矸石充填技术在邢台矿区的实践
邢东矿矸石充填工作面注浆技术的研究与应用
２ 注 浆方 式及 设 备的选 择 经过 现 场试 验 ， 我 们最 终 得 出 了工 作 面注 浆 的最佳 工 注 浆 材 料确定 为超 高水材 料后 ， 相应 的注浆 方 案 有两 艺 ：工作 面 注 浆采 用预 埋 管路 的方法 进行 高水材 料注 浆 ， 个 ：一 是 由 地 面 注 浆 站 制 浆 ， 直 接 将 注 浆 管 路 接 通 至 在充填 支架 后 方顶板 处预 埋 ４时 花管 ， 第 一 次在工 作面 推
亟 固
邢 东矿矸石 充填 工作 面注浆技术 的研 究与应用
高云 雷 （ 冀中 能源股份 有限 公司 邢东 矿’
摘要 ： 矸 石 充填 工 作 面 注浆 技 术 的应 用 大 大 提 高 了工 作 面 矸 石 充 面布 置 了一趟 ４时 卡箍联 接 花管 。 花管 吊挂在 矸 石充填 支 填 体 的抗 压 强 度 ， 弥 补 了矸 石 充 填工 作 面 上 下 巷 充填 及 工 作 面 过 断 层 架后 尾 梁 处 ，随着 矸 石 的充填 将 花管 埋 近矸 石充填 区域。 时充 填 不接 项、 不密 实 的缺 点 ， 提 高 了工作 面 的充 填 率 ， 改善 了矸 石 充 填 工 作 面 的充 填 效 果。
进 １ ０ ｍ 后预埋 ， 以后 每 ２ ０ ｍ 预埋 一次 ， 预 埋 管 路又 充 填 个 是 在 井下 自制超 高 水 注 浆设 备 ，在 １ ２ ２ １ ２矸 石 充填 工 Ｏ ｍ 时进行 注 浆 ，预 埋 管路 伸进 工作 面 ３ — ４个 支 架距 离 作 面现 场 制 浆、 注 浆 。对 比两 方案 ， 方案 一 机动 性 弱 ， 适合 １ 的时候 改 为 １ ． ５ — ２ ． Ｏ ｍ 长 的花 管 （ 布 满 ①８ ｍｍ 的 花眼 ， 间 注 浆 量 大 的 注 浆 方式 ， 方 案 二机 动性 强 ， 适合 注 浆 量 小 的 — ６公 分 ， 卡箍连 接 ） ， 管路 端头 距下 巷 ４ — ５架距 离 。 注 注 浆 方式 。 结合 矸石 充填 工 作 面 实际注 浆 需要 ， 我 们选 取 距 ５ 浆压 力达 到 ３ ＭＰ ａ时停 止注 浆 。 方案 二为 注浆最 终 方案 。 １ ２ ２ １ ２矸 石充填 工 作 面 ， 通过 地 面注 浆站 制 浆 、 注浆 另 一
邢台矿矸石和粉煤灰充填采煤技术研究
邢台矿矸石和粉煤灰充填采煤技术研究摘要：关于“三下”压煤和“三下”采煤问题，国内外的专家学者，都进行了大量的研究，进行了大量的工业性实验，取得了丰硕的研究成果，正是在此基础上，邢台矿进行了长期的分析调研，参观学习，在吸取别人经验教训的基础上，开始了邢台矿矸石和粉煤灰充填采煤技术研究，并取得了可喜的研究成果，实现了建筑物下充填和采煤并举，实现了机械化高效充填和回采。
关键词：建筑物下采煤;充填开采;岩层移动;影响Abstract: On the “ three “ and “ three “ unde r the pressure of coal mining, domestic and foreign experts and scholars, have done a lot of research, carried out a large number of industrial experiments, has achieved fruitful research results, it is on the basis of this, Xingtai mine for a long period of research, study visits, in the learn from others experience lesson foundation, started the Xingtai coal gangue and fly ash filling mining technology, and achieved gratifying results, realizes the filling mining under buildings and simultaneously, realizes the mechanical efficiency and filling stopping.Key words: coal mining under buildings; filling mining; strata movement; effect 引言在我国煤炭作为主要能源据有重要的战略地位，随着我国国民经济的快速发展和对煤炭的需求逐年加大，一批资源枯竭煤炭企业逐步进入残采阶段，部分矿井已进入衰退期，如不能有效解决“三下”压煤问题，将大大缩短矿井生产服务年限，我国众多矿井均存在大量“三下”压煤，其中建筑物下压煤问题尤为突出，建筑物下压煤问题直接影响着矿井的正常生产，造成生产接替紧张、产量降低、服务年限缩短，而且影响矿井的生产布局和总体规划，严重制约着矿井的可持续发展。
