风力充填

风力充填随着煤炭生产的发展和人们环保意识的提高，煤矿矸石山滑坡、污染已成为社会公认的危险源、危害源。对矸石山的治理从上世纪八十年代初的矸石山绿化植树，注浆封堵，到今天的以矸换煤，实现了矸石不升井，矸石充填的目标。在近年的治理中矸石充填是最基本的方式，它停止了矸石山的增长，降低了矸石山对环境的污染及耕地的占用，但目前煤矿沿用的矸石充填技术劳动效率低，人工占用量大，速度慢，安全性差，不能满足矿井对矸石充填的要求，因此如何研究出一种效率高、输送安全可靠的矸石充填方式成为当前的迫切需要。风力输送技术是在管道中利用具有一定速度和压力的气流来输送固体颗粒物的一项技术。近年来气体输送技术发展很快，目前在化工、建材、粮食、轻纺等部门的应用日益增多，如用来输送粮谷、烟丝、茶叶等密度小于1的轻小均质细小颗粒；但对于密度在1.7～２且粒度不均匀的矸石颗粒，目前在国内外还没有相关资料表明以此实现风力输送。目前，煤矿井下矸石充填的方法主要有三种：一是矸石装袋垒砌法，就是利用人工将矸石装袋垒砌进行采空区充填，这种方法的特点是，人工搬运矸石消耗体力大、效率低，多适用于平巷充填，第二种方法是，抛矸皮带充填法，在采空区安装一部高速小皮带，皮带机头能在一定范围内上下左右摇摆，利用皮带的高速将矸石抛投入采空区充填。这种方法效率高，但充填不实，需人工修整，适用于平巷和下山充填。第三种方法是，溜槽充填法，沿平巷向采空区设溜槽，利用矸石在溜槽中自滑进行充填，这种方法只适用与下山充填，且人员多在溜槽的下方移缩溜槽，整理矸石，施工不安全因素多。第一种充填方式是一种辅助充填方法，常与第二种、第三种方法配合。以上三种方法设备安装、撤除频繁，人工占用量大、劳动效率低、速度慢、安全性差，不能满足矿井正常的安全生产要求，为了解决上述问题，我矿着手进行了低压气力输送矸石充填技术试验，并且取得了明显效果。随着矿井开采中煤矸石的不断升井至地面所形成的矸石山，造成了地表占用耕地越来越多，同时矸石山滑坡、自燃带来的污染也成为社会公认的危害源。传统开采方式对采空区实行自然冒落的方式所造成的顶板垮落、地表下沉等不合理问题也成为制约煤矿安全成产的瓶颈。为了解决上述两个问题，我们采取矸石不升井，以矸石充填采空区的方式，但目前矸石充填主要以人工运输、堆砌为主，存在劳动效率低、充填速度慢、安全性能差等缺点，尤其是不适用于顶板垮落较快的巷道，不能满足矸石充填和矿井安全生产的要求。为解决上述问题，我们开始组织技术人员就如何从提高劳动效率、降低职工劳动强度、远距离快速充填矸石进行研究。经前期认真调研，后期多次理论论证及现场试验，最终确定了以下技术方案：利用破碎机将原生矸石破碎至一定大小颗粒（一般直径50mm以下），用螺旋送料机做为送料设备，使用风力输送机产生的冲击风压作为动力源，螺旋送料机将矸石颗粒输送至风料混合器中，在冲击风压的作用下矸石和风流在混合器内形成气固两相的均匀混合体，使用输送管路将矸石颗粒输送至充填地点，即现在的低压气力输送矸石充填技术。一、低压气力输送技术运作方式利用破碎机将原生矸石破碎至一定大小颗粒（直径50mm以下），用螺旋送料机做为送料设备，使用风力输送机产生的冲击风压作为动力源，螺旋送料机将矸石颗粒输送至风料混合器中，在冲击风压的作用下矸石和风流在混合器内形成气固两相的均匀混合体，使用管路将矸石颗粒输送至充填地点。