膏体充填开采项目简介

1、淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿建筑物下砰石膏体充填开采工程简介淄博矿业集团有限责任公司岱庄煤矿二0一0年九月二十一日前言2022年以来,岱庄煤矿面对资源严重匮乏的局面,牢固树立“资源有限,创新无限的理念,立足矿井实际,转变生产方式,创新开采工艺,大力实施碎石膏体充填绿色开采技术,成功地实现了村庄条带煤柱的二次回采,为延长矿井服务年限提供了资源保证,为企业稳定、持续开展积蓄了后劲.一、工程背景岱庄煤矿是淄矿集团在济宁北矿区建设的第二对现代化大型矿井,地处济宁市城北城乡结合部,矿井开采范围内地面分布有3个镇78个自然村,1.3万多户,5万多人口,村庄压煤量高达80%.自矿井移交生产治理以来,村庄

2、压煤一直采用传统的条带开采技术,资源回收率缺乏47%随着济宁市城区建设的加速及村庄的扩展,矿井压煤量与日俱增,可采储量锐减,资源面临枯竭.截至目前,岱庄煤矿已形成条带煤柱53个,遗留条带煤柱呆滞储量累计到达900万t.同时,经过矿井十多年的开采,地面形成了一座近120万m3的砂石山,研石的堆放不仅占用土地,而且对周围环境会造成不同程度的影响.为此,岱庄煤矿提由了“建筑物下砂石膏体充填置换开采研究课题,与中国矿业大学徐州和徐州中矿大贝克福尔科技合作,进行了建筑物下砂石膏体充填开采技术研究.二、石干石膏体充填开采技术应用情况岱庄煤矿砂石膏体充填开采工程于2022年1月由中国矿业大学、徐州中矿大贝克

3、福尔科技和岱庄煤矿完成了工程可行性研究报告和初步设计.经专家论证后组织实施.工程总投资概算为9551.0万元,截止目前,实际完成投资10625万元.一充填原理工程主要是建立一套以煤砂石、电厂粉煤灰为主要集料的膏体充填系统,在遗留条带煤柱回采工作面面后,将煤碎石、粉煤灰、胶结料等固体废物制作成浆体,从地面通过充填泵经钻孔和管路充填到回采工作面面后采空区,凝固后形成以碎石膏体充填体为主的覆岩支撑体系,使地表变形始终保持在建构筑物平安的允许范围内,解决地表下沉问题,实现不迁村回收村庄条带煤柱的目的.二充填材料碎石膏体充填使用的材料是破碎煤碎石、电厂粉煤灰、胶结料如水泥和矿井水等.三充填系统碎石膏体充

4、填系统主要由砂石破碎仓储系统、膏体搅拌制备系统、膏体泵送系统、工作面采煤及隔离充填系统四个子系统组成.四充填设备及设施1.碎石破碎仓储系统：主要由前装机、板式给料机、鄂式破碎机、碎石分级筛、手选皮带、高细破碎机、振动除杂筛、袋式除尘器、除铁器、胶带输送机、刮板输送机和砂石成品料仓等设备及设施构成.2 .膏体搅拌制备系统：主要由间隙式强制双卧轴混凝土搅拌机、倾斜皮带输送机、煤砂石仓、胶结料仓、粉煤灰仓、胶结料螺旋给料机、粉煤灰螺旋给料机、供水泵、称量斗和收尘袋等设备及设施构成.3 .膏体泵送系统：主要由充填泵、料浆缓冲斗、充填管及其配件、管道压气清洗组件和沉淀池等设备及设施构成.4.工作面采煤及

5、隔离充填系统：主要由充填液压支架、采煤机、刮板输送机、胶带输送机和辅助隔离设施构成.地面充填工艺系统的监测与限制实现了无人值守自动化限制,主要设备有限制柜、动力柜、计算机工艺流程限制程序和设备工作限制程序、传感器和摄像头构成.地面自动化限制系统硬件结构图动力相交流接触等现场开关、电机等ILZJ电源CPU输出输入D/A转换-魏中间继电器组一限制面板I五充填工艺流程充填工艺流程是一个先将砂石破碎加工,然后把砂石、电厂粉煤灰、胶结料和矿井水等物料按比例混合搅拌制成膏体浆液,再通过充填泵把膏体浆液输送到井下充填工作面,充填由液压充填支架和辅助隔离举措形成的封闭采空区空间的过程充填工艺的流程如图2所示,

