原生矸石充填设备在煤矿绿色开采中的应用

原生矸石充填设备在煤矿绿色开采中的应用山东能源新矿集团盛泉矿业张国宾摘要：随着老区煤矿开采年限延长，储量逐年减少，三下压煤的开采势在必行，相应的环境问题凸显：建筑物破坏、矸石堆积占地，地下水水位下降等。因此减少煤炭开采对生态环境的破坏，实现绿色开采显得日益重要。本文阐述煤矿绿色开采内涵及充填技术中的设备应用，对老区资源枯竭矿井实现绿色开采具有借鉴意义。关键词：煤矿绿色开采设备应用1．引言在我国一次能源结构中，煤炭占70%左右，它将长期是我国的主要能源。随着老区资源枯竭矿井三下开采规模越来越大，相应地也带来了许多生态问题。如何使老矿井的开采通过低投入、高回报得到可持续的发展，这就需要采取合理的开采技术及有效的防治措施，走矿产资源开发利用与生态环境协调发展的绿色矿业之路，率先实现“低开采、高利用、低废弃”集约化经营的行业可持续发展目标，建设绿色煤炭工业体系。本文就老区煤矿如何实现绿色开采以及矸石充填设备在绿色开采技术中的应用进行分析，并提出建议。2．绿色开采技术体系从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭、地下水、瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床，都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术，在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、矸石、水等一切可以利用的各种资源。基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，目标是取得最佳的经济效益和社会效益。针对煤矿中地表塌陷、地下水位下降、矸石排放，绿色开采技术主要包括以下内容：1）水资源保护－形成“保水开采”技术；2）地表与建筑物保护－形成充填与条带开采技术；3）减少矸石排放—综合利用技术总之，绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，形成一种使资源与环境相互协调的开采技术。首先要改革开采技术，减轻对水土的破坏和地表的扰动，减少废弃物排放，实现循环经济。其中，通过矿山废弃物的资源化利用矸石回填，实现岩层控制，减少对水土破坏和地表扰动，达到保护地面建筑物的目的，实现开采技术改革。3．实现绿色开采的途径及意义减沉开采及矸石充填技术，减沉开采技术主要包括条带开采与充填开采。条带开采技术存在的主要问题是采出率低、浪费大量煤炭资源，对资源枯竭矿井更不可取；而传统的水沙充填开采技术存在的主要问题是充填成本及设备投入相对偏高、充填工艺也不能适应衰老矿井开采要求。矸石的综合利用，我们根据煤矸石的特点可以通过矸石回填作为矿井减少矸石排放的主要措施，进行综合利用。煤矸石分二类:一类是随着矿井建设、开拓掘进而产生的矸石，俗称“岩矸”，可以将井下岩巷掘进矸石不提升出井，直接充填到采空区。另一类是煤炭洗煤加工而产生的附产品，如洗选黑矸、筛上物等，此类矸石对于煤质较差煤层开采，产生量会大大增加，可以不做任何加工利用矿井辅助运输下井回填。同时地面产生的工业、生活垃圾也可利用该途径回填采空区，减轻地面垃圾处理压力，实现矿井绿色环保。基于老区矿井现状，首先力求效益最大化，充填方式确定应用比较简单的机械输送方式，一般采用皮带机、刮板机运输矸石，利用抛矸皮带将矸石抛掷于采空区。该充填方式具有矸石充填能力大、系统简单、投入少、效率高的特点，选择原生矸石充填技术，是老区资源枯竭矿井首选绿色开采工艺。通过矸石充填可以实现煤矸石不升井，减少运输费用，减少地面占地和环境污染；煤矸石充填采空区实现以矸换煤，可以减少地表下沉，使对土地和建筑物的破坏降到最低，减少赔偿费用；煤矸石充填采空区，减少对顶底板破坏，从而减少顶底板水的涌出，降低回采工作面水患威胁、提高回采效率、提高煤质和降低排水费用；煤矸石充填采空区，将采空区底板覆盖上密实的充填体，减少瓦斯涌出，保证回采快速、安全；煤矸石充填采空区，将靠近留巷段的采空区充实，可以保证充填留巷效果，降低留巷费用。