邢台矿矸石与粉煤灰充填开采地表移动规律分析
邢 台矿位 于邢 台 市西 南 部 。 １ ６ 于 ９ ８年 ｌ Ｏ月 投 产． 设计 能力 ９ ０万 ｔａ 现生 产能力 为 １５万 ｔａ ／。 ９ ／。 在历 年 的生 产 中 ． 台 矿 排 放 堆 积矸 石 共 ２ ０ 邢 ０
～
０４ｍ的夹矸 ， 煤层分 为上下 两个 自然分层 ， 分层 ． 把 上 平均厚度为 ２７ 下分 层平均厚度为 ２６ｍ。 ．９ｍ， ． ７０ ６ ６工 作 面 倾 斜 长 度 为 ５ 走 向 长 度 为 ０ ｍ， ４ ０ｎ。 ６ ｌ设计 可采 储量 为 ｌ ． １万 １ ０８ 。
得 出符合本 矿 区的地 表 沉 陷规 律 。根 据邢 台煤 矿工 业 广场实际情况 ， 在试 验 区上方布设 两条 观测线 和重 要 建筑物观测站 。包 括 ： 沿邢 台市南 三环路 布设 的地 表移动观测线 ， 沿铁路 专用 线布设 的路基 观测线 和 由
压煤 开采 以及 固体废弃 物矸 石 与粉煤 灰 的 排放 处理 问题 ． 台矿研 发采用 矸石与 粉煤灰 充填 开采 。 邢
郭志杰 ‘姚 宝志 ， （． １ 河北金牛股 份有 限公 司邢 台矿 地测科 ， 河北 邢 台 ２ 煤炭 科 学研 究总院唐 山研 究院 ， 北 唐 山 ． 河 ０４０ ； ５ ０ １ ０３１） ６ ０ ２
摘 要 ： 台矿 ７ ０ 邢 ６ ６工作 面是 邢 台矿 区充填 采煤 的 第一 个试验 工作 面， 中结 合该 试验 工作 面 ， 地 文 对 面矿 区铁 路和 重要 建筑物 的采动 变形动 态过程 进行监 测 ． 过监 测结果 分析矸 石 与粉 煤 灰充填 开采 通
１ 岩 层 移 动 观 测
１ １ 观 测 站 设 计 ．
万ｍ ； 洗煤 厂年产 洗矸 ３ ０万 ｍ ； 矿有 自备矸 石 电厂
矸石充填技术在邢台矿区的实践
矸 石 充填 技 术 在邢 台矿 区的 实践 ①
张紫 平 孙赛 张 志国 李元 岗 申思 （ 中煤邯 郸设计 工程 有限责 任公司 河北 邯郸 ０５ ０ ） ６ ３１
摘 要： 充填 开采是 实现煤 矿绿色开采 的关键技术 之一 。 台矿 区积极探索 、 邢 实践煤矸石 井下充填 开采工 艺， 为煤矸 石找 到 了 出路 ， 既 减 少地 面 沉 陷 ， 又释 放 了大 量 建 筑 物 下 煤 炭 资 源 ， 矿 区 实 现 了可 持 续 发 展 。 使 关键 词 ： 邢台矿 区 煤矸 石 充填开采 中图 分 类号 ： Ｄ１ Ｔ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ ４ ９ ｘ（ ０ ２ ０ （） ０ ０ ０ １ ７ －０ ８ ２ ｌ ｌＨ ｎ ａ ｅ ｉ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｃ ｒｏ ａｉｎ Ｌｍｉ ｄ Ｈ ｎ ａ ５ ０ １ Ｃ ｉａ Ｓ ｎ Ｃ ａ ａ ｄ ｎ Ｄ ｓｇ ａ ｄ Ｅ ｇ ｅｉ ｏｐ ｒｔ ｉ ｔ ， ａ ｄ ｎ ０ ６ ３ 。 ｈｎ ） ｏ ｎ ｎ ｎ ｏ ｅ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｃ ｆ ｌｉ ｇ ｓｒ ｃ ： ａ ｋ ｉｌｎ ｍｉ ｉ ｇ ｓ ｎｅ ｏ ｔ ｅ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｆ ｇ ｅ ｎ ｎ ｎ ｉ ｏ ｆ ｈ ｋ ｙ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓ ｏ ｒ ｅ ｍｉ ｉ ｇ． Ｃ ｒ ｉｄ ｕｔ ｏ ｉｉ ｅ ｘ ｌ ｒ ｔ ｏ ａ ｄ ｒ ｃ ｉ ｅ ｎ ｎｎ ａ ｒ ｅ ｏ ｐ ｓ ｔｖ ｅ ｐ ｏ ａ ｉ ｎ ｎ ｐ ａ ｔ ｃ ｉ Ｘ ｉ ｇ ａ ｎ ｔｉ