6、整个过程分为碎石破碎、配比搅拌、管道泵送和充填体构筑等四个根本环节.钻孔管图2岱庄煤矿砂石膏体充填工艺流程网络图350mm二口碎机2自备电厂粉煤灰1给料机称量斗I搅拌力煤肝石自备电厂粉煤灰125mm输m25mm胶结料矿排水矿排水称量斗称量斗f允填泵矿外电厂粉煤灰2输送手T.1T.1水母水案称量工装隼大F筒仓胶结料脚量 T矿外电厂粉煤灰2图3岱庄煤矿砂石膏体充填工艺流程系统图六生产效率及开采本钱1.生产效率2022年1月,第一个膏体充填工作面进行工业性充填试F片.处理系统wuSw芟厂第接龙妹怦|主口旷*太前物I一授棒充滇在回水泵心柴斗地工充填管充填索一我国站见面有I行？ifiK神轴京分车间明 水

7、 邦 至 她面 水 处理系赞验.截止到2022年8月31日,已平安充填回采村庄条带煤柱167.8m,累计充填膏体4.9万m3,置换由原煤6.6万t,消耗碎石1.8万m3.经过近半年的摸索试验,现已到达熟练阶段；自下半年开始,在膏体充填队编制仅72人的情况下,月单产已到达1.5万t以上.三、充填效果分析在砂石膏体充填开采过程中,工作面面后采空区充填接顶率到达了95额上,面后充填区顶底板最大移近量仅为11mm工作面及超前段均无矿压显现,地表岩移观测站采集数据变化很小,地面建筑物损害甚微,到达了预期保护效果.四、关键技术与创新点一为保证膏体泵送性能的可靠性,我们先后进行了200屡次配比实验,优化改良

8、了骨料粒度、材料配比参数,使膏体料浆质量浓度到达70%以上,泌水率限制在3减内,料浆基本不沉淀、不泌水、不离析,稳定性强,可泵送性能好,充填密实程度高,充填体压缩率低,平安有保证.二自主研制应用了国内第一套机械隔离充填支架,实现了工作面后待充填区顶板支护和充填隔离的机械化.三自主研制应用了充填管路放浆、隔断限制和工作面布料管换向闸阀,实现了充填系统应急放浆液压操作限制、分区隔断故障处理以及工作面布料管快速对接.四自主研制应用了充填管路压力监测装置,对充填管道不同区段的膏体压力实现了实时监测,为分析判断管路故6障提供了可靠依据.五充填系统选用德国普茨迈斯特混凝土泵制造的KOS25100HF工业泵

9、,总装机容量为2X400kW在泵送最大颗粒为25mm勺可泵送的混合物料时,可持续保持120m3/h的排量和11MPa的压力；最大排量为150m/h,最大压力为12Mpa,设计最大泵送距离为5.6Km.该设备的主要特征是采用S摆管将输送缸和由料管联接,可泵送大颗粒可达输送缸直径的2/3、高粘稠度混凝土料浆.六充填工艺系统的监测与限制实现了无人值守自动化限制.七探索、总结了一套平安可靠、可操作性强的充填管道堵塞事故预测与防治技术举措.五、技术经济与社会效益分析一技术经济分析1.根据2351膏体充填工作面今年8月份的生产效率测算,膏体充填开采工作面单产水平可到达20万t/ao根据我矿2351膏体充填

10、工作面的生产情况,为了进一步提升膏体充填开采产量,我矿现正在掘进准备第二个膏体充填工作面,即2352膏体充填工作面,该工作面有效推进长度1250m,倾向长度180m,可采储量82万t,预计今年12月中旬可掘进完毕,2022年一季度具备生产充填开采条件,届时矿井将实现两个充填面交替生产,充填开采产量可到达40万t/a,增加产值2.15亿元,经济效益3000万元.2.石干石膏体充填开米技术在岱庄煤矿成功实施后,村庄条带煤柱得到解放,可增加矿井可采储量900万t.同时,根据建筑物下压煤开采设计,矿井630和730两个新开拓采区假设采用传统条带开采,可采储量缺乏270万t;而采用长壁工作面膏体充填开采

