xxx煤矿采空区充填设计

1、目 录1.设计原则及依据21.1设计原则21.2执行相关国家标准22.矿井基本信息33.物料配比33.1膏体充填料性能参数43.2膏体充填材料用量44.工艺流程55.主要设备选型65.1成品骨料制备系统65.2充填料配比搅拌系统85.3泵送系统125.4充填管路系统145.5附属设施与配套事项155.5.1蓄水池155.5.2沉淀池155.5.3厂房需求155.5.4配套事项156.管理方法及规定.16 6.1 施工管理.156.2 密闭材料的质量要求.156.3 充填巡查管理系统维护.156.4突发性跑漏尾砂事故的防范措施.157.安全技术措施.171. 设计原则及依据1.1设计原则（1）

2、工艺合理，系统可靠，经济实用，实现“三下煤”开采；（2） 煤矿安全规程中的相关标准、规定、规范，保证设计安全； （3） xxx煤矿相关资料；（4） 严格执行国家煤矿类有关标准、规定、规范，保证设计质量；（5） 充分利用煤矿现有设施，尽量减少工程量，从而节约基建投资；（6） 确保充填站的服务范围和充填能力；（7） 保证充填系统在服务年限之内的安全和使用的稳定性；（8） 高度重视环境保护和水土保持；（9） 充填站布置应尽量紧凑，节约宝贵的工业场地；（10） 工艺要尽可能简单可靠；（11） 使用过程中易于管理；（12） 管道泵送系统运行可靠。1.2执行相关国家标准（1） 国家安全生产监督管理局、国家

3、煤矿安全监察局煤矿安全规程；（2） 中华人民共和国国家标准环境空气质量标准GB3095-1996（3） 中华人民共和国国家标准地表水环境质量标准GB3838-2002（4） 中华人民共和国国家标准地下水质量标准GB14848-93（5） 中华人民共和国环境保护法（6） 中华人民共和国环境噪声污染防治条例（7） 中华人民共和国国家标准污水综合排放标准GB8978-1996（8） 中华人民共和国国家标准大气污染物综合排放标准GB16297-1996（9） 中华人民共和国国家标准保护农作物的大气污染物最高允许浓度GB 9137-88（10） 中华人民共和国国家标准工业企业厂界噪声标准GB12348-

4、90（11） 中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准GB15618-1995（12） 中华人民共和国国家标准一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准GB18599-20012. 矿井充填基本信息充填能力：40m³/h。泵送距离：按2000米考虑。来料最大粒径：100mm。洗煤厂的矸石的运输距离：汽车运输5kM。3. 物料配比根据现有的情况，充填料浆的浓度控制在78%84%左右。材料配比参数详见下表。表1 材料配比参数表序号成份用量（kg/m3）质量百分比（%）备注1矸石136070.1骨料粒度小于6mm2粉煤灰/结合试验和粉煤灰产量调整3水泥1909.84水39020.15添加剂/视

5、需要添加6合计1940100注：以上参数在正式充填前会根据试验情况进行调整。根据上述配比配置充填膏体质量浓度为：79.9%。3.1膏体充填料性能参数综合各方面的要求，确定xxxxx煤矿膏体充填料性能指标如下：（1）新拌膏体浆液坍落度：不小于2025cm；（2）膏体初凝时间： 46h；（3）膏体可泵送时间：2h；（4）静置泌水率：35%；（5）抗压强度：Rc4-6h0.1MPa，Rc1d1MPa以上，Rc9d3MPa以上，Rc28d5MPa以上。3.2膏体充填材料用量依据xxx煤矿膏体充填开采工作的生产指标，计算出充填材料具体用量情况见下表。表2 充填材料用量汇总表项目单位用量材料用量小时用量4

