淺談煤礦“采、選、充、留”連續(xù)開采工藝系統(tǒng)

楊 明

（冀中能源股份有限公司邢東礦，河北 邢臺 054000）

1 礦井概況

邢東礦地處邢臺市市郊，地理位置決定了礦井周邊不能建設(shè)矸石山。由于礦井地面村莊密集，建下壓煤占全礦儲(chǔ)量的87%以上。苛刻的開采條件使得邢東礦自建礦開始便研究應(yīng)用矸石井下充填開采技術(shù)。隨著建下開采技術(shù)的發(fā)展，邢東礦經(jīng)過多年的研究實(shí)踐，逐步形成了完善的“采、選、充、留”一體化的開采系統(tǒng)。在工作面回采過程中，通過研究有效的巷旁散料充填體成型技術(shù)，將現(xiàn)工作面的運(yùn)料運(yùn)矸巷道沿充填體保留下來，作為下一個(gè)工作面的運(yùn)輸巷使用，大大提高工作面回采效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了采煤、排矸、充填、留巷連續(xù)化充填開采[1-6]。

2 采選充一體化開采工藝

2.1 原煤篩分與跳汰排矸工藝流程

井下跳汰排矸系統(tǒng)作用是將塊煤中矸石排出。井下主暗斜井一部皮帶上的原煤經(jīng)除鐵器除鐵后進(jìn)入正弦篩進(jìn)行預(yù)篩分，篩下物為30 mm 以下粒徑，直接進(jìn)入末煤倉，篩上30～200 mm 原煤進(jìn)入塊煤皮帶井塊煤倉存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)載后，進(jìn)入跳汰系統(tǒng)進(jìn)行煤矸分離，產(chǎn)生矸石和精煤分別經(jīng)鏈斗提升脫水機(jī)轉(zhuǎn)載至矸石倉和精煤倉。精煤通過煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)提升到地面，矸石倉矸石通過矸石充填系統(tǒng)運(yùn)輸至矸石充填工作面進(jìn)行充填。原煤篩分及跳汰排矸工藝流程如圖1。

圖1 原煤篩分及跳汰排矸工藝流程圖

2.2 跳汰排矸設(shè)備選型

正弦篩：型號為ZS1.3-22/10，有3 個(gè)篩面，篩面為傾斜布置，利用多軸同向等速旋轉(zhuǎn)推動(dòng)物料沿篩面運(yùn)動(dòng)，額定處理能力600 t/h，最大進(jìn)料粒度≤500 mm，篩下物粒度0～30 mm，篩分效率可達(dá)95%。正弦篩煤篩不堵煤、不卡塞，有較高的篩分效率；整體具有良好的密封性，運(yùn)行時(shí)不會(huì)有煤塵外溢；采用清掃裝置，以防止篩軸粘煤；有足夠的強(qiáng)度和剛度，不會(huì)有變形和斷裂現(xiàn)象。正弦篩如圖2。

圖2 正弦篩現(xiàn)場應(yīng)用圖

一級破碎機(jī)：型號為PELM980/2000，處理能力可達(dá)200 t/h，入料粒度700 mm，出料粒度300 mm。

二級破碎機(jī)：型號為SSC800，處理能力可達(dá)200 t/h，入料粒度700 mm，出料粒度200 mm。

跳汰機(jī)：型號為SKT-5，入洗物料30～200 mm塊原煤，處理能力為200～250 t/h，跳汰機(jī)采用水介質(zhì)重力分選，根據(jù)物料密度不同實(shí)現(xiàn)輕重物料分離，具有能耗低、效率高、處理量大的優(yōu)點(diǎn)。跳汰機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用如圖3。

圖3 跳汰機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用圖

鏈斗機(jī)：寬800 mm，長20 m，最大速度0.39 m/s，最大處理能力220 t/h。鏈斗機(jī)各節(jié)段有適宜弧度，可以根據(jù)井下巷道的實(shí)際情況調(diào)整，鏈斗機(jī)設(shè)計(jì)成彎曲形狀，最大程度節(jié)約井下空間。鏈斗機(jī)現(xiàn)場工作如圖4。

圖4 異形鏈斗機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用圖

2.3 采選充一體化工藝

礦井原煤通過跳汰排矸系統(tǒng)后，排出的矸石經(jīng)過-760 運(yùn)矸皮帶進(jìn)入1100 運(yùn)矸系統(tǒng)及1300 運(yùn)矸系統(tǒng)，再經(jīng)工作面運(yùn)矸皮帶進(jìn)入工作面采空區(qū)充填，形成了井下“采煤→洗選→充填→采煤”的閉合循環(huán)系統(tǒng)。

回采充填系統(tǒng)包括ZC5160/29/48D 型掩護(hù)式液壓支架、ZT9400/30/50D 型端頭支架、MG500/1140WD 型采煤機(jī)及SGZ800/200 充填刮板機(jī)等設(shè)備，充填能力可達(dá)500 t/h。整套系統(tǒng)通過運(yùn)矸皮帶將矸石輸送至工作面支架后部SGZ800/200充填刮板機(jī)，通過卸料孔將矸石卸載至采空區(qū)，然后通過搗實(shí)機(jī)構(gòu)將矸石充分搗實(shí)并完全接頂，待支架后方空間全部充填滿并搗實(shí)后，再進(jìn)行下一刀割煤工序。割煤與移架、推溜、充填順序進(jìn)行。

3 沿充留巷開采工藝

通過研究有效的巷旁散料充填體成型技術(shù)，將現(xiàn)工作面的運(yùn)料運(yùn)矸巷道沿充填體保留下來，作為下一個(gè)工作面的運(yùn)輸巷使用，每個(gè)工作面可以少掘進(jìn)一條巷道，大大提高工作面掘進(jìn)效率。采用專門的沿充留巷支架，不占用工作面內(nèi)正常支架空間，對巷旁充填體注漿，將散體改性為膠結(jié)性較好的固體材料，形成穩(wěn)定的巷道壁，如圖5。

圖5 沿充留巷工藝示意圖

傳統(tǒng)沿空留巷通過切頂卸壓來控制圍巖穩(wěn)定性（圖6），沿充留巷圍巖控制機(jī)理為護(hù)頂控壓（圖7），因此充填體不需要很高的強(qiáng)度，留巷工藝簡便，且留巷成本低。

圖6 沿空留巷圍巖控制

圖7 沿充留巷圍巖控制

4 結(jié)論

煤礦“采、選、充、留”連續(xù)開采系統(tǒng)的建立，解決了礦井可采資源緊張、建下壓煤多無法采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行回采的技術(shù)難題。這一高效全面的充填體系在有效控制地表變形沉陷量的同時(shí)，對于生產(chǎn)安全也有很大的幫助。該工藝技術(shù)具有良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，對于解決我國煤礦存在的大量建下壓煤問題具有重大的推廣應(yīng)用價(jià)值。