二、具体实施方式在充填工作面安装自制前倾式翻车机、GLL700/11KW链板式给料机、YDB型电动滚筒、PCA1000×1000锤式破碎机、P60B耙斗装岩机、BWY5型螺旋给料机、RRE-200风力输送机设备各一套，排矸管道（PVC管，长度根据工作面长度而定）、集中控制及信号系统一部。三、工作流程1、矿井产生的原生矸石经破碎机进行破碎至一定大小颗粒（一般直径50mm以下），由皮带机运输至送料机进料口。2、破碎后矸石进入送料机后经叶片低速挤压推进，使矸石颗粒密度更加均匀，并形成密闭体，彻底消除管路反风现象。3、经挤压后的矸石颗粒输送至风料混合器，风力输送机提供的冲击风压与矸石颗粒进行气固混合，形成气固两相的均匀混合体，并以漂浮状进入输送管路，冲击风压形成的旋转风流将均匀的混合体吹至充填地点，由于冲击风压的冲击力可将沉落在管路底部的物料不断吹起，可有效防止矸石颗粒积聚所造成的管道堵塞。4、输送管路采用PVC管，管路内壁自润滑性好，可有效降低管路内壁阻力，提高矸石颗粒输送速度；并具有耐磨性，可长期使用。四、低压气力输送技术优点1、使用螺旋送料机将矸石颗粒层层螺旋挤压推进，形成密闭体，彻底消除管路反风现象，改变传统送料方式为防止回风需加回风抽气室及因反风现象不能连续输送的问题。2、风力输送机产生的冲击风压将矸石输送至充填地点进行充填，冲击风压形成的旋转风流将沉落在管路底部的物料不断吹起，可有效防止矸石颗粒积聚，避免管道堵塞。3、使用风料混合器将风力输送机提供的冲击风压与矸石颗粒充分混合，形成气固两相均匀混合体；并以漂浮状进入输送管路，对管路的摩擦力小，不会造成管路堵塞问题。4、输送管路采用高分子PVC管，管路内壁自润滑性好，可有效降低管路内壁阻力，提高矸石颗粒输送速度；并具有耐磨性，可长期使用。5、控制系统采用集中变频控制，当充填工作面较长时可提高风力输送机风压，同时降低螺旋送料机输矸量，实现定量远距离输送；反之当充填工作面较短时，可降低风力输送机风压，适当提高螺旋送料器输矸量，从而实现工作面充填的近距多输。6、该套设备采用机械输送充填工艺，替代了传统人工运输、堆砌充填方式，降低了工人劳动强度，由于可实现远距离快速机械输送充填矸石，实现了矸石不升井，减少了井下顶板垮落所造成的井上地表下沉隐患，提高了煤炭开采量，技术达到国际先进领先水平，具有良好的经济、社会和安全效益。五、与国内通用的输送技术对比回风收集器给料口进风口叶轮给料机呈锯齿状分布，对管路摩擦严重目前国内外通用的输送技术容易回风充矸地点1、只适用于输送比重小于1的粉状或直径小于10毫米的均匀颗粒，对于比重大，颗粒不均匀，直径在10毫米以上煤矸石难以输送。2、如果输送形状不规则，颗粒大小不一、干湿度不均匀的物料，在输送时容易造成管路堵塞。3、输送时管路回风率高，回风量与管路的输送长度成正比，管路越长，回风量大会造成管路内风流紊乱，无功损耗增大，一般在10%-30%左右。4、输送时的物料成锯齿状分布，物料与管壁摩擦大，管路磨损严重，管路的使用寿命短。矸石输料系统风源充矸地点新型风力输送矸石技术呈均匀的气固两相体分布，对管路摩擦很小1、对各种物料的适应性较强，对于比重大、形状和颗粒不规则的物料可以正常输送，并且输送的颗粒的可以粗细混合，颗粒最大直径可以达到50毫米。2、输送物料或矸石在输送管内呈均匀的气固两相体分布，对管路摩擦很小，不会堵塞管路，管路的使用寿命延长。3、输送物料时风流比较平稳。不会因产生回风而出现风流紊乱、无功功率消耗大等现象。