6、0m3/h矸石t/h54.4粉煤灰t/h按配比试验添加水泥t/h7.6水t/h15.6添加剂t/h按需添加4. 工艺流程Xxx煤矿充填总体工艺流程如图1所示。图1根据充填方案的要求：可用原料骨料为100mm的矸石。原料矸石由矿方负责运输至充填站的原料堆场，由装载机运来直接卸料至骨料接料斗，经斗底振动给料机输送到二合一复合破碎机一次破碎成品矸石，要求粒径6mm的成品骨料直接卸料至下方的成品矸石待料斗中，一级破碎就满足充填粒径要求。充填时，待料斗内的成品骨料经骨料计量机构及皮带输送机输送到搅拌机内。水泥、粉煤灰均用散装罐车运送，通过压气卸入立式筒仓，经仓底螺旋输送机输送到计量斗内计量，计量后输送至

7、搅拌机内。水通过水泵从蓄水池内引水经计量后加入搅拌机内。上述原料在搅拌机内搅拌，形成合乎质量要求的充填料，然后通过充填泵加压后经管道输送至充填区域进行充填。破碎产生的粉尘由矿方自设除尘装置进行收尘。外加剂（速凝剂等）视情况添加，方案预留添加和计量设备，外加剂种类和添加量根据试验确定。5. 主要设备选型5.1成品骨料制备系统根据前面提出的骨料制备方案，该系统设备主要包括1个约8m³的骨料接料斗、1台振动给料机、1条皮带输送机、1台高效二合一破碎机等。为了方便系统建设的组织，成品骨料待料斗包括在充填料配比搅拌系统中。成品骨料制备系统设计与充填料配比搅拌系统可以同时间工作，也可以独立运行。

8、在不需要充填，同时成品骨料缓存堆场未满的时候也可以安排成品骨料制备，这时所加工出来的成品骨料存放在成品骨料缓存堆场内备用。正常充填条件下，骨料用量54.4t/h。（1）骨料接料斗原料骨料用接料斗容积为8m3。原料进料粒度控制在100mm以下，料斗上部设置棒条筛网，筛条间距100mm，防止较大的排渣进入成品骨料制备系统。考虑到所有骨料都经过上料斗，磨损比较大，为了提高其使用寿命和便于更换，上料斗设计时钢板厚度适当加大，同时锥体部分考虑内衬耐磨板。（2）振动给料机原料骨料接料斗下部设置1台振动给料机均匀上料，其主要技术参数见下表。表3振动给料机主要参数表序号项目参数单位1型号GZT-380

9、5;95/2处理能力96-160t/h3最大给料粒度100mm4功率11kW5电压380V6外形尺寸（长×宽×高）3920×1640×1320mm7重量4.082t（3）皮带输送机各皮带机技术参数见下表。表4皮带输送机主要参数表序号项目参数单位1#1带宽650mm2输送长度/功率6/4m/kW620/5.5112050/7.5303输送速度0.82.0m/s4理论输送量90t/h5备注l 规格为TD75型槽形带式输送机；l 驱动装置：电动滚筒；l 有清扫器、拉绳开关、跑偏监测器等装置；l 有单侧简易检修通道，露天部分带防雨罩。/（4）高效二合一破碎机选择

10、高效二合一破碎机对矸石进行破碎，出粒度6mm。其参数见下表。表5高效二合一破碎机主要参数表序号项目参数单位1型号PCW-1212/2进料粒度150mm3出料粒度6mm4产能54.4t/h5功率160kW6总重量12.5kg7外形尺寸1960x2370x2480mm5.2充填料配比搅拌系统（1）设备配套方案充填料原料的混合、搅拌是充填体制备过程中极其重要的一环，其质量的好坏决定了后续的泵送工作是否正常进行以及是否能代替煤柱对采空区进行有效支撑。为了保证充填体的质量，充填料配比搅拌系统采用搅拌站进行充填体制备，原因为：搅拌站技术成熟，可连续精确实现充填料上料、称量、搅拌、放料，一体化程度高，工作能

