煤礦井下石充填置換系統(tǒng)的研究

巖墻是礦山開發(fā)和煤炭開采過程中產(chǎn)生的固體殘渣。多年來，在中國，許多礦山通過在地面上建造一座石山來儲存石材。我礦在“三下”壓煤區(qū)內(nèi)施工建立了井下矸石充填注漿系統(tǒng)，實現(xiàn)了矸石不上井，并且充填塊段原煤回采率達(dá)到了95%以上，比常規(guī)相同采深條件下的穿采方式，原煤回采率提高了60%。這項技術(shù)既滿足了矸石在井下全部充填的要求，又保證了地表不下沉，取得了極大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，并且為今后我國煤礦“三下”壓煤開采，提供了一條寶貴的成功經(jīng)驗。1.整體布局植被開發(fā)矸石充填系統(tǒng)布置在西三采區(qū)內(nèi)，地面位于工業(yè)廣場的東面，采區(qū)內(nèi)有進(jìn)礦鐵路、公路和密集的村莊。為了防止地面鐵路、公路和建筑物因開采造成破壞，該采區(qū)只能采用保護(hù)性開采。2.順槽充填石系統(tǒng)借鑒淄礦集團(tuán)許廠煤礦矸石充填和我礦矸石帶充填代替煤柱取得的經(jīng)驗，建立我礦井下矸石充填系統(tǒng)。總體方案為：利用西三現(xiàn)有的翻矸峒室，和西三掘進(jìn)煤上倉膠帶，補(bǔ)掘西三集中膠帶機(jī)運輸巷、矸石充填順槽及相關(guān)輔助巷道，構(gòu)成回煤和充填矸石系統(tǒng)。其具體方案為：從西三軌道巷內(nèi)開掘矸石充填系統(tǒng)輔助下山65m，然后施工西三集中膠帶機(jī)運輸巷，西三集中膠帶機(jī)運輸巷與西三掘進(jìn)煤上倉膠帶機(jī)巷相連，在西三集中膠帶機(jī)運輸巷內(nèi)開掘矸石充填順槽。西三集中膠帶機(jī)運輸巷全長715米，內(nèi)設(shè)雙向驅(qū)動膠帶機(jī)，滿足掘進(jìn)出煤、充填運矸石的需要。另外在西三軌道巷內(nèi)建有注漿充填系統(tǒng)，利用管路對正在矸石充填的順槽進(jìn)行邊充填邊注漿，使其成為混凝土矸石帶，并具有足夠的強(qiáng)度，然后再進(jìn)行兩矸石帶之間的煤柱回收，兩矸石帶之間煤柱回收后，形成的空間只進(jìn)行矸石充填，不加注灰沙漿。巷道布置圖如下：3.入石拋機(jī)和煤柱充填的注漿和回采過程系統(tǒng)形成后，進(jìn)行矸石充填。井下產(chǎn)生的矸石由電機(jī)車?yán)廖魅藁\硐室，經(jīng)翻罐籠、翻罐籠下雙向給料機(jī)進(jìn)入西三集中膠帶機(jī)運輸巷皮帶，由皮帶把矸石運至順槽充填運輸皮帶，進(jìn)入矸石拋矸機(jī)對已掘出順槽進(jìn)行充填，在矸石拋矸機(jī)進(jìn)行充填的同時，由注漿系統(tǒng)對矸石帶進(jìn)行注漿，使其形成一定強(qiáng)度的混凝土矸石帶。然后留設(shè)4米寬的煤柱再開掘另一矸石充填順槽，并對其進(jìn)行矸石充填，同時進(jìn)行注漿，使其形成另一條具有一定強(qiáng)度的混凝土矸石帶。待混凝土矸石帶穩(wěn)固后，再對這兩個具有一定強(qiáng)度的矸石帶之間的煤柱進(jìn)行掘進(jìn)回采（該巷道兩幫沿混凝土矸石帶掘進(jìn)，兩幫不進(jìn)行支護(hù)，只對頂板進(jìn)行支護(hù)，也是采用先按3m的高度沿頂板掘進(jìn)，然后進(jìn)行臥底的方式施工），回采結(jié)束后，對其只充填矸石。充填工藝流程如下：4.順槽掘進(jìn)錨網(wǎng)支護(hù)開掘充填順槽時，采用綜掘機(jī)（耙裝機(jī)）進(jìn)行施工，掘進(jìn)煤經(jīng)集中膠帶輸送機(jī)、西三上倉膠帶輸送機(jī)，進(jìn)入主井煤倉，經(jīng)主井箕斗提升上井。順槽掘進(jìn)先按寬度4m、高度3m跟頂掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)支護(hù)。掘至設(shè)計位置后，綜掘機(jī)（耙裝機(jī)）退至順槽開門點，臥底至設(shè)計位置，臥底時兩幫采用錨網(wǎng)支護(hù)，臥完底后回撤綜掘機(jī)（耙裝機(jī)），再掘下一個順槽。