ｍｉ ｉ ｇ ｒ ａ ｃ ａ ｇ ｎ ｕ ｄｅ ｇ ｏ ｎ ｆｌｉ ｍｉ ｉ ｇ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ， ｏ ｏ ｌ ｏ ｎｄ ａ ｎ ｗ ａ ｆ ｒ ｓ ｎ ｏ ｌ ａ ｇ ｅ ｒ ｄ ｃｎｇ ｔ ｅ ｒ ｕｎ ｎ ｎ ａ ｅ ｏ ｌ ａ ｇ ｅ ｕｎ ｒ ｒ ｕ ｄ ｉ ｎｇ ｌ ｎ ｎ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ ｎ ｔ ｎ ｙ ｆ ｕ ｅ ｗ ｙ ｏ ｕ ｉ ｇ ｃ ａ ｇ ｎ ｕ ， ｅ ｕ ｉ ｈ ｇ ｏ ｄ ｓ ｂ ｉｅ ｃ ｕ ｓｄ ｎ ｅ， ｂ ｔ ｌ ｏ ｒ ｌ ａ ｅ ｌ ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｒ ｓ ｕｒ ｅ ｕ ｄ ｒ ｈ ｂ ｉｄ ｎ ｓ Ｉ ｗ ａ ｔ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｓ ｓ ａ ｎ ｂ ｅ ｅ ｅ ｏ ｍ ｎ ｏ ｕ ａ ｓ ｅ ｅ ｓ ｄ ａ ｇ ａ ｕｎ ｓ ｆ ｏ ｌ ｅ ｏ ｃ ｓ ｎ ｅ ｔ ｅ ｕ ｌ ｉ ｇ ． ｔ ｓ ｏ ｃ ｉ ｖ ｈｅ ｕ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔ ｆ
冀中能源充填采煤工艺调研报告
冀中能源充填采煤工艺调研报告根据省煤炭厅晋煤科发【2013】1254号文件精神，促进充填开采应用，在省厅苗总工程师、张处长的组织下于2013年10月30日至11月1日对冀中能源充填开采进行了调研，具体行程安排：①10月31日上午对冀中能源邢东矿矸石充填工作面进行现场参观；②10月31日下午召开了“三下”开采交流会；③10月31日交流会结束后对河北金牛能源机械装备有限公司和河北煤科院高水材料实验室进行了观摩；④11月1日上午对邯郸矿业集团有限公司陶一矿高水充填工作面进行现场参观；⑤11月1日下午对峰峰集团新三矿膏体充填工作面进行现场参观；⑥11月1日晚，就此次调研结果及感受召开了总结会。
通过此次调研，了解了冀中能源充填开采的工艺，深化了我们珍惜资源、合理开发利用资源的理念。
现根据此次调研行程安排，对调研情况进行简要总结：一、邢东矿“矸石充填”河北金能集团金牛股份邢东矿于2001年年底竣工投产，是华北地区煤层赋存最深的矿井。
所产煤炭属于特低灰、特低硫、特低磷、高热值的优质气肥煤。
由于该矿濒临邢台市区，紧邻农村，为了减少对周边影响，早在2002年，该矿率先实施了井下矸石充填技术，井上不设矸石山，避免了矸石堆积占地，长期风化所造成的污染。
2004年，该矿的“煤矿井下矸石充填技术及装备研究”项目荣获煤炭工业十大科技进步奖；同年，邢东矿被评为“煤炭工业科技进步双十佳矿井”，荣获“中国煤炭工业科技创新示范矿”和全国煤炭系统“文明煤矿”等称号。
2012，邢东矿研发了建筑物下综合机械化充填采煤技术研究，将井下产生的矸石，由专门的运输系统运至矸石充填联巷破碎后，利用抛矸皮带及专用矸石充填支架，将其运送到充填开采工作面的采空区，通过研制矸石自夯式充填开采液压支架等配套设备实现矸石的采空区充填。
12212充填工作面矸石充填系统主要由抛矸皮带、充填支架及后矸石刮板输送机组成，其中抛矸皮带为自制，支架为ZT9400/30/50型端头液压支架与ZC5160/30/50型充填液压支架。
矸石充填采煤工艺及配套设备研究_张文海
第24卷第1期2007年03月采矿与安全工程学报Journal o f M ining &Safet y Engineering V ol.24No.1M a rch 2007收稿日期:20060919基金项目:国家自然科学基金重大项目(50490273);国家杰出青年科学基金项目(50225414);中国矿业大学青年科研基金项目(OA4453)作者简介:张文海(1962 ),男,河南省内黄县人,高级工程师,从事采矿工程方面的研究.E mail:zhangw hai@ Tel:0319 *******文章编号:1673 3363(2007)01 0079 05矸石充填采煤工艺及配套设备研究张文海1,2,张吉雄3,赵计生2,魏树群2,巨 锋3(1.中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221116;2.河北金牛股份有限公司邢东煤矿,河北邢台 054000;3.中国矿业大学能源与安全工程学院,江苏徐州 221116)摘要:矸石充填采煤对充填巷内矸石运输设备有以下要求:矸石输送机在矸石充填过程中不断外移、机架不断拆除、皮带不断缩短、机尾卸矸点与矸石充填部搭接问题等.通过理论计算与分析,将现有DSP1010/650机头驱动式胶带输送机改造为机尾驱动式,并安设可伸缩带式输送机自动张紧装置;设计了矸石充填工艺,并在邢东矿井得到成功应用.