11、,可采储量可达1170万t,多回收煤炭资源900余万吨,实现村庄压煤全采,而且比条带开采地面建筑物破坏程度小.根据矿井年产原煤220万t,储量采用1.3的富裕系数计算,延长矿井效劳年限6年.二社会效益分析岱庄煤矿实施建筑物下砂石膏体充填开采工程后,社会效益十清楚显：1.矿井每年可增加可采储量40万t,缓解矿井资源匮乏的局面,有利于企业可持续开展的实现.2 .每年消耗砂石25万t、电厂粉煤灰8万t,方案第一步将在10年内把矿井砂石山和电厂粉煤灰作为膏体材料消耗掉,并实现零排放,消除砂石和粉煤灰对地面环境的影响,减少土地占用；方案第二步在10年以后把城市建筑垃圾作为填充物消耗掉,减少城市环境污染,

12、增强了城市环境保护,实现绿色开米.3 .像630和730两个新开拓采区,将原设计的条带开采改为充填开采,即可多回收煤炭资源又可实现地面甚微程度塌陷面积开采,矿区每年减少地面塌陷面积260亩,有利于缓解工农关系,有利于和谐社会开展.4.可增加就业岗位,有利于社会稳定.六、工程投资情况岱庄煤矿砂石膏体充填系统设计水平150m3/h,系统工作压力12MPa充填系统建设费用概算分碎石破碎、配比搅拌、管道泵送、检测限制、土建工程、其它配套工程等局部,并考虑了设备安装费用和不可预见费用.投资情况如下：1、充填系统设备费6214.0万元,详细概算见表1;2、充填系统建设材料费1120.5万元,详细概算见表2

13、;3、充填系统建设其它配套工程费456.0万元,详细概算见表3;4、充填工作面主要设备费用：预计需要投入1524.0万元.5、根据1、2、3三项和值的10啮虑设备安装费用,5%为不可预见费用,那么总投资概算为10483.5万元,详细概算见表4.表 1 研石膏体充填系统设备概算表序号名称规格型号单位数量功率/kW价格/万元一、什后破碎1前装车ZL-40G台250.02鄂式破碎机PE600900台17525.03高细破碎机13001000台120035.04强力振动筛QLS1560台17.5420.05振动给料机GZD9603800F台1117.096大倾角皮带输送机B800,倾角16,H=15m

14、,L=28m台12216.07通用倾斜皮带DTII650,倾角16,H=2m,L=20m台154.08覆式皮带输送机FDJ650倾角90,H=22m,L=42m台13024.09袋式收尘器XMC60-6,风量20000m/h,负压1500Pa台13038.010除铁器RCD-8台143.011喂料仓40m3,含配套装置个16.012什后仓400m3,含配套装置个442140.0小计415368.0二、配比搅拌1搅拌机BHSDKX2.25吊台265X280.02上料倾斜皮带输送机DTII800,H=12mL=60m台22X3748.03螺旋输送机ES193台211X29.0TU273台42X15

15、20.04粉料仓200m3,含配套装置只66X1144.05什后称量1m3,含配套装置台42X228.06粉煤灰称量1m3,含配套装置44X128.07胶结料称量0.3m3,含配套装置22X112.08水称量1.4m3,含配套装置22X612.0续表 1一研石膏体充填系统设备概算表序号名称规格型号单位数量功率/kW价格/万元9什后缓冲斗2m3,含配套装置22X14.010料浆斗6m3,含配套装置13.511搅拌机除尘器22X18.0小计288396.5三、管路泵送1充填泉KOS25100HP含税套22X8002022.010四、测控1无功补偿柜台245.02进线柜台23联络柜台14配电柜台35

16、PLC主控柜台275.06现场限制箱只87操作台与上位机套28Profibus-DP通讯电缆9限制软件包8现场图象监视套18.09肝石计量限制装置套48.010粉煤灰的限制装置套48.011胶结料的限制装置套24.012拌和水的限制装置套24.013雷达液位计传感器及变送器总成套15.014阻旋料位计传感器及变送器总成套2010.015压力变送器传感器及变送器总成套27.0续表 1二肝石膏体充填系统设备概算表序号名称规格型号单位数量功率/kW价格/万元16密度计传感器及变送器总成套26.017空气调节器31.5小计181.5五变点所1变压器SG10-1600/6/0.38台260.0112局压

