浅谈井下矸石回填采空区.pdf

第 2 期 20 10 年 6 月 水力采煤 与 管道运 输 I Y D R A U L IC C O A L M IN IN G P IP E L IN E T R A N SP O R T A Y lO N N o 2 Ju n 20 10 浅谈井下矸石 回填采空 区 徐德林黄宇成周继峰 通 化矿 业集 团有限 责任公 司道 清煤矿 吉林 白山 134300 摘要 将 井下的矸石充填 到采 空区 不仅 节 省了矸石的提升运输 费用和 占用地 面土地 而且还 可解放 三 下 压煤和 回采煤柱 介绍 了矸石充填采空 区的工 艺和主要 设备 关键词 矸石 采 空区 井下充填 中图分类号 TD 327 文献标识码 B 文章编号 1006 0898 f 20 10 02 0064 03 0 前 言 我国现有 的煤 矿 在生 产 过程 中都会 随着 煤 炭 的生 产而产 出大量 的工业 废物 矸石 同时 在井下形成 大 面积 的采 空 区 因为 采煤 后 的各 项遗留问题 而形成 社 会 问题 和环境 问题 已经 在 制约着煤炭企 业的进 一步发展 在 目前 如何 能 处理这 些矸 石 以及 采煤 后形 成 的大量 采空 区 已经成 为 现 代煤 炭 企 业迫 在 眉 睫 的重 要 课 题 广大 的煤 炭科研 院所及 高校 的科 技人 员 都 在着 手研究这 方 面的 课题 很 多 知名 企业 也 在运 用 新的科学方法指导生产 为煤炭企业 带来 了新 的 生机 开创 了煤 炭生产 的新时代 1 传统排矸 工艺及 采空区处理方法 的缺点 1 1传 统排矸工艺特点 矸石堆放 占压 良田 据资料记载 我国现 累计矸石堆放量达 3 亿 t以上 形成 1500 多座矸 石 L I 并 以每年超过 1 2 亿 t的速度继续增加 这 层 的倾斜 断层 贯穿 整个 采 区倾 向 造 成 一个 宽 度为 200m 的孤立块段 为实现矿井安全 高效 开 采 适应 综采 工作 面布 置 的需 要 将 山布置 在 断层 孤立条 带 中 鉴 于 提高 回采率 方 面考虑 左 侧 的上 山与 断层之 间留足上 山保护煤 柱 的距 离 同时 3 1 采区上山可做今后 回收断层煤柱巷道使 用 采 用倾斜 条 带式 回采 以达到 降低 采 区巷 道 掘进率的 目的 3 实现一 巷多用 由于矿井北翼 生产较 为集 中 作为 目前 主采 的 3 煤采 区生 产能 力 占全矿井 生 产能力 的 50 左右 而北翼集 中运 输大 巷因受压变 形 巷道 断 面 收缩 造 成局 部地 段风 速 已达到 临界状 态 这 种状况 将 随 着 北 翼 84 采 区 的 开 拓及 34 采 区 一650 m 以深 的准 备将进 一步 加剧 严 重 制约 了矿井 长远采 区接 替 为 此沿 北翼 大 巷 施 T 一 条煤层 辅助 进 风大 巷 为 实现北 翼 的 皮 带连 续 集中生 产的需要 同时将辅助 进风大 巷兼作北 翼 皮带机 大巷 并为 今后矿 井东翼 31 33 及 8 11 采 区的皮带化有 了生根巷 道 该工程 2007 年底竣 工 为矿 井北翼 的 34 34 采 区及 今后 36 84 86 采 区服务 6 4 4 结束 语 随着 近几年 采掘设 备 的不断改 进 设备 的 功 率 不断加 大 进行 采 区之 间的合 并 加 大工作 面走 向及倾斜长度 采 用大功率 采煤设备 回采及 放顶煤开 采也 是 降低 巷道 掘进 率 的一 个重 要举 措 因祁南 矿地质 条件 复杂 而初期 勘探 程度 不高 应 加 强地质 保 障的前 赡性 提前 做好三 维 地震 勘探 及补钻工 作 从减 少无效进 尺上来 降低 矿井 的巷道掘进率 近几年 祁南矿通过对矿井生产布局的调 整 已逐步走出上世纪末因煤炭市场疲软而追求 短期 效益 留下 的后 遗症 从 巷 道设 计人 手 着 眼 长远 兼顾 目前大好市场形势 不断简化生产系 统 通过各种途径降低巷道掘进率 提高煤炭 回 采率 取 得了较好 的经 济效益 和社会效果 作者简介 王文利 1979 一 男 皖淮 北 人 l997 年 毕 业 于徐 州煤 建 棱 机 电专业 现在 淮北 矿业集 团祁 南矿从 事掘进技 术 工作 收稿 日期 20 09 1 l 一17 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 徐德林等 浅谈井下矸石 回填采 空区 第 2 期 些煤矸石 占去 了 1 33 万 公 顷 的土 地 给 矿 