试验表明:该配套设备不但完全满足矸石充填采煤工艺系统对其性能要求,而且充填效率高、性能稳定、拉紧装置的可靠性强、运行良好,解决了矸石充填配套设备影响充填速度的问题.该项技术实现了矸石井下处理与建筑物下煤炭资源的充分利用.关键词:矸石充填;充填巷;机尾驱动;自动张紧装置;矸石输送机;充填工艺中图分类号:TD 823.9 文献标识码:AResearch on Waste Filling T echnolog y and Its M atchingEquipment in Coal M iningZH AN G Wen hai 1,2,ZH ANG Ji x io ng 3,ZH AO Ji sheng 2,WEI Shu qun 2,JU Feng3(1.T he Schoo l o f Info rmation and Electrical Engineering ,China U niver sity o f M ining &T echno log y,Xuzho u,Jiang su 221116,China; 2.Xing tai Coal M ine,H ebei Jinniu Energ y G roup Co.L td.,X ing tai,H ebei 054000,China;3.Scho ol of M ining and Safety Engineer ing,China U niver sity of M ining &T echno lo gy ,Xuzho u,Jiangsu 221116,China)Abstract:When the w aste stow ing technique is used in coal mining ,the w aste co nv ey or has som e problems w hich are 1)frequent mo vem ent of the conveyor,2)frequent dismo unting of its fram e,3)co ntinuous shortening of the conveyo r belt,and 4)the joint betw een the discharg e end of the conveyo r and the position w her e the w astes fill.Aiming at these problem s,the ex isting DSP1010/650co nveyo r w hich w as of the head dr iv ing style w as transfor med into the tail driving based on theoretical calculation,and an autom atic tension device w as installed for the telescopic belt co nv ey or.In addition,the w aste filling technique w as designed successfully ap plied in Xing do ng co al mine.T he result show s that this matching equipment not o nly can meet the requir em ent for w aste filling technique but also is high in filling efficient,stable in perfo rm ance,g ood reliability in its tension device,w hich has w ell solved the pro blem o f slow filling re sulted from the o ld m atching equipment.T her efore,it is w idely applied in w aste treating o f coal mines and the coal mining under building s.Key words:w aste filling;filling ro adw ay ;tail driving ;automatic tense equipment;w aste co n v ey or;filling technolo gy采矿与安全工程学报第24卷煤炭生产中伴随着大量的固体废弃物矸石的排放,其传统的处理方式是由井下提至地表堆积,形成煤矿特有的地表特征 建筑物 矸石山.