17、开关台27.03局压开关柜台830.04低压开关柜台38.0小计105.0六充填液压支架充填液压支架2个工作面ZC4000/17/32架1363060.0七其它1地磅60t台118.02充填材料检测试验设备与仪器30.03现场实测仪器仪表包括支架压力、充填体压力等50.0小计98.0合计6214.0表 2 研石膏体充填系统建设材料概算表厅 P名称规格型号单位数量价格/万元一、什后破碎系统1防尘管道及其配件10.0二、充填管件1干线管及其法兰245X10+8双层耐磨金属管m5000731.0122钻孔充填管245X(10+8)双层耐磨金属管m900114.03三通管(1#)245X(10+8)双

18、层耐磨金属管套17049.0490弯头245X(10+8)双层耐磨金属管套2013.05工作面管203X5,L=1m根1706.0203X5,L=0.5m根200.56布料管203X5,L=2m根202.07三通管(2#)203X5,L=0.5m根202.08万向接头套19057.09手动闸板阀DN200只4014.010快速连接件套50030.011排水管114X7m200045.012料浆斗只12.013其它管件5.0小计1060.5(三)测控1电缆40.0合计1100.5表 3 研石膏体充填配套工程概算表厅 P工程名称单位数量概算/万元1充填站工程地质勘探费10.02充填钻孔工程m900

19、180.03充填站土建工程2m1180236.04充填钻孔孔底联络巷道工程m10030.0合计456.013表4肝石膏体充填工程投资分类汇总表厅 P工程名称概算/万元备注1充填系统设备费6214.02充填系统建设材料费1120.53充填配套工程费456.5合计7790.54设备安装费779.0按总投资的10%十5/、口预见费390.0按总投资的5%方6充填工作面主要设备费1524.0装备二个充填工作面总计10483.5八、技术经济与社会效益分析一技术经济分析1、膏体充填本钱概算1充填材料费用预算1材料预算价格膏体充填使用的煤碎石由破碎系统生产,其费用折算在电费及系统设备折旧费内.充填制浆用水由

20、自建井抽水,具费用也折算在电费及系统设备折旧费内.粉煤灰一半用本矿电厂的,不计算费用,另一半来自矿外电厂,根据粉煤灰到充填站价格Cf=30元/t.充填中使用的胶结料到充填站的价格为Cc=340元/to需要指由的是充填用水来自矿井排水,在充填系统投资折旧与电费中表达,此处没有计算142膏体充填材料用量与材料费根据目前采用岱庄煤矿煤砂石作为骨料的充填材料的试验成果,初步确定的充填材料用量情况如下:根据前面材料预算价格,计算得到膏体充填直接材料费用为:CiCfWf2CcWcccc=300.2+3400.175=65.50元/m3.2充填系统固定资产折旧费用从前面的建设费用概算中可以看由,设计的充填系

21、统特点是土建等费用少,考虑到土建等费用少,在固定资产折旧计算中都按设备费计算.关于充填支架,普通工作面也需要使用,只按支架总费用的1/3计算充填支架较之普通支架的增加部分.采煤机与运输机与普通工作面一样,没有增加费用,在此不予计算.取设备折旧时间为T=10年,设备残值Ic取5%,即Ic=0.05Io第一年根据一个充填工作面考虑,方案完成充填采煤量10万t,合充填量7.3万吊；以后根据二个充填面考虑,15石干石用量W840kg/m3;本矿粉煤灰用量W200kg/m矿外粉煤灰用量W2200kg/m胶结料用量W175kg/m水用量W425kg/m3.每个充填工作面年产量30.8万t/a,合充填量22

22、.5万m3所以,充填系统固定资产折算到单位体积充填体的年折旧费用为:0.95(10483.51524306.2/3)化出(元后).(7.39222.5)3)充填电费充填系统设计装机容量2303kW同时运行的总负荷最大时约为1503kW,考虑电费为ce=0.58元/kWh,需要指由的是充填系统设计是根据最远点考虑的,设备不可能都是满负荷运转,取负荷系数ke=0.7,充填系统每小时充填水平qf=150m/h,所以每充填一立方米的电费为：4)充填人工费充填工作面由于采用了液压充填支架,充填班需要工人数量只有10余人,总体有条件做到不增加原来采煤队编制,所以在人员费用计算中没有考虑井下工作面,而只计算