4、充填速度快，目前矸石输送量可达到70吨/小时，输送长度400米，下一步目标是使风力输送矸石能力达到120吨/小时，输送长距离达2000米以上。5、充填密实性好，矸石在充填空间内充分接顶，顶部支护效果好，对于顶板破碎的空间，可采用架间充，保证施工人员安全，与其他充填方式相七、现场应用效果1、2009年3月在-55031113W工作面充矸时，在巷道坡度大，局部上行坡度最高达到29度的条件下，依然实现了37车/小时（折合70吨/小时）的矸石充填量，并达到了密实性好，接顶率100%的良好效果。2、09年4月在-55011111W工作面成功进行了巷道沿空留巷280米，减少了保护煤柱，提高了煤炭资源回收率。3、09年12月在副立井矸石山试验成功，在输送坡度在上行5°时达到了输送量70T/h，输送距离1000米以上。4、目前在地面已试验成功输送量300T/h，输送距离500米。社会效益：1、低压气力输送矸石充填技术在我矿的成功应用，为煤矿解放井下压煤量，实现绿色开采打下了坚实的脚步，保证了矸石不升井，减轻了地面沉降对生态环境的破坏，因此其具有极大的社会效益。2、低压气力输送矸石充填技术在我矿的成功应用，大大降低了井下运送矸石的繁忙程度，降低了井下的运输提升的管理成本，提高了各个水平的安全运输系数，对矿井的安全发展有极其重大的意义。3、风动充填技术在我矿的成功应用，解决了以往充填技术中效率低，劳动强度大等难题。经济效益：1、风动充填技术在我矿31113工作面的成功应用，每天可减少大量的提升运输费用，我矿每从井下提升一吨矸石到地面，提升运输费用就要30元，按一天充填180车计算，一年可减少提升运输费用为：180*365*30=197.1万元2、风动充填技术在我矿31113工作面的成功应用，大大降低了工人的劳动强度及数量，风动充填比以往充填方式每班少使用人员4人，按每人年工资为35000元，则一年可减少费用为：3.5*3*4=42万元3、风动充填技术在我矿31113工作面的成功应用，杜绝了31113工作面顶板垮落对底板的破坏，杜绝了工作面出水，保证了31113工作面的顺利开采，31113工作面储量共计约17万吨煤，每吨原煤约600元，则共换原煤价值为：17*600=10200万元。各类运输、设备租赁、人工综合成本合计300元/吨，则费用为5100万元。所以、风动充填技术在我矿31113工作面的成功应用，共创效：5100+42+197.1=5339.1万元。则实施低压气力输送技术新增产值10680.18万元，总效益为10680.18-5211.4=5468.78万元。4、在-55011111W综采工作面进行了充填留巷280米，减少了巷道开拓及维护费用，减少了煤柱，提高了煤炭回收率，具体数据如下：（1）巷道后维护费用1497.13元/米（2）掘进平均费用1822.345元/米则工作面后维护比巷道掘进每米节约1822.34-1497.13=325.13元。（3）进行沿空留巷后维护时可减少煤柱提高煤炭回收率：多回收煤炭：13.7*1.33=13.566吨效益为13.266吨*600元/吨=7959.6元。通过以上数据对比可知，进行巷道充填后留巷不仅每米费用比巷道掘进节约325.215元，且可多创效益7959.6元。合计原煤产值280*（325.215+7959.6）=2410808元。各类运输、设备租赁、人工综合成本合计300元/吨，则费用为111.4万元，则效益为241.08-111.4=129.68万元。