井下洗選及矸石充填綜合應用的技術(shù)研究

摘要：隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展，煤礦矸石逐漸成為新的環(huán)境污染源。本文通過研究井下洗選和矸石充填綜合應用，為解決井下生產(chǎn)條件提供參考依據(jù)。另外通過矸石填充可以減少地面塌陷，進而保護生態(tài)環(huán)境。因此，矸石充填開采技術(shù)成為煤炭行業(yè)持續(xù)、健康、和諧發(fā)展的必然選擇，這也是本文研究的意義所在。

關鍵詞：井下洗選 矸石充填 持續(xù)發(fā)展

1 研究背景

目前，全國“三下”壓煤量達137億t，全國國有重點煤礦村下壓煤52.2億t。隨著煤炭企業(yè)的發(fā)展，我國煤礦現(xiàn)有矸石山1600余座，累計堆積量約45億t，占地約15萬km2。一方面由于地下采空區(qū)引發(fā)的地面沉降而導致工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通及居住等環(huán)境的破壞；另一方面煤炭資源開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物形成新的環(huán)境污染源。

新驛煤礦地質(zhì)條件較復雜，斷層多，煤層薄且含夾矸，特別是在綜采工作面過斷層時原煤含矸率會進一步增加。另外新驛煤礦井田內(nèi)村莊多，礦井村莊壓煤造成的呆滯煤量大，造成礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張，嚴重制約著礦井發(fā)展的后勁，給我礦帶來了巨大的經(jīng)濟損失。

井下原煤洗選系統(tǒng)，實現(xiàn)原煤中的矸石、塊煤、沫煤在井下預先分離，篩出的沫煤通過主井提升至地面；洗出的塊煤通過塊煤皮帶運至塊煤倉再返回原煤倉或通過副井提升至地面；井下矸石倉儲存的矸石集中運輸時，可以通過手選皮帶直接進矸石倉；洗選后的矸石進入矸石倉，再經(jīng)過轉(zhuǎn)載輸送到矸石充填面，進行填充。

井下矸石充填技術(shù)，一方面可以解決“三下”壓煤問題，有利于資源的充分回收，避免了因地面沉降而導致的地面搬遷，減少了經(jīng)濟投入；另一方面，充分解決了占地問題，提高了土地利用率。

因此，新驛煤礦規(guī)劃、設計、建設井下洗選及充填系統(tǒng)，是提高礦井生產(chǎn)能力的必要途徑，是礦井進一步發(fā)展的內(nèi)在要求。應用矸石充填開采技術(shù)成為煤炭行業(yè)持續(xù)、健康、和諧發(fā)展的必然選擇。

新驛煤礦井下洗選及充填系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、建設項目，是提高礦井生產(chǎn)能力的有效途徑。該項目需建設一套完整的井下洗選及充填系統(tǒng)，井下洗選工程需在井下掘進井巷工程803m，兩個矸石倉、兩個塊煤倉；井下充填工程需在井下掘進施工巷道約1500m，一個矸石倉。引進一套原煤滾動篩、兩臺對輥式破碎機、一部手選膠帶輸送機、五部傳送膠帶輸送機、一部拋矸機，研制一部大傾角矸石膠帶輸送機。

2 基本原理及原理說明圖

2.1 井下原煤洗選系統(tǒng)

我礦原煤由南翼大皮帶、北翼大皮帶進入主井煤倉，在主井煤倉安裝可切換的漏煤斗，原煤可以直接落入主井煤倉，也可以通過滾盤篩選，顆粒直徑小于50mm的落入煤倉，大于50mm的上洗選硐室的手選皮帶，手選出大塊的矸石進入矸石倉，手選皮帶上的粗選塊煤運輸?shù)絼雍Y跳汰機進行精選，洗選出的精煤由膠帶輸送機運輸?shù)綁K煤倉，洗選出的矸石經(jīng)過膠帶輸送機運輸?shù)巾肥瘋}，洗選過程產(chǎn)生的煤泥水，經(jīng)過濃縮池溢流，清水進入循環(huán)池繼續(xù)循環(huán)使用，濃縮池底的污泥由污泥泵排到壓濾機進行壓泥，泥餅由膠帶輸送機運輸至原煤運輸系統(tǒng)即返回原煤倉。