从而实现无煤柱开采，提高煤炭资源回收率，减少巷道掘进量，缓解采掘接续紧张；更有利于分储分运效能的发挥，有利于单轨吊系统的运行和彻底消灭井下地轨；成熟、高效的充填技术可为受水害威胁的后组煤开采打下坚实的基础。4．矸石充填工艺流程及设备应用为了降低充填成本，充分利用廉价、性能优良的充填材料煤矸石，我公司率先通过对矿井原有开采设备改造，形成了一套独立完整的原生矸石充填系统。该系统充填为机械输送方式，一般采用皮带机、刮板机运输矸石，利用抛矸皮带将矸石抛掷于采空区，抛矸皮带对矸石的加速度成喷射状进入采空区，提高了充填密实度，减缓了采空区的下沉速度和下沉量。4.1．工艺流程矸石矿车翻车机矸石仓仓底给矸机胶带输送机刮板输送机回采工作面倒开刮板输送机抛矸皮带采空区即：矸石由矿车运至矸石仓口翻车机翻入矸石仓，通过仓底给矸机装入胶带输送机运输，经转载刮板输送机运至工作面，经过工作面倒开刮板输送机溜尾卸载至抛矸皮带，高速运行的抛矸皮带对矸石加速度后抛入采空区进行充填。矸石不做任何加工处理，块度控制在Φ300mm之内就可实现原生矸石充填。4.2．设备应用矸石翻车机是底卸式无动力卸载设备，它是由底盘、支撑座、轴枕座、刹车与操作装置、翻矸架总承、减振装置、保护装置、固定部分等组成。翻矸机曲轨与运输系统轨道联接，矿车通过自溜式或动力推进式进入翻矸机。工作原理是借用矿车进入翻矸架总承时的冲击力，带动翻矸架总承向前倾斜，并带动翻矸架总承与矿车一起向前翻转，以将矿车中的矸石卸入翻矸机底部的煤仓中。卸载完成后，由于翻矸架曲轨的偏心设计造成的重量偏离原理，使翻矸架与矿车通过自身重量将翻矸架翻转回原位置，从而实现自动卸载回位。该设备占用空间小，操作简便，适应任何场所翻车卸载。目前我国许多煤矿采用以矸换煤，矸石充填工艺。矸石用量大，运输、卸载困难。矸石仓建设地域空间小、电源敷设困难等诸多问题。为解决这一技术难题，我们通过现场了解及勘探，研制了翻矸机，通过现场应用，解决了这一难题，并有效的提高了工作效率，减轻了工人的劳动强度，保障了安全性能，形成了具有实际应用价值的发明。附图1：翻矸机外形图矸石运输采用矿用胶带运输机、刮板运输机转运。工作面矸石运输利用原刮板输送机改造成倒开方式，溜头转载溜尾卸载，溜尾与抛矸皮带链接，方便充填延缩及抛矸皮带搬移。抛矸皮带是系统主要设备，也是决定充填效果的关键环节。该设备原理是通过高速运行皮带带动矸石加速以抛物状进入采空区，完成矸石充填。我们通过不断改进完善，成功设计了电动滚筒式抛矸皮带，皮带线速度达到7.5米/秒，抛矸距离超5米，连续充填量可达120吨/小时。抛矸皮带机固定架的几个重要部位设计为“人”字型支撑，加大了支撑力及稳定性，使高速运行的皮带不会产生摇摆及震动。该皮带利用采煤工作面乳化液液压系统，可实现抛矸角度调整，利用倒开刮板机可实现前后搬移，使之在充填现场使用更加简便易行。针对皮带运转一定周期后“打滑”现象，为电动滚筒安装了调整角度的装置，使电机位置实现了可调整，另一方面，调整了主滚筒斜下方底托辊的位置，使皮带在主滚筒上的包角增大，增大了皮带与主滚筒的摩擦力，从而较好地解决了皮带“打滑”现象。针对抛矸皮带机提速后矸石的运动速度随之增加，矸石易发生飞矸的现象，我们在抛矸皮带机皮带上方加了防护罩，以防止飞矸伤人，又在上下皮带间用铁板实行密封隔离，并在抛矸皮带下方安装了碎矸清扫器，有效地防止了飞矸及落矸伤人。通过逐步完善设备达到原生矸石充填要求。5．结束语煤矿绿色开采技术对于美化矿区环境、改善能源结构、实现环境保护与能源同步发展等都具有重要意义。我们的原生矸石充填工艺只是系统工程前期探索。希望这次探索能够给予老区资源枯竭矿井以启示，充分利用自身有限资源完成以矸换煤目标，实现绿色开采。要实现真正意义上的绿色开采，还需要相关专家综合研究和解决技术方面的诸多难题，还需要国家在政策与税收等方面对绿色开采加以支持。总之，在可持续发展的总体战略目标下，我们还要不断探索、创新，逐步完善开采工艺，以矸石充填的最新工艺，推动煤矿以矸换煤工艺体系的更新换代，为解决“三下压煤”提供科学依据，最终实现“奉献绿色资源，创造人本价值”。