11、力大，确保充填料需求；具有扣称、补称功能，计量精度高，原料骨料可达±1%，其它原料可达±0.5%，保证了充填体的配比，充填体质量有保证，不会出现因配比失衡造成充填体质量下降，从而造成堵管、充填体性能指标下降问题；充填料搅拌均匀，保证了充填体的性能指标和正常泵送；上料、称量、搅拌、放料各个步骤时序可控，从而保证了充填体制备与井下充填工作按要求有序完成；采用PLC程序控制，自动化程度高，减轻人工劳动强度，提高工作效率。搅拌站布置形式一般采取双站形式，并行工作。优点为：设备能力需求小，投入费用低。另外，当一台设备出现故障时，仅是充填能力暂时降低，但不影响充填工作。xxx煤矿充填料

12、配比搅拌系统搅拌站采用单站形式，主要是为了在节约成本的基础上，保证系统充填能力的需要。（2）设备组成充填料配比搅拌系统主要设备包括：1台搅拌机、1条斜皮带输送机、1套水泥螺旋输送机、1套粉煤灰螺旋输送机、1台水泵、1台外加剂泵、1个水泥筒仓（包括配套的仓顶收尘器、卸料蝶阀、破拱装置、仓顶安全阀）、1个粉煤灰筒仓（包括配套的仓顶收尘器、卸料蝶阀、破拱装置、仓顶安全阀）成品骨料上料斗、计量斗（骨料、水泥、粉煤灰、水各1）、一个成品骨料待料斗。（3）主要设备选择l 搅拌机目前可供选择的搅拌设备有连续式混凝土搅拌机与强制间歇式混凝土搅拌机。采用连续式搅拌机，由于各环节设备都是连续运转，没有等待时间，设

13、备能力配置相对较小，投资相对较低，但是连续式搅拌需要充填所用骨料、粉煤灰、水泥和水全都连续计量与之相匹配，属于动态计量，配比只能滞后调整，料与配方要求的偏差较大，直接影响泵送效率。采用强制间歇式搅拌机，物料配比分次进行，属于静态计量，精度较高，容易保证，每一次搅拌配料都可以检查监督，发现问题可以及时修正，容易保证充填料浆质量。所以，搅拌主机选择1台强制间歇式搅拌机进行搅拌。按照充填材料配比和所用物料的松散密度指标，计算出每次搅拌2m3充填料浆在搅拌前的干料容积为2.52m3，所选搅拌机需要同时满足这两个指标，JS2000型双卧轴强制式搅拌机与之参数吻合，运行周期为90120s，具体参数见表。搅

14、拌机具有性能稳定、寿命长等优点，在国内充填系统有着广泛的应用，在国内外有着较高的声誉，被矿山业内人士所广泛认同。按搅拌机搅拌周期120s/次，计算生产能力：（3600/120）×2=60m3/h（满足配比搅拌系统工作能力要求）l 斜皮带输送机采用1条斜皮带输送机作为成品骨料上料设备，参照表4确定的成品骨料供给能力，确定皮带机带宽为650mm，电机驱动。l 水泥、粉煤灰螺旋输送机水泥、粉煤灰螺旋输送机供料考虑两种情况的需要，一是正常充填期间的充填料浆配制的需要，二是充填开始和结束阶段水泥粉煤灰灰浆配制的需要，参照实际使用参数确定的水泥、粉煤灰供给能力和螺旋输送机系列产品的输送距离，选择

15、水泥、粉煤灰螺旋输送机。l 水泥、粉煤灰筒仓充填开采所需的粉煤灰选用干粉煤灰，与水泥均是细粉状材料，均采用粉体散装运输车运输，立式圆筒钢板仓存储。初步设计考虑粉煤灰仓和水泥仓各为100t。l 计量斗原材料（废渣、水泥、粉煤灰、水）计量斗按照充填料浆拌制需要配置。充填料配比搅拌系统参数汇总见表7。表7充填料配比搅拌系统参数汇总序 号参 数 名 称单 位充填料配比搅拌系统参 数1理论生产率m3/h502搅拌机型号/JS20003搅拌机公称容量m33.24循环周期s901205主要原料种类种4（成品骨料、粉煤灰、水泥、水）6骨料最大颗粒mm67斜皮带输送机生产率t/h728水泥用螺旋输送机生产率t/