据不完全统计,目前全国历年累计堆放的煤矸石约45亿t,规模较大的矸石山有1600多座,占用土地约1.5万ha,而且堆积量每年还以1.5~2.0亿t的速度增加.排放矸石对人类的生存环境和条件带来很大的威胁与危害,主要表现在:侵占土地;污染环境;危害人类安全[1 2].此外,我国 三下 (建筑物下、铁路下、水体下)积压着大量的煤炭资源.据统计,目前我国仅统配煤矿的生产矿井 三下 压煤就达137.9亿t,其中建筑物下94.68亿t,占总压煤量的69%[3].因此,如何解决建筑物等下煤炭资源回收和矸石(本文主要指来自井下岩石及煤 岩巷道、硐室掘进所出矸石)的井下处理问题已成为煤矿开采的重大技术难题.本文以河北金牛能源股份有限责任公司邢东煤矿为例,研究利用矸石充填开采建筑物、工业广场煤柱的回采工艺及主要配套设备,以解决上述技术难题.1 机尾驱动式矸石输送机设计要求矸石充填采煤是指利用矸石置换开采建筑物、工业广场煤柱,其开采方式为在煤柱中先掘进矸石充填巷进行采煤,然后依次对采出煤炭的巷道由内向外进行矸石充填.在矸石充填过程中,矸石充填机的充填部随充填的进行,向充填巷外部退移.作为矸石充填的配套设备矸石输送机,应能随着充填部退移,通过自动调整或在简单的手动调整后,较快的恢复正常工作.而一般的输送机驱动方式属于机头驱动式,在生产中由于其体积及重量大,向后退移困难,严重影响矸石充填的速度与效率.因此,本文主要针对矸石充填采煤配套设备之一的机尾驱动式矸石输送机进行研究.矸石输送机由胶带、托辊、驱动装置、机架、拉紧装置和清扫装置构成[4 5],其作为矸石充填采煤中的承担自充填巷入口至矸石充填迎头运输设备,根据其运行工作状态,应满足以下要求:1)由于矸石硬度较大,对矸石输送机的选择应满足矸石强度的要求;2)根据矸石充填机充填部回撤和转动的需要,矸石输送机的胶带应能适应充填部的跑偏;3)矸石输送机随自移充填部的退移而随时张紧,应通过拉紧装置实现卸矸点与充填部的恰当匹配;4)为提高拆卸及回撤速度,应尽量减轻机头部位重量.2 机尾驱动式矸石输送机参数确定2.1 理论分析计算机尾驱动式矸石输送机是在原胶带输送机基础上对其驱动方式进行全面改造,其参数确定主要包括带宽B,带速V,驱动滚筒的圆周力F u,驱动滚筒所需功率N A,电动机所需功率N,分析计算如下[6 10].1)带宽B与带速V的确定最佳带宽与带速有关.带宽大,以致整机加重、占地加宽、造价升高,但过分的提高带速,也会带来负面效应,如所需电机功率加大,运营费用也会提高.另外带宽的选择也与所运物料的最大块度有关系.带速是影响电动机选择的重要因素之一,带速的正确选择与所运物料的种类有直接关系,也与带宽相互制约.一般根据煤矿的工作地质条件,参考一定的设计规范,通过输送机稳定性分析可取适合于该条件下的带宽和带速.2)驱动滚筒的圆周力F u驱动滚筒的圆周力F u计算见式(1)F u=gf l[(2q B+q G)co s +q RO+q RU]+q G L sin +F s1+F s2,(1)式中:g为重力加速度,9.81m/s2;f为模拟摩擦因数;L为输送机长度,m;q B为每米长输送带的质量,kg/m;q G为每米长输送物料的质量,kg/m; 为输送机的工作倾角,( );q RO为承载分支托辊每米长旋转部分的质量,kg/m;q RU为回程分支托辊每米长旋转部分的质量,kg/m;F s1为特种主要阻力,kN;F s2特种附加阻力,kN.3)驱动滚筒所需功率N A驱动滚筒所需功率N A计算公式见式(2)N A=F u v1000,(2)式中 v为输送带带速,m/s.4)电动机所需功率N电动机所需功率N计算公式见式(3)N=N Am=F u1000 m,(3)式中 m为电机传动效率,一般取0.85~0.95. 2.2 设备参数确定根据试验煤矿矸石充填采煤区域的采矿条件,选用DSP1010/650胶带输送机进行改造,其主要80第1期张文海等:矸石充填采煤工艺及配套设备研究改造部位如下:1)改造驱动装置机头驱动为机尾驱动式.2)安设SZL 型可伸缩带式输送机自动张紧装置[11].SZL 型可伸缩带式输送机自动拉紧装置由液压泵、拉紧油缸、慢速绞车、隔爆电控箱、蓄能站及附件等组成,其工作原理为当胶带出现松弛、拉力随之降低时,张紧油缸与胶带之间的拉力失去了平衡,因此,在泵站和蓄能站的共同作用下,张紧油缸就迅速收缩,拉动游动小车移动,直到胶带重新张紧到设定的拉力状态.改造后的DSP1010/650型胶带输送机带宽B 为650mm ,带速V 取2.5m/s,代入式(1)~(3),得驱动滚筒的圆周力F u 为11kN,驱动滚筒所需功率N A 为28kW,电动机所需功率N 为31kW (DSP1010/650机头驱动式胶带输送机电机功率为40kW,可以满足要求).