施工方案 中图分类号 TD823文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0029- 03 Study on Construction Scheme for Developing Special Section of Main Inclined Shaft of Lower Coal Group in Songshan Coal Mine KONG Jingang （Shanxi Orchid Coal IndustryGroup Co., Ltd. , Jincheng 048000 , China ） Abstract A specific construction plan was designed for the special problems encountered in the development of the main inclined shaft of Lushan Coal Mine. Through the filling of the wellbore bottom space and the horizontal cross intersecting empty roadway, the grouting is strengthened and maintained, effectively preventing the sinking of the bottom plate of the wellbore and deing the surrounding rock of the wall, effectivelypreventingthe waste roadway, pluggingand water blocking. Key words coal mining; main inclined shaft development ; special problems ; construction plan 29 ChaoXing