16、h89粉煤灰用螺旋输送机生产率t/h实际需求待定10水生产率m3/h15.511粉料仓容量（粉煤灰）t10012粉料仓容量（水泥）t10013骨料计量斗容量m32.814水泥计量斗容量m30.615粉煤灰计量斗容量m3116水计量斗容量m3117添加剂计量斗容量kg2×5018骨料称量范围及精度kg（05000）±1.0%19水泥称量范围及精度kg（0600）±0.5%20粉煤灰称量范围及精度kg（01200）±0.5%21水称量范围及精度kg（01200）±0.5%22添加剂称量范围及精度kg（020）±0.5%5.3泵送系统（1）

17、设备配套方案充填工业泵与当前建筑行业广泛采用的混凝土泵制式不同，前者需要长时间连续工作，而后者一般是一段时间间断工作，因此，矿山充填不能简单选用混凝土泵，必须选择专用充填工业泵。飞翼股份有限公司专门研制的用于充填作业的充填工业泵，广泛应用于煤矿充填开采、金属矿山与非金属矿的尾矿充填开采、冶金石化行业污水处理和固体废弃物处理等领域，可用于长时间连续作业工况，满足方案要求的输送量，出口压力在国内外同类产品中为一流水平，可保证充填料浆的超远距离输送，最大程度的提高系统的有效作业覆盖半径。（2）设备选型根据确定的充填泵小时充填能力40m3，选取飞翼公司型号为HGBS60.16.220S充填泵1台，小时

18、最大充填能力（以水为理论介质）为60m3/h，最大泵送压力为16MPa，考虑到吸料率的影响，根据经验确定充填泵的效率为75%，故充填能力大于为40m3/h。设备外形图及参数如下：（3）设备技术优势³ 全液压控制：采用全液压控制开式系统，油温低，可靠性高，换向冲击小，液压系统自清洁能力强。³ 恒功率控制：采用双泵组合流液压系统，恒功率控制，系统更简单、可靠。³ 砼活塞自动退回技术：检查和更换活塞方便、快捷，结构简单实用可靠。³ 高效耐磨元件技术：眼镜板、切割环、S管阀等耐磨度高，使用寿命长。³ 变量节能技术：液压系统采用多项变量技术，比例控制，按

19、需输出，高效节能。³ 自动润滑技术：采用液压同步控制的自动润滑技术，保证砼活塞、搅拌与S管阀等运动元器件润滑性能良好。³ S管阀技术：独特的大嘴S阀设计，阀体内部通径增大，吸入面积增加，吸入效率提高，料浆更易泵送。³ 料斗防死角技术：全新设计的料斗，双层弧焊结构，彻底去除死角位置，不积料。5.4充填管路系统（1）管路路线及长度管路铺设长度按现场实际情况2000m进行考虑， 地面管路、巷道管路为140mm厚壁铁管1500米，后面为500米薄壁管。（2）管路规格管路选用规格为140×8无缝钢管，内径124mm，材质16Mn。每段管路长度6米，之间用快卡连接，

20、管路沿线根据后期详细方案适当增设换向阀和节流阀。5.5附属设施与配套事项5.5.1蓄水池蓄水池主要为充填料配比搅拌提供用水，有效容量按照充填系统2h运行所需要的水量考虑。蓄水池为标准蓄水池，混凝土结构，设置液位计。5.5.2沉淀池沉淀池是用来临时存放清洗地面产生的废料和系统故障时设备及管路中的膏体。在井上设置1处，位于搅拌泵送车间旁。结合地形条件，确定沉淀池容积。5.5.3厂房需求为了创造一个良好的生产环境，需要建设：（1）上料棚及成品制备，1处，用于原料骨料接料斗处防雨，钢结构；（2）搅拌泵送车间，1处，附带控制室等辅房，砖混+钢结构；5.5.4配套事项（1）供电总装机功率约500kW，其中