其主要性能指标见表1.表1 设备选型一览表Table 1 A list of equipment构件名称设备性能指标驱动装置机尾驱动,电机功率为40kW运输带钢丝绳芯胶带,带宽650mm,带速2.5m/s 拉紧装置SZL 型可伸缩带式输送机自动张紧装置机架无螺栓连接的型钢机架托辊钢管托辊清扫装置考虑矸石的黏度不大,选用刮板式清扫装置3 矸石充填采煤工艺设计3.1 试验区域的采矿地质条件矸石充填采煤试验地点在邢东煤矿工业广场和先于村保护煤柱中.该区域位于-760大巷东侧,南邻主副暗斜井,北邻F21断层,东面是本煤矿深部采区.规划区南北平均长455m,东西平均宽680m,面积30.94万m 2.该区域煤层走向NW29 ~NE2 ,倾向NE,煤矿主采2#煤层平均厚度4.35m,倾角10 ,煤层赋存深度842~975m.区内构造简单,煤层赋存稳定.3.2 矸石充填工艺矸石井下充填工艺设计,即充填方法的研究,是这项技术工程应用的关键.通过调研分析,确定矸石井下处理充填方案为:胶带输送机运输,矸石充填机充填.并通过邻近充填巷(距本填巷一侧15m 的矸石充填巷)进行注浆加固.3.2.1 矸石充填巷布置设计矸石充填巷道沿煤层掘进,充填巷宽为5m,高为4.35m (同煤层厚度).矸石充填巷的布置如图1所示,其中,1,2,3,4 为充填巷的位置与开掘顺序[1].图1 矸石充填巷布置Fig.1 L ayout o f the w aste filling roadw ay3.2.2 矸石充填工艺流程经调研分析并结合现场,矸石井下充填工艺选用(或研制)以下设备各1台:矸石充填机(自行研制),TLL 1/6推车机,FDBZ 1/6翻车机,K3 00A 给煤机,DSP1010/650机尾驱动式矸石输送机.充填工艺如下:矸石矿车经推车机推入翻车机,翻车机翻矸到矸石仓,由矸石仓下口入给料机,将矸石转载到充填配巷的运输机、充填巷机尾驱动式矸石输送机,然后运至充填机,由充填机充填到充填巷内.并在邻近充填巷(距本填巷一侧15m 的矸石充填巷)内进行注浆强化加固,其工艺流程如图2所示.图2 矸石充填工艺流程F ig.2 P ro cess of w aste filling technique81采矿与安全工程学报第24卷3.2.3 矸石充填巷充填工艺机尾驱动式矸石输送机驱动部分位于机尾,固定于充填巷道的出口处,其机尾与矸石充填配巷输送机机尾搭接.该端接受来自矸石充填配巷的矸石,并通过矸石输送机运输到与充填机充填部衔接的卸载端,随着充填巷的充填,矸石输送机机头紧跟矸石充填机不断外移,其拉紧装置使矸石输送机的胶带收缩,使得矸石充填工作连续.矸石充填工作原理示意如图3所示.1 矸石充填配巷;2 矸石充填巷;3 机尾驱动式输送机;4 矸石充填机;5 充填矸石;6 电机;7 充填配巷胶带输送机图3 矸石充填工作原理示意F ig.3 T he pr inciple of w aste filling4 工程应用4.1 应用效果研制的矸石输送机在邢东煤矿进行了应用:井下实拍配套设备工作状态及充填巷迎头接顶情况,见图4.图4 井下实拍照片Fig.4 Pho tos of underg r ound试验应用效果如下:1)改造后机尾驱动式矸石输送机使工人的劳动强度低,其后撤速度快,日矸石最大处理量可达150m 3.2)矸石输送机驱动装置安置于机尾,增大了充填巷内的活动空间,减少了设备及工作人员的安全事故.安设了SZL 型可伸缩带式输送机自动张紧装置,使矸石输送机胶带随充填部的后移自动张紧.3)矸石输送机机头卸矸端较好的适应矸石充填机充填部的自动移动,消除了矸石输送机卸矸时矸石外漏现象,极大地提升了矸石运输的可靠性.4)矸石充填工序简单,充填后密实性及接顶效果好,可对覆岩层有较好的控制作用.4.2 经济效益分析邢东煤矿进行矸石井下处理,消除了地表矸石山对人类生存环境和条件带来的威胁与危害,并取得了以下的经济效益(以邢东煤矿目前每年岩巷掘进出矸量4.0万t/a 计):1)矸石充填工程固定投入合计335.8万元;2)每吨矸石井下处理费用14.3元/t,即每年矸石井下处理费用为57.2万元;3)矸石充填所需掘充填巷出煤效益1594.7万元.综上可知,矸石充填工程每年新增利税1594.7万元,创纯利润1537.5万元,取得了较好的经济效益.5 结 论1)针对决建筑物等下煤炭资源回收和矸石井下处理问题,提出了矸石充填采煤的研究思路,并成功应用于工程实践.2)研制了机尾驱动式矸石输送机.其不但可满足矸石充填采煤工艺系统对其的性能要求,而且充填效率高、性能稳定、拉紧装置的可靠性高、运行良好,解决了矸石充填配套设备影响充填速度的问题.3)设计了矸石充填采煤工艺.