井下煤矸分离及矸石充填技术研究

2020-08-27魏永启

煤矿现代化 2020年5期

魏永启，周芳

（兖州煤业股份有限公司，山东邹城 273500）

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1 TDS 智能干选原理图

图2 TDS 煤矸分离系统示意图

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300×12.5%=37.5 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

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。