21、充填泵220kW，搅拌系统80kW，原料上料、破碎设备190kW，其它及照明用电按10kW考虑。电压等级380V，充填泵可单独采用380V /660V/6kV/10kV供电。为了确保充填用电，采用双变压器双回路供电。充填站高压变电所单独布置一室，留出低压接口。（2）通讯地面、井下和工作面之间、充填站和原料骨料上料处以及调度室等重要地点安装调度电话进行通讯联系。（附图：充填通信通讯系统图）（3）照明在控制室、厂房等处均设有固定照明，灯具采用节能型灯具。（4）给排水l 给水充填系统用水包括四部分，一是充填制浆用水，二是管道冲洗用水，三是充填点防尘用水，四是充填站生活用水。充填站及管路清洗用水统一由

22、蓄水池供水蓄水池的水由水源处通过水泵提供，供水量不低于40m3/h。l 排水充填用水中，用于制浆的水随浆液充填到采空区，但由于充填料的泌水率低，这部分水很微少，工作面底板岩石即可吸收。充填设备清洗排出的水、少量防尘喷洒水，估计不超过10m3/d，这些水主要经过井下排水沟排出。管道清洗水，通过工作面排水管排到井下污水排放处。（5）设备安装充填系统所有安装于井下的设备，由矿方负责安装。（6）场地及土建设施地面充填站建站场地选在1号风井井口处；场地平整，异物清除； 6.充填工程施工与管理6.1施工管理 1、 充填工程的施工管理，是充填工程质量的关键，也是消除安全隐患的重要环节，凡充填工程，必须加强现

23、场管理，确保施工质量。2、 充填工程施工前，设计人员与工区施工技术员必须到现场向施工队组进行现场交底，确保具体位置。 3 、在充填工程施工中，施工队组必须严格按照设计要求进行施工，凡不按设计要求组织施工的队组或成员，必须停工整顿，不具备充填工程施工资格的队组或人员不得参与充填采空区浇灌施工。5、凡充填工程所使用的水泥，尽可能做到当天供料、当天使用，现场存放时间不得超过8小时，水泥严禁堆放于滴水、积水位置，并应采取防潮保护措施。6.2密闭材料的质量要求 1、为保证充填工程质量，首先必须保证使用材料的质量。水泥必须是国有大中型企业的达到国家质量标准的合格产品，严禁小厂产品用于充填工程。 2、为确保

24、供货质量，供销运输部运进的水泥、河砂必须经质检部门检测，发给验收合格证后，方能进入充填使用。检测内容有： （1）水泥：按生产厂家批号，出厂日期登记确认，凡超出三个月的水泥产品不得用于坑口充填密闭工程。（2）矸石：可用原料骨料为100mm的矸石。4、水泥的运输、保管及井下施工地点堆放，必须采取防潮措施。 上。 6.3充填巡查管理系统维护 1、当班充填开、停泵，由井口调度值班人员联系，认真作好调度记录，充填期间，调度及充填巡管人员必须坚守岗位，一但发生变化，及时联系停泵，否则发生跑冒尾砂应由责任者承担经济损失。2、在充填实施过程中，充填管路巡查、维护由施工队负责，水平巷道需安排

25、1人进行巡检，斜井需安排2人进行巡检，防止管路发生露浆及堵管现象。 3、充填队组须每班对充填盘区及其邻区进行认真巡回检查，检查内容：地压变化情况，充填体表层积水深度，滤水、排水状况，各充填膏体的受压情况，裂隙、断层、钻孔渗水情况，有无渗漏尾砂的迹象等，并做好值班记录，出现异常情况时应提出处理措施，巡察记录应妥善保管，以备定期抽查。 4、正常充填时，巡管值班人员必须严格遵守三班交接班制度，每班井下人员不得少于八人，并配带维修工具以备应急使用。 6.4突发性跑漏尾砂事故的防范措施1、本矿属斜井管道液压泵输送充填，1号回风斜井段的充填主管、备用管必须保证完好，充填管路安装、更换时，必须防止大块杂物进入管内造成堵塞，安装、吊