在调研分析的基础上,确定矸石井下处理充填方案为:胶带输送机运输,矸石充填机充填.并通过邻近充填巷(距本填巷一侧15m 的矸石充填巷)进行注浆加固.参考文献:[1] 张吉雄,缪协兴.煤矿矸石井下处理的研究[J].中国矿业大学学报,2006,35(2):197 200.ZH A N G Ji x iong ,M IA O Xie x ing.U nder g rounddisposal o f w aste in coal mine[J].Journal o f China U niv ersity of M ining &T echno log y,2006,35(2):197 200.[2] 钱鸣高,许家林,缪协兴.煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报,2003,32(4):343 348.Q IA N M ing g ao,X U Jia lin,M IA O Xie xing.Gr een82第1期张文海等:矸石充填采煤工艺及配套设备研究technique in co al mining[J].Jo urnal of China U niversity o f M ining&T echno lo gy,2003,32(4):343 348.[3] 钱鸣高,缪协兴,许家林,等.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.[4] 宋伟刚.散状物料带式输送机设计[M].沈阳:东北大学出版社,2000.[5] 杨复兴.胶带输送机结构与原理(下册)[M].北京:煤炭工业出版社,1990.[6] 洪晓华.煤矿运输提升[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.[7] 张执书,李 缤.采掘机械与液压传动[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.[8] 杨达文.常用带式输送机的现状[J].起重运输机械,2003(1):4 6.Y AN G Da wen.Cur rent situat ions o f commo nly usedbelt convey or s[J].H oisting and Convey ing M achinery,2003(1):4 6.[9] 胡慧萍,查森林.带式输送机胶带跑偏原因及纠正分析[J].矿山机械,2000(9):54 56.H U Hui ping,CH A Sen ling.A naly zing offside causes o f belt conveyo r and r egulat ion[J].M ining&P rocessing Equipment,2000(9):54 56.[10] 柳 春.整体设计在胶带机驱动装置中的应用[J].矿业工程,2006,4(3):46 48.LI U Chun.Ent ire design used for dr iv e o f belt conv eyo r[J].M ining Eng ineering,2006,4(3):46 48.[11] 韩志刚.SZL型自动液压拉紧装置在带式输送机上的应用[J].煤炭技术,2006,25(6):11 13.H AN Zhi g ang.SZL auto matic hydr aulic devices inbelt co nv eyo r cr eate applicatio ns[J].Coal T echno log y,2006,25(6):11 13.(上接第78页)[5] 赵 军,蔡亚西,林元华.声波测井资料在岩石可钻性及钻头选型中的应用[J].测井技术,2001,25(4):305 307.ZH A O Jun,CA I Y a x i,LI N Yuan hua.A pplicat ionof so nic log s to r ock dr illability and bit selection[J].Well L og g ing T echnolo gy,2001,25(4):305 307. 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利用充填开采手段 消除煤矿重大隐患
０ 概 况