由于集中運輸巷使用雙向皮帶，充填時不能出煤，出煤時不能掘進(jìn)，根據(jù)我礦日產(chǎn)矸石量和該系統(tǒng)充填能力，采取集中掘進(jìn)出煤和集中連續(xù)充填矸石的方式進(jìn)行組織，具體安排以實際情況確定。5.施工和充裝設(shè)備該充填系統(tǒng)所使用的設(shè)備如下：5.1主運輸?shù)缆返脑O(shè)備雙向驅(qū)動膠帶輸送機(jī)一部型號：SSJ-80S/2*75型長度：750m運輸能力300t/h5.2橋式快速拋機(jī)a、矸石膠帶輸送機(jī)一部型號：SSJ-80/2*40型長度：200m運輸能力300t/hb、橋式快速拋矸機(jī)一部型號：GSCJ-80/15型長度：15m帶速3.15m/s運輸能力300t/h5.3沿溝槽開挖設(shè)備a、s-100綜掘機(jī)一臺（或17KW耙裝機(jī)一部）b、膠帶輸送機(jī)一部型號：SSJ-80/2*40型長度：200m運輸能力200t/h5.4罐籠關(guān)閉5.5砂漿注入封閉室混凝土輸送泵一臺輸送能力：73m3/h輸送距離：700m6.2石充注系統(tǒng)、輔助灰沙漿注射系統(tǒng)的優(yōu)勢6.1充填系統(tǒng)設(shè)備利用充填系統(tǒng)設(shè)計中巧妙的利用了西三翻罐籠、掘進(jìn)煤上倉膠帶機(jī)等現(xiàn)有設(shè)備，利用了西三集中運輸巷上車場老巷道建立了矸石充填供電系統(tǒng)配電室，利用了西三翻罐籠硐室通風(fēng)孔建立了充填注漿系統(tǒng)給料裝置，使現(xiàn)有設(shè)備和巷道的工效得到最大程度的發(fā)揮。6.2雙向運輸系統(tǒng)的特點系統(tǒng)設(shè)計中在西三翻罐籠下口安裝了雙向給煤機(jī)，實現(xiàn)了翻罐籠系統(tǒng)中井下掘進(jìn)煤與充填矸石的雙向運輸，在充填系統(tǒng)集中運輸巷內(nèi)安裝雙向膠帶機(jī)，實現(xiàn)了順槽掘進(jìn)煤與充填矸石的雙向運輸，以上雙向運輸系統(tǒng)的形成，極大的節(jié)省了充填系統(tǒng)中準(zhǔn)備巷道工程量，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，節(jié)約了設(shè)備投資。6.3實現(xiàn)全采工藝通過在西三上倉膠帶機(jī)機(jī)尾張緊硐室內(nèi)建立注漿硐室，將充填系統(tǒng)中充填矸石與充填注漿的同步進(jìn)行，實現(xiàn)了“三下”壓煤的全采工藝，使回收率達(dá)到100%。6.4先進(jìn)的連續(xù)埋式在系統(tǒng)充填中只對1、3、5、7等單數(shù)順槽進(jìn)行注漿矸石充填，對2、4、6、8等雙數(shù)順槽進(jìn)行矸石充填，極大的節(jié)約了充填料的投入。6.5料斗系統(tǒng)給料及計量在給料系統(tǒng)中建立了儲料倉、液壓定量給料斗等裝置，利用礦井廢舊油筒，對其進(jìn)行改造成運料罐，從而實現(xiàn)了整個給料裝置的自動化、連續(xù)化、定量化、無塵化。7.經(jīng)濟(jì)效益評價7.1銷售收入按目前原煤銷售價格734.51元/噸計算，2080米充填帶置換出的原煤銷售收入為：12.36×734.51=9078.54（萬元）7.2稅法財政投入城建稅+教育費附加+地方教育費附加+資源稅+礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費=550278+330167+110056-48819+832334=276.4（萬元）7.3維森斯塔銷售收入-稅費及資源補(bǔ)償費-充填帶的費用=9075.02-276.4-1845=6953.62（萬元）8.后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)出煤8.1充填系統(tǒng)有待于進(jìn)一步完善。8.2每條順槽上分層掘進(jìn)完成后，掘進(jìn)下分層（由前向后進(jìn)行