区周 边地 区和 流域 带 来严 重 的环 境 污染 每年 全 国 煤炭企将支付征地搬迁补偿金达 136 亿之多 而 且 造 成 了地 方 和厂 矿 之 间 工农 之 间的 矛盾 影 响了社 会稳定 和发展 污染周 边 环 境 煤 矸 石 的 制砖 筑 路 发 电等综合利用虽 然有 了一定 的进 展 但 因其用 量 小 优惠政策落实不够等因素 煤矸石的污染问 题一直未得到有效解决 大量的矸石仍然堆积 占 地 并且 还要 面 对 环境 的污 染 问 题 其 一 废渣 污染 矸 石本 身来 自于井 下 其 中含有大 量的有 毒有害物质 在 露天 的状况 下长 期堆 放对 周 围 的 环境有很大 的影 响 其 二 废水 污染 每 当下 雨 或 冰雪融水 在 经 过 矸石 山之 后 溶解 大量 的矿 物 盐 类并 随之 汇 入河 流及 湖 泊 造 成 水 污染 以至 影 响鱼牧 业 农 业 的 发 展 其 三 废 气 污 染 大 量 的废渣 在 风 化 作用 下 变 成 尘埃 或 烟 尘 弥 漫 于 周边环境 中 而 且会 在某些 化 学物 质或 生物 作用 下散发 出大量难 闻的气 味 并且 会 发生 自燃 污染 环境 矸 石 山 内部 自燃 在 遇 到暴 雨 天气 内部 蒸气 聚集 容 易 引发 爆 炸 事故 造成 巨大 的损 失 在 我国 已有几例 这样 的事 故发 生 都 造成 很大 的 经 济损 失 带来很坏 的社会影 响 矸 石 的地 面排 放 使 得 提 升 运 输 修 路 占地 管 理 运营等 费用增 加 在实 际生 产 中 大 量矸石 的提升和运 输需 要 大量 的人 力物 力 降低 了劳动 生产率 设 备增 加 特 别是 地 面设 置翻矸 系统 对生产 工艺 的简化 非 常不 利 同时增 添设 备 的资金 投 入 及运 行 费 用 的增 加 会 提 高 吨煤 成 本 影 响生产利 润 1 2 传统 采空 区处理 方法 的缺点 很多 生产 单 位 都 采 用 自然 冒落 法 处 理 采 空 区 方法 虽 然 简单 但 是 面对 的 问题 也 很 多 不 同的岩性及地质 条件 也 都有 不 同的要 求 有 时 顶板顺 利 冒落填充 到采 空 区 有 时不得 不 采用 钻 孔爆破 的方 法来 强 制 放顶 因为 老 顶 突 然 大 面 积的冒落而造成重大事故的例子不在少数 顶板 事故也 成 为威 胁矿 工 生 命 和影 响生 产 的 五 大 灾 害之一 采 空 区的瓦斯 治理 工作 也很 重要 并且 在个别有 自然 发火 倾 向的 矿井 还 要 作 好采 空 区 的防火 灭火工 作 这 些 问题都 为 安全 生产 带来 了隐患 地 面采 空区沉 陷 问题 严重 牵涉 到 的大 量 搬迁 移 民工 作 造 成 很 多 民事 纠纷 煤 矿 开 采 后地面塌 陷 损 毁大量 的城镇 设施 地 下管 网 工 业 及 民用建 筑 破坏大量 的耕 地 公路 通讯线 路 和 自然景 观 严重 威 胁 了人 民生 命财 产 安全 成 为严 重 的社会 问题 2 井下排矸 的优点及 其可行性 2 1 优 点 国内外 众 多 煤矿 由 于担 心 地 面 沉 陷损 坏 其 上 的建筑 物 道 路 大 量 三 下 水 下 道路 下 建筑物下 压煤无法开采 而且 随着城市和农村 的飞速扩 张 压 覆 煤 炭 越 来 越 多 矸 石 井 下 充 填 提升 运 输 修 路 占地 管 理 运 营等 费用 全 免 井下排 矸 可 把煤 矿 生 产过 程 中产 生 的矸 石 置换 部分常规不 能开 采 的永久煤 柱 实 现井下 矸 石 不升井 煤矸置换 开采不仅社会效 益极大 环 保效 益突 出 而且直 接经济效益也很 可观 节 约用地 矸石 不 升井 减 少 了矿 山 的 占 地 面积 村庄 不搬迁 耕 地 不影 响 同时也 避免 了 地 面废 弃 物放 置 保 护 了环境 既减 少 了土 地 占 压 和环 境 污染 又 提高 了煤 炭 资 源 回采率 延 长 了矿井服务 年限 可 以取 得 良好 的社 会效 益和 经 济效益 减少 了井下压煤 有效 破解 了 三 下 压煤 这一 煤炭 行 业 面 临 的共 性 难题 岩 巷 工 程 每延 伸 1km 矸 石量可达 4 万 t 用矸 石充填 采空 区每 年 多增 出煤 4 2 万 t 可增加 利税约 1600 万元 避免了采空区的沉 陷 如果 能够将采煤 过程 中的矸石全 部 回填 到采 空 区 不仅 减少 了 占 地 而且 可以阻止地 面塌 陷 保 护 了环 境 节 约 了 