矸石充填绿色开采技术在花园煤矿的应用研究

2012-08-24孙长军

中国煤炭工业 2012年5期

文/孙长军

煤矿建筑物下压煤开采，以及矸石等固体废弃物的排放处理问题，已成为煤矿企业急需解决的重大技术难题之一。因此，摆脱困境，延长矿井的服务年限，最大程度地回收煤炭资源，并确保地表建筑物的正常安全使用，采取高效、安全的开采方法采出建筑物下压煤已势在必行。

一、实施矸石充填绿色开采的必要性

花园煤矿矿井东距金乡县城0.4km，北距济宁市市区50km。煤炭资源可采储量为3369万t，均为建筑物下压煤，地面建筑物多为砖混结构的民房，承受采动影响能力小；一采区采用条带开采方式，虽然一定程度上控制了地表沉陷，但是遗留了大量的煤柱，煤炭资源采出率仅为40%左右。现有矸石山一座，约堆积矸石100万t，矸石年产量约20万t。矸石的堆积，不但占用矿井工业广场土地，而且对矿区环境的维护造成了一定的影响。

为解决以上问题，根据目前“三下”采煤技术的发展现状及花园煤矿实际，拟采用综合机械化固体（废弃物）充填采煤技术，并委托煤炭工业济南煤炭设计研究院有限公司、中国矿业大学在花园煤矿开展综合机械化固体（废弃物）充填采煤项目进行研究，计划投资15025.1万元。

二、项目设计原理及方案实施

综合机械化固体废弃物充填采煤项目在花园煤矿工业广场和井下采掘现场实施，需要将地面矸石等固体充填物料破碎后运输至井下，井下矸石破碎后直接运输到采煤工作面，实施充填。

1.地面矸石下井系统

考虑投料井布置在地面矸石堆放场西北角处，基于简单、高效、低故障率的原则和对运输系统的性能要求，矸石山矸石由推土机和装载机推至刮板输送机，经转载机投入破碎机，破碎后的矸石进入皮带走廊，经胶带输送机运送至投料井投放到井下。

地面运输系统主要由推土机、刮板输送机、破碎机、带式输送机、垂直输送系统控制台组成。设备选型的原则为：

（1）系统输送能力应大于充填的最大能力。

（2）胶带输送机在选型时要确定的参数主要包括输送能力、电机功率和架体强度，电机功率主要根据运输的倾角、带长及输送量的大小等条件确定，强度应按使用可能出现最恶劣工况和满载工况进行验算。

（3）控制台电控装置应能够对地面运输系统整体控制自动、手动开（关）机，当后续工作出现故障时能够紧急制动。

2.二采区矸石不升井系统

根据二采区及产矸地点的相对位置关系，确定二采区矸石不升井系统的位置、矸石运输及通风路线。

（1）矸石运输路线。地面、掘进矸石→轨道大巷→西翼轨道大巷→进车联络巷→二采区矸石仓→运矸联络巷→2301工作面胶带顺槽→2301工作面。

（2）通风路线。矸石仓上口通风：新风→副井→轨道大巷→西翼轨道大巷→进车联络巷→出车联络巷→西翼轨道大巷；矸石仓下口通风：新风→副井→轨道大巷→西翼轨道大巷→二采区轨道下山→进风行人联络巷→运矸联络巷→二采区胶带下山→西翼胶带大巷→胶带输送机大巷→主井→地面。

3.井下矸石不升井系统

矸石不升井系统使整个矿井的掘进矸石不需要提升至地面，而直接进入充填矸石运输系统用于工作面充填。由于掘进矸石的产出量不稳定、产出地点不断变动，需要在适当的位置设置矸石仓，用于掘进矸石的临时存储。同时，由于掘进矸石粒径较大，不能直接用于充填，需要增加破碎机对其进行破碎。

掘进矸石通过矿车运输至破碎硐室内，使用翻车机将矸石倒入破碎机，破碎后的矸石直接通过铺设在储料仓上口绕道内的刮板输送机运输至储料仓，然后经过给料机给料到储料仓下口的胶带输送机上，从而进入充填开采矸石输送系统。其工艺流程图如图1所示。

图1 矿井井下矸石不升井系统工艺流程图

4.综合机械化固体（废弃物）充填采煤系统

根据充填采煤工作面设计原则，结合充填采煤区域的地质条件及矿井原有系统布置方式，在尽量利用矿井原有巷道及正在掘进巷道的基础上，二采区共布置10个充填采煤工作面。充填采煤工作面生产系统包括运煤、通风、运料及运矸系统，以首采面2301工作面为例，生产系统布置如下：

（1）运煤系统。2301工作面→2301工作面胶带顺槽→二采区胶带下山→二采区煤仓→西翼胶带大巷→采区煤仓→胶带输送机大巷→井底煤仓→地面。

（2）通风系统。新风路线：地面→副井→井底车场→轨道大巷→西翼轨道大巷→2301工作面轨道顺槽→2301工作面。乏风路线：2301工作面→2301工作面胶带顺槽→二采区胶带下山→回风联络巷→西翼胶带大巷→胶带输送机大巷→主井→地面。

（3）运料系统。地面→副井→井底车场→轨道大巷→西翼轨道大巷→2301工作面轨道顺槽→2301工作面。

（4）运矸系统。矸石运输线路分为两条，一条为：地面矸石→副井→井底车场→轨道大巷→西翼轨道大巷→二采区矸石仓→2301工作面胶带顺槽→2301工作面；掘进矸石→二采区矸石仓→2301工作面胶带顺槽→2301工作面。另一条为：地面→投料井→运矸石门→西翼胶带大巷→运矸联络巷→二采区胶带下山→工作面胶带顺槽→工作面；掘进矸石→井底矸石仓→运矸石门→西翼胶带大巷→运矸联络巷→二采区胶带下山→工作面胶带顺槽→工作面。