針對我礦原煤煤質(zhì)差、含矸量高這一特點，本工藝分四級篩選，最大限度的篩除原煤中的矸石等雜質(zhì)，一級篩選用的是齒輥式滾盤篩，特點是運輸效率高、零震動、易維護、能耗低；二級篩選用的是手選皮帶輸送機，主要靠人工挑選塊煤中尺寸比較大的矸石，大塊矸石選出，減輕下一級篩選負荷及設備磨損度，特點是可靠性高、機動性高；三級篩選用的是井下機械動篩跳汰機，特點是效率高、篩分精度高；四級篩選用的是井下高頻篩，作為最后一級篩選，主要是去除煤泥水中的煤泥，便于水的循環(huán)利用，既節(jié)約用水又保護循環(huán)水泵。對于選出的矸石，由破碎機進行破碎，破碎后進入矸石倉，以備充填用，而經(jīng)過動篩跳汰機選出的矸石，可以直接進入矸石倉，用于充填。

2.2 井下矸石充填系統(tǒng)

井下充填所用矸石主要來源于兩個方面。一是井下洗選系統(tǒng)所分離出來的矸石通過膠帶輸送機輸送到井下矸石倉；二是井上中介洗煤廠洗出的矸石及原有矸石山堆積的矸石通過地面直投孔直接投送到井下矸石倉；三是井下全巖掘進工作面和綜采工作面過斷層期間所出的矸石由井下矸石倉集中儲存、運輸，經(jīng)過井下原煤洗選系統(tǒng)調(diào)節(jié)后矸石通過手選皮帶直接進入矸石倉。

根據(jù)設計，充填工作面選用兩種方式進行充填。一是煤層厚度在1.5～2.0m的工作面采用高檔普采單體支柱進行充填或采用充填支架進行充填；二是煤層厚度在大于2.0m的工作面采用充填支架進行充填。

高檔普采單體支柱充填工作面采用見六充三頂板控頂方式進行充填，即每推進2.4m進行一次矸石充填。工作面鋪設一部運煤刮板輸送機、一部矸石充填刮板輸送機和一部拋矸機，運煤刮板輸送機隨工作面推進前移，矸石充填刮板輸送機隨充填縮短。依據(jù)充填量決定采煤量，確保充填與采煤連續(xù)化。

支架充填工作面，采煤機進刀完成后，及時將支架后懸充填刮板輸送機順直。充填時，先開動充填刮板輸送機，再啟動順槽內(nèi)的矸石充填系統(tǒng)輸送矸石，刮板輸送機的上鏈運輸矸石，下鏈推平矸石。溜矸孔依次打開，自下而上地進行充填。采空區(qū)充填完成后，系統(tǒng)隨工作面煤機割煤及支架推移，進入下一個循環(huán)。

2.3 原理圖（見下圖）

3 技術(shù)經(jīng)濟指標

該系統(tǒng)建成后，一是將大大提高主井提升的有效利用率，二是可以解放礦井村莊壓煤造成的呆滯煤量3035.6萬t，礦井主井有效提升能力增加30萬t/a，為礦井的可持續(xù)發(fā)展奠定一個良好的基礎。矸石充填后可以大大減少地面塌陷面積，保護生態(tài)環(huán)境。另外，還可實現(xiàn)矸石不升井，消滅地面矸石山。這樣可為礦井創(chuàng)造數(shù)億元的經(jīng)濟效益，緩和礦井生產(chǎn)接續(xù)緊張局面，延長礦井的服務年限，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

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