浅谈地面膏体充填采矿方法地面充填站设备选型

陈爱学

1.充填方法简述

膏体充填方法是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等固体废物在地面加工成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过管道或充填泵输送到井下，对采空区进行适时充填。膏体充填采矿方法目前正逐步被煤矿采用，是煤矿“三下一上”采煤的主要技术发展方向，对实现绿色开采及采空区控制覆岩及地表沉陷效果显著。该充填方式主要由地面充填站、管路加压输送系统及井下工作面充填组成，因此作为地面充填站的膏体生产单位，设备的合理选型将直接制约井下充填工作的效率及效果。

2.地面充填站设备选择原则

地面充填站是充填膏体的生产单位，其设备选型配套是充分发挥其生产效能，达到高产高效安全开采的前提，地面充填站设备选型的基本原则：

1）能满足工作面生产能力的需要

主要是指充填系统的膏体生产能力与充填生产任务要求相适应，这是充填设备选型配套的基本要求。

2）设备的主要技术参数相互匹配

各设备的技术性能是成套设备技术性能的基础，但是只有各设备的主要技术参数相互匹配时，它们的技术性能才可能很好地发挥，所以设备配套时要很好地处理“单机”和成套设备性能参数的匹配关系，要从配套的角度来选型，而不是孤立地追求单一机械设备的先进性能。无论生产能力，自动化程度和可靠性等，都应该考虑相互匹配的要求，只有这样才能达到设备最高的生产能力和最经济的资金投入。

3.地面充填站设备构成

地面膏体充填工艺地面充填站系统主要划分为矸石破碎仓储系统、配比搅拌系统、管道泵送系统，将煤矸石运至破碎站进行破碎加工，破碎后的矸石进入矸石大棚，通过高架皮带进入搅拌机，加入适量的水、水泥和添加剂按比例混合进行充分搅拌，搅拌后的膏状浆体利用充填泵通过管路输送到采空区。主要设备的选型包括矸石破碎、骨料输送、配比搅拌、管道泵送、供水、供电、收尘降噪等。本文主要阐述矸石破碎系统、配比搅拌系统、管道泵送设备选型的一些经验。

4.设备选型

以山西阳迪煤矿3号煤层膏体充填采煤工艺设计为例，3号煤层设计采用“两采一充”的采充循环作业方式，每日应完成3个充填循环，则每个充填循环的充填量为187.2m3，1个充填循环用时取1.3h，则设备充填能力应不小于144.0 m3/h。考虑20%的富裕充填能力，则设备充填能力应不小于172 m3/h。故在设备的设计与选型方面应考虑这些因素，以减少它们间的相互影响。设备选型如下：

4.1 矸石破碎系統

（1）2PF—1212双转子反击式破碎机

（2）筛分机选型

4.2 配比搅拌系统

配比搅拌系统采用动态计量配料和两级连续搅拌的方式，配比搅拌系统能力210m3/h。

（1）配料系统

配料系统主要包括矸石储料斗、水泥储料斗、动态称重给料机、称重螺旋给料机、变频计量供水泵和管道流量计组成。

（2）搅拌系统

矸石、水泥独立计量后按比例经皮带输送机给料到煤矿用混凝土搅拌机，同时在搅拌机内按比例加水搅拌，一级搅拌后进入螺旋给料机二次搅拌并输送到煤矿用混凝土泵。

4.3 管道输送泵

5.地面充填站设备选型分析

该矿3号煤层设计生产能力为0.30Mt/a，日产量909t，每日形成采空区645m3。设计充填膏体材料量561.7m3/d，矿井产生的矸石达到了全部利用，减少了对环境的影响，实现了绿色开采。通过对地面充填站矸石破碎系统、配比搅拌系统、管道泵送设备的合理选型，可充分保障充填工序的有序进行。同时结合矿井的实际产能、生产现状等因素条件，使选型设备在相应条件下达到工况利用最大值，从而实现产出与设备投入经济最大化。采用充填工艺大面积开采后，使其对地表造成的破坏最小化。同时通过合理的设备选型，使采煤与充填工艺施工配合紧凑，极大的发挥了煤炭的采出效率。