煤炭资 源 减少 了生产成 本 2 2 充填工艺及 设备 矸石 回填的工 艺 已经很 成 熟 许 多 的方法 和 工艺在不 同条件 的矿 山实验成功 并 投入生产 2 2 1 抛射法 填充 开拓 巷 道 的矸 石 抛 射 采 空 区 该 工 艺 流 程是 岩巷迎头 掘进 的矸 石装 车后进 入运 输大 巷 经 运 输 大巷 绕 道运 至 矸仓 上 口 由推 车 机 翻 车 机 翻入矸石仓 经破 碎机 把矸石 破 碎到 150 m m 粒径 再 由给料机 650 皮 带通过皮 带上 山运 到充 填巷迎 头 经充 填机 抛射 充填 迎头矸 石 在较 干 燥 的情 况 下 边 充 填 边 撒 水 以 利 于 矸 石 堆 集 充填机抛 填皮 带 可摆 动 角度 14 5 带 速 2 5 m s 上下摆 动 2 8 4 Om 之 间 充 填 机抛 填皮 带 及行 走 机构 为 电驱 动 充 填 时 可 前后 左 右上 下 6 5 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2010 年 6 月 水力 采煤 与管道 运 输 第 2 期 移动 充填机充填 时步距 1nl 充填效 率较高 充 填完成后 再对巷道充填 矸石上 部 的空 隙采用 注 浆法加 以充 填密 实 筛分 机 和注 浆 泵位 于 充 填 巷迎头 充填 机 的后 面 矸 石通 过 650 皮 带 到 达 筛分设备后筛分 出粒径小于 5m m 的粉末 筛出 的粉末 由注浆 泵 注入 充填矸 石 上 部空 隙 矸 石 充填工程设备包括矸仓上 口 TLL 一1 6 型液 压 马 达列车推车机 FD B Z 一1 6 型翻车 机 Y X B P 一22 2 型液压站 矸仓下 口 K 3 00 A 型 曲柄 传动 给煤机 充 填巷 D SP 一10 10 650 型皮带 Z H TO O 型 自走式充填机 以及 X R B R B 型泵站 等设 备 用矸石充填置换煤柱 中的煤炭 其工艺流 程 将 岩石 巷道 掘进 产 出的矸石 经轨 道运 输巷 运达充 填 工 程 上部 车 场 用抛 矸 机 抛 射 到采 空 区 为 了保 证充 填 密 度 将 矸 石 破 碎 到 300m m 以下 抛 矸 机 充 填 的 高度 距 离 巷 道 顶 板 不 大 于 150ra m 实现解放 三 下 压 煤 保 护地 面 建筑 物 的 目的 该工艺对 比上一 方法省去 了水 冲过程 简 化 了生产 工艺 流程 节 约 了资金 和人 工 对 于 水资源 缺乏 的西 北地 区很 有 意义 但是 充 填效 果不如上一种好 特别是 对于采 空区有 自然发火 倾 向的矿区不适用 2 2 2 排卸法充填 在回采工作面外设矸石仓 将井下掘进矸 石 或地 面矸 石转 运 到矸 石仓 用破 碎机 破碎 由 回采 面上 巷 运矸 皮带 机运 至 回采 面上端 当支 架 为 自移式 时 在支 架后 探梁 上 吊挂小 皮带 机 并 随支架 前移 当支 架为非 自移式 时 小皮 带机 设置在后探梁下 的底板上 用 移溜装 置前移 在 小皮带机上设置 自移式 卸矸小 车 将矸石 卸至采 空区 该工艺具有系统 设备 技术简单 投资 少 成本低 的特点 适 用 于采空 区无 自然 发 火倾 向的矿井 在 回采工作 面外部设 置矸 石仓 将 井下产 生 的矸石转运到矸石仓 在矸石 仓 出 口处 安装破 碎机 将矸 石破碎 成小 块 或 者将 地 面经破 碎 的 矸石转运 到矸 石仓 在 回采工 作 面上 巷 安装 运 矸皮 带机 将 经破 碎 的矸石 由矸 石仓运 至 回采 工作 面上端 回采 工作面采 用充填 支架支 护 或 者使工作 面支架后部 有足够 长 的后探 梁 在后探 梁下预 留输送及 填矸空 间 并 设置小 皮带机 当 支架 为 自移式 支架 时 小皮 带机 吊挂在支 架的后 探梁上 随支架的前移而前移 当支架为非 自移 式支架 时 小皮带机设 置在 支架 的后探 梁之 下的 底 板上 小 皮 带机 的底 部带 滑橇 用 移 溜装置 前 移小皮 带机 由小 皮带 机将 运 至 回采 面上 端 的 矸石 转运到 回采 面采空 区一侧 在小 皮带机 上 设置 自移式卸矸小 车 用卸矸 小车将 小皮带 机上 的矸石卸至采空 区 并 对矸石 进行一 定 的注水 以防止采 空区的残煤 自燃 3 结论 减少煤炭浪费 合理开采资源 利用矸石 圊 填采 空 区不仅 社会 效益 极 大 环保 效益 突 出 而且直接经济效 益也很 可观 经 过专家研 究 反