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鸡西分子公司生产技术部煤矿井下矸石充填技术与应用一、矸石充填意义⒈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。⒉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。⒊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。⒋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。⒌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。⒍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。⒎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。二、煤矸石现状煤矸石是煤炭开采和洗选加工时排出的废弃物，排放量约占煤炭产量的10%—20%。目前，我公司煤矿井下矸石的排放大多数仍采用由井下运输提升至地面，再向指定的区域排放，久而久之形成矸石山。煤矸石现状矸石山的存在，不仅占用大量的土地资源，而且造成了严重的环境破坏，矸石中含有的S、P、C等几十种成份对大气、水源、土壤等造成了不同程度的污染，有时矸石山还会发生自燃现象，引发其他事故。这些都在不同程度上危机人类的健康与安全，成为一大公害，甚至被称为煤矿的毒瘤。因此，如何减少矸石占用土地，消除或减少环境污染，是当前煤炭生产行业很有必要研究的一个课题。三、采空区塌陷现状1、近年来由于采空区塌陷形成山体崩塌、地面塌陷、地表裂缝等地质灾害日渐增多，给工农业生产、基础设施和当地群众的生命财产安全造成严重威胁。2、采空塌陷区造成的另一项危害是使水资源遭受破坏，从而引起区域性地表水泄漏、地下水位下降，使矿区及周边大范围内的地下水均衡系统受到破坏3、采空塌陷区的面积日渐扩大，不仅致使地下千疮百孔，地上环境恶化，而且火灾隐患也日渐增大，直接威胁着矿区群众的生命健康安全。四、矸石泵式充填㈠泵送膏体充填方式：⒈国外膏体充填：膏体充填技术在国外金属矿山已经有20多年的发展历史。世界上首次膏体充填试验是1979年在德国格伦德铅锌矿进行的。试验成功以后，膏体充填技术在澳大利亚、奥地利、加拿大、英国、摩洛哥、葡萄牙、俄罗斯、南非、美国等国家的金属矿山得到了推广应用。⒉国内膏体充填：⑴“八五”、“九五”期间，甘肃金川有色金属公司与北京有色冶金设计研究总院合作，利用国家重点科技攻关项目“全尾砂膏体泵送充填工艺及其设备研究”，在金川二矿区建成了我国第一条主要利用洗选尾砂、棒磨砂和粉煤灰的膏体充填工艺系统，其中，水泥浆独立泵送，在井下离充填点20-30m处与集料膏体浆液混合，与水泥浆混合后的膏体充填料浆重量浓度为82%，水泥用量平均280kg/m3，充填体最终抗压强度大于4MPa。该套膏体充填工艺系统采用德国施维英公司生产的KSP-140HDR矿用充填泵，泵送压力13MPa，充填能力100m3/h，利用自制的双轴连续搅拌机制浆，由美国霍尼韦尔公司生产的TDC-3000型工业集散控制系统实现了计算机控制。该项成果2000年获得了国家科技进步二等奖，并在铜绿山矿得到推广应用。矸石泵式充填方式的选择•⑵河北金牛能源邢东矿自2001年11月投产以来就致力于矸石充填项目研究，与中国矿业大学合作，经过33个月的探索试验，最终形成了完备的井下矸石充填系统——把矿井生产中产生的矸石，填到井下那些不能开采的建筑物永久煤柱里，不但实现矸石不升井，避免占用土地和环境污染，而且还可以把常规方法不可能采出的煤炭资源采出，提高资源开发率。•⑶山东新汶矿业集团孙村煤矿地表煤矸石充填系统正式生产开工典礼于2006年9月15日上午举行。中国恩菲电气系统部和矿机专业承担该项目充填工艺的主体设计、电力、仪表、控制系统等设计工作，并承包了该项目的全部配电设备、控制系统设备、自动化仪表的集成工作。在短短一个月的时间内，完成了现场调试工作，并顺利投入生产。该项目采用孙村煤矿生产的废弃物煤矸石为骨料，配合粉煤灰和水泥为添加物，充填能力80-100m3/h，矿浆浓度为72%。该项目的实施既可以解决煤矸石占地和排放废气的环保问题，也可以利用充填物作为支撑，替换井下保留的煤柱，是一个环保和经济效益双赢的项目。该项目在国内煤炭行业是第一家将充填工艺用于工业化生产的煤矿，也是中国恩菲在煤炭行业承担的第一个充填项目。