充填開采材料投料系統優化設計

尹清濤 唐向新

（兗礦集團兗州煤業股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273515）

南屯煤礦位于山東省鄒城市內，于1973年投產，礦井剩余可采煤炭儲量越來越少。為延長礦井服務年限，提出通過充填開采來解放“三下”壓煤，這對進入衰老期面臨著資源枯竭境遇的礦井意義十分重大。為解決充填開采充填材料從地表運輸至井下的運輸問題，需對充填材料投料系統進行設計。

1 充填材料投料工藝流程

根據充填材料投料系統設計原則，從節約成本和技術的角度考慮，選擇改造風井為充填材料投料井，該投料系統主要包括投料管、緩沖器、儲料倉等結構，投料系統投料工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，投料系統投料工藝流程為：

（1）利用地面運輸系統將矸石和粉煤灰運輸至地面控制室，按要求的配比進行混合；

（2）將混合物料沿投料管道向下高速投放；

（3）通過緩沖器減緩高速下落的混合物料的沖擊力，使其緩慢下落；

（4）緩慢下落的混合物料進入呈半斜錐狀的井式儲料倉向下滑落并堆積。為防止發生堵倉，當井式儲料倉下部半斜錐狀內壁堵塞時，開啟井壁清理裝置進行清理，疏通儲料倉；當井式儲料倉堵倉情況不明或堵倉嚴重井壁清理裝置無法有效處理時，開啟觀察硐室與儲料倉之間的密閉門，人員進入觀察堵倉情況，并采取措施處理堵倉；

圖1 投料系統投料工藝流程

（5）開啟給料機，將井式儲料倉內混合物料卸放到井下運輸設備上，運往充填開采工作面進行充填。

2 投料系統關鍵裝備設計

2.1 投料管

根據充填材料的粒徑的特點，并考慮到在鉆孔施工的過程中存在一定的偏差，確定采用耐磨鋼管作為下料管。

根據以往使用經驗，投料管選用雙層金屬耐磨管，外徑550mm，內徑500mm，壁厚25mm，其中12mm為外管，13mm為耐磨層。

單節投料管每節10m，投料管選用雙層金屬耐磨管，投料管之間通過外箍連接，外箍深度為400mm，投料管與投料管之間在外箍處重合高度為200mm，每節投料管上均勻焊接4個固定裝置，以便將投料管固定在井壁上。

2.2 緩沖器

矸石等固體物充填材料是從地面通過投料管直接投到井底的，較大的投料高度會導致充填材料到達井底時的沖擊力很大。為了防止沖擊力過大而造成設備的損壞等安全問題，必須在井下儲料倉上部設置緩沖裝置以減小充填材料投到儲料倉中的沖擊力。

根據落料程度和沖擊力分析情況，設計緩沖器樣式如圖2所示。

圖2 緩沖器結構原理圖 （單位：mm）

緩沖器由緩沖擋板、導向桿、緩沖彈簧和底座組成，經現場試驗，該設施可以承載充填料落下的沖擊力。

2.3 儲料倉的容積

（1）根據充填需求量87.6萬t/a設計，考慮到生產所需要的充填物料儲存量，則井下儲料倉容積為350m3。

（2）在充填開采的投料運輸過程中，難以實現地面充填材料運輸系統與井下運輸系統的聯動，當井下運輸系統停止后，地面運輸系統仍然沒有停止，投料井內的充填材料不斷堆積，因此必須在投料井下部設置足夠大的儲料倉，用來存放井下運輸系統停止后投料井內的充填材料。按投料管內徑500mm、投料管長度300m、管內全是充填材料計算，儲料倉的容積不能小于60m3。

綜上，儲料倉容積應≥350m3。

2.4 儲料倉改造設計

從井筒掘進實際情況考慮，儲料倉在原風井的基礎上進行改造，其位置位于-273m水平與-295m水平之間的風井中。儲料倉直徑選取為原風井內徑5.0m，則深度為22m，其中理論允許儲料深度20m，則儲料倉的容積=390m3＞350m3。儲料倉結構圖如圖3所示。

圖3 儲料倉結構圖 （單位：mm）

3 結束語

在對投料工藝分析基礎上，對投料各環節進行研究、改進，合理布設投料孔，設計緩沖裝置及料石倉，有效解決了充填材料從地表運輸至井下的運輸問題，對礦井可持續發展、延長礦井服務年限有著重要意義。