23、地面充填站人员需要,其中,地面充填材料运输考虑对外委托,不需要添设运输车辆和相关人员.地面充填人员组织初步考虑如下：(1)充填生产班人员配备如下：装载机司机3人；计算机操作员2人；16C20.95I10Qfii1C3CekeQeqf0.580.715031504.07(元/m3)设备检修巡视工3人;门卫兼进料治理员2人;材料质量检验员1人;站长1人;小计12人(2)检修班考虑安排人员8人；(3)充填站考虑二个充填班和一个检修班,并考虑轮休的需要,充填站初步设置编制43人.膏体充填系统月充填量根据正常条件下每天二班充填计算,为qfm=4.5万m3/月.根据人均月工资CP地面人员3000元/人,那

24、么单位体积充填体折合人工费为：5)充填其它费用充填其它费用包括有关设备易损件费用、一般检修费用和充填直接关系辅助材料费与办公费,根据其它矿山充填经验,取其它费用C5=5元/m3o6)膏体充填本钱膏体充填本钱为上述五项费用之和,即为：CC1C2C3C4C593.38(元/m3).又知道,岱庄煤矿煤层容重为煤=1.37t/m3,另外充填前顶板不可防止地由现一定的下沉量,这局部顶板下沉占据的体积是不需要充填的,也无法充填,即充填量不可能做到100%cCPNPC4qfm300043450002.87.3、兀/m.17根据充填前顶板平均下沉量173mm充填系数kf=0.94,那么可计算由膏体充填直接费用

25、增加的吨煤本钱：如果在6300、7300采区实施长壁工作面充填开采,充填材料中胶结料可以降低到125kg/m3以下,根据每天组织2班充填,那么充填本钱将降低到76.58元/m3,吨煤充填本钱那么降低为52.41元/t.2、膏体充填开采节省费用岱庄煤矿采用膏体充填开采回收条带煤柱主要节省费用包括巷道掘进费用、煤砂石和粉煤灰处理费用.(1)节省开拓巷道掘进费用膏体充填试验的2300采区,采用膏体充填把条带煤柱回收以后,相对条带开采而言,充填开采多采由煤炭量预计为691.7万t,是条带开采采由煤炭量的80%90%,初步统计2300采区开拓巷道总量7500m左右,根据开拓巷道掘进费用8000元/m计算

26、,充填开采节省的开拓巷道掘进费用为：750080000.857.36(兀/t)691.710000(2)节省煤砂石和粉煤灰处理费用根据设计的充填系统水平,每天一个班充填,每年可以利用砂石19.5万t,矿自备电厂粉煤灰4.6万t,合每立方米充填体碎石用量840kg/m3,自备电厂粉煤灰200kg/m3.如果按照国家规定的企业自己无场地固体废物CoCkf煤93.380.9413764.07元/t.处理费取费5元/t标18准计算,膏体充填节省砂石和粉煤灰处理费用为：5(0.84+0.20)=5.1(元/m3),合计吨煤节省砂石处理费用3.57元/t.(3)节省回采巷道掘进费用膏体充填回收条带煤柱试验

27、成功以后,对于岱庄煤矿新采区,如6300、7300采区开采,可以布置长壁工作面充填开采,长壁面之间可以方便地采用沿空留巷.条带开采工作面宽度根据75m计算,长壁工作面宽度按照150m计算,仅考虑运输巷与轨道巷掘进,根据煤层平均厚度2.66m,那么条带开采的回采巷道掘进率为73m/万t,充填开采的回采巷道掘进率为28m/万t.根据回采巷道掘进费用3200元/m计算,膏体充填开采以后万吨回采巷道掘进率降低45m/万t,相当于节省回采巷道掘进费用14.4元/t.(4)其它节省费用膏体充填以后,工作面的矿压显现明显减弱,十分有利于工作面和回采巷道支护,也将减少工作面和回采巷道维护费用.膏体充填以后,由于采生率提升,将降低吨煤勘探费用及基建费用.考虑到膏体充填其它节省费用难以计算,仅计算上述(1)(3)项节省费用,所以,膏体充填回收条带煤柱节省19费用为10.93元/t,布置长壁工作面膏体充填开采,沿空留巷那么节省费用25.33元/t.