•⑷山东华恒矿业有限公司自2007年11月份开始调研泵送矸石充填系统，首先与泰安海天工程机械有限公司合作研发矸石回填泵，在地面做工业性试验，取得成功。2008年7月确定了泵送矸石充填设备配套及布置方案，在十三层工作面经过一个月的充填试验，达到预期效果，每小时平均充矸能力50m3。2008年9月份华恒矿业公司第二套充填系统应用，实现了矸石不升井。矸石泵式充填方式的选择㈡机械输送、原生矸石充填方式新汶矿区应用比较广泛的其它充填方式为机械输送方式，一般采用皮带机（需施工专用巷道）、溜子运输矸石，利用抛矸皮带将矸石抛掷于采空区，或综采支架后方悬吊溜子将矸石卸至采空区。㈢膏体充填技术相对于机械充填技术的优缺点：⑴优点：与机械充填相比，系统简单、不需独立的充填运输巷道，占用人员少、劳动强度低、占用设备少，充矸能力大。⑵缺点：技术要求比较严格，工艺复杂，管道输送时常常因为大摩擦损失或高管道压力引起管道堵塞等。㈣充填方式确定：基于泵送矸石充填能力大、系统简单、效率高的特点，选择泵送矸石充填技术，进一步研究应用薄煤层综采支架后方连续充填、快速充填，充实率高的技术，创出一套适合我矿现场实际的成套技术方案。矸石泵式充填方式的选择•㈡机械输送、原生矸石充填方式•新汶矿区应用比较广泛的其它充填方式为机械输送方式，一般采用皮带机（需施工专用巷道）、溜子运输矸石，利用抛矸皮带将矸石抛掷于采空区，或综采支架后方悬吊溜子将矸石卸至采空区。•㈢膏体充填技术相对于机械充填技术的优缺点：•⑴优点：与机械充填相比，系统简单、不需独立的充填运输巷道，占用人员少、劳动强度低、占用设备少，充矸能力大。•⑵缺点：技术要求比较严格，工艺复杂，管道输送时常常因为大摩擦损失或高管道压力引起管道堵塞等。•㈣充填方式确定：•基于泵送矸石充填能力大、系统简单、效率高的特点，选择泵送矸石充填技术，进一步研究应用薄煤层综采支架后方连续充填、快速充填，充实率高的技术，创出一套适合我矿现场实际的成套技术方案。五、煤矸石泵式充填技术方案：技术原理及工艺流程泵送矸石技术借鉴地面建筑工地混凝土泵送技术，在井下利用管道泵送破碎矸石充填至采空区内。工艺流程：泵送矸石充填技术主要由井下矸石转运、破碎、储存、搅拌、泵送等五大系统组成。主要工艺流程是：将井下掘进矸石及原煤流中的矸石转载到矸石破碎站，破碎后的矸石进入矸石仓储存缓冲，然后进入矸石搅拌机，加入适量的水和添加剂进行充分搅拌，搅拌后的矸石利用矸石充填泵通过管路充填到采空区内，在采空区内自流接顶。煤矸石由矸石仓用胶带输送机运至破碎机喂料口进行粉碎，粉碎的矸石进入搅拌机，搅拌机加水搅拌后，进入输送泵，泵将搅拌好的水和矸石（为防止堵管和增加充填体的强度需加入适量粉煤灰）经管道将矸石送至回采工作面（或中间加一台泵接力输送）进行充填。煤矸石破碎前必须应用除铁设备进行除铁。破碎后的矸石也可以通过溜子或皮带运至搅拌机内。矸石充填关键设备矸石充填关键设备矸石充填关键设备矸石充填关键设备矸石充填关键设备矸石充填关键设备矸石充填关键设备矸石充填关键设备矸石充填关键设备四、矸石巷式充填工艺介绍矸石巷式充填是巷式开采与充填工艺相结合，在第一条巷道（或窄工作面）开采后，隔一定距离（需根据地质条件等进行计算），回采另一巷道（或窄工作面），同时对第一条巷道（或窄工作面）进行充填，实现充填与开采基本不相互影响，保证了生产矿井的产量。四、矸石充填工艺介绍第一步：采掘第一条巷道第二步：相隔一定宽度煤柱采掘第二条巷道，同时充填第一条巷道。第三步：依次采掘巷道并充填前一条巷道第四步：待充填完毕几条巷道后，在其隔离煤柱中掘巷并充填充填巷开采及充填顺序示意图四、矸石充填工艺介绍矸石充填系统工艺流程示意图矸石矿车翻车机轨道推车机工字钢矸石仓乳化液泵皮带输送机给煤机给料机平台充填机破碎机四、矸石充填工艺介绍填充工艺流程图充填步骤1、井下迎头矸石运输：岩巷迎头掘进出的矸石经后部皮带运输到矸石仓中。或：装车后经轨道大巷进入上部车场，出推车机将矿车推入翻车机中，将矸石倒入矸石仓中。2、地面矸石山矸石运输：地面矸石山矸石经选煤场选矸后装车经副井、轨道大巷进入上部矸石充填车场，出推车机将矿车推入翻车机中，将矸石倒入矸石仓中。•3、破碎给料：将矸石仓的矸石经破碎机把矸石破碎到≤250mm粒径，再通过给煤机将破碎后的矸石给料至皮带机上。填充步骤4、皮带机运输：由可伸缩皮带机将矸石运送到采空填充巷迎头，进入矸石填充机。5、矸石填充设备迎头抛填：矸石直接进入矸石填充机抛射部进行抛射填充。调整抛射皮带使之左右上下摆动，使之在整个巷道断面均匀布料。操纵推平器，压实填充后的矸石。迎头矸石在较干燥的情况下，需边填充边撒水，以便于矸石堆积。针对部分煤矿附近存在发电厂，可利用粉煤灰等材料制成注浆材料，对充填矸石进行注浆，及能处理地面粉煤灰，又能提高充填体强度。四、矸石充填工艺介绍矸石充填关键设备