冀 中能源股份有限公司邢台矿为一开采 ４ ２年 老矿井 ．现生产能 力 １ ９ ５ Ｍ ｔ ／ ａ 年 随着矿井长时期 高强度开采 ． 剩余可采储量越来越少 ， 而矿 区范围内的村庄及工业广场建 筑物 、 断层 、 冲积层等煤柱却 压有 ５ ８ ． ２ ３ Ｍｔ ， 形 成呆滞储量 。 严重制约着矿井的健康发展。 为走 出一条绿色 开采 的可持续发展 道路 ． ２ ０ ０ ８年邢 台矿 与中国 矿业大学合作 ． 成 功研发 了“ 建 筑物下综合机械化 充填采煤技术 ” ． 即 将地 面矸石与粉煤灰等废弃物通过大垂深投 料钻孔 投放到井下 ， 采用 胶带输送机运送到工作面的采空区 ． 通过充填支架后尾 梁上悬 吊的运 输机． 卸放到指定位置 ． 通过充 填支架的捣 实机 构实现对采空 区充满 夯 实， 以减少顶板下沉 ． 进而有效降低或控制地 表沉 陷塌陷 。 该项技术 不仅可解放大量建下呆滞煤炭资源 ． 同时地面建筑 物变形控制在设计 范围内 ， 不影响正常使用 ， 取得较好的技术经 济效果 。 同时 由于及时对 采 空区进行了充填 ． 消除 了瓦斯 积聚的空间 ． 从 根本上预 防了瓦斯等 重大灾 害的发生 １ ） 首采 ７ ６ ０ ６充填工作面 ． 对应地面位置位 于工业 广场西北部 ， 矿 井东翼 六采区工业广场保护煤柱 内。正上方是矿机 修厂电器车间 ， 以 南是矿标宿楼 、 机修车间、 地面注浆站等建筑物 ， 距工作面水平距离在 ８ ０ １ ４ ０ ｍ之间 ， 地 面标高＋ ８ ５ ｍ． 工作面标高一 ２ １ ０ ～２ ５ ０ ｍ 。矿 区专用铁 路线和南三环公路从工作面上方穿过 。
２） 充 填工 艺过 程 ７ ６ ０ ６充填工作面采用综合机械化采煤工艺 ． 开采 高度 ３ ． Ｏ ｍ。 采煤
河北省井下矸石充填采煤的前景研究
如似膏体充填 、膏体充填等。胶结充填材料包
括胶结剂 、充填骨料 和水。新型的材料主要有全砂 材料与高水速凝材料 。前者所 固结的砂土中含泥量 可达 ５ ％甚至更高 ，而水泥一般在 ２ 左右 ；后 ０ ０％
者能将 ９ 倍于 自身体积的水凝结成固体 ，具有速凝 早强的特性 。
３２ 覆岩离层注浆充填法 Ｉ 是利用矿层开采后覆岩开裂过程 中形成的离层 空间 ，借助高压注浆泵 ，占据空间、减少采出空间 向上传递 ，支撑离层上位岩层 ，减缓岩层进一步弯
添加一定的粉煤灰 、水泥直接充填 ，如邢 台煤矿 ；
另一种方法是膏体充填 ，即将矸石、粉煤灰、添加 剂制成膏体充填采空区 ， 如峰峰小屯矿、焦作朱村 矿、山东新汶孙村等矿；第三种方法是黄土添加部
分水泥或其它添加剂进行充填 ，如山西霍州曹村煤 矿 ；第 四种方法是砂子加水进行充填称水砂充填 ， 如东北诸多矿井 。第五种方法是超高水材料充填 ， 如 邯郸 陶一 矿 。
粉煤灰是一种人工火山灰材料 ，具有一定的胶 结性能，可部分代替水泥，降低充填成本 ，在矿山 充填领域具有广阔的应用前景。
３５ 煤矸石 充填 采煤法 ．
导水断裂带、弯 曲带 ） 地表移动变形规律 ，河 和 北煤炭 战线工程技术人员 一直在进行 “ 三下 ”开
采技术研究和试验。河北省 “ 三下”开采技术研究 仍处在发展阶段 ，曾试验过多种方法 ，主要有 ：① 建 筑物加 固与维修技术 ；② 抗采 动结构建筑 物试 验技术。此两种方法是采前对 已有建筑物进行加固
空区后围岩不产生移动或少量移动 ，煤层顶、底板 基 本维持 原始状 态 ，顶 、底裂 隙小 ，瓦斯 涌 出量 比 冒落式开采时减少。 ５２ 推广的适应条件 ． 首先是煤层赋存条件 ，从 目 前取得 良 好效果的
煤矿充填式开采与无煤柱开采调研报告
煤矿充填式开采与无煤柱开采调研报告时间：2020年08月01日编稿：作者三第一篇：煤矿充填式开采与无煤柱开采调研报告关于煤矿充填式开采与无煤柱开采方式的调研报告陕西旬邑青岗坪矿业有限公司为了缓解煤炭资源日趋紧张的局面，安全开采“三下”压煤，协调煤炭资源的回收与地面沉陷，处理矸石地面堆积造成的环境问题，充填式顶板操纵办法及无煤柱开采办法逐渐受到人们的重视。
2013年8月7日由华能煤业公司副总经理、总工程师郑铁骑同志带队，各矿业公司总工程师和技术负责人等一行13人赴河北省冀中能源邢东煤矿和亨建矿参观学习调研了井下采空区充填及无煤柱开采应用技术。
现将调研情况汇报如下：一、充填式开采（一）冀中能源充填式开采进展概况冀中能源股份有限公司针对大量“三下”压煤问题，煤矸石粉煤灰排放、环境伤害及土地资源问题，在邢东矿首先试验成功井下巷道矸石充填技术，领先成功研发建造物下综合机械化充填采煤技术，即在充填液压支架后顶梁的掩护下，利用矸石粉煤灰及高水材料实现了采空区的充分充填，从而有效抑制覆岩下沉破碎和地表变形量，解放大量呆滞煤炭资源。
成功设计了充填综采的新办法、新工艺，实现了采煤与充填并举，开创了建造物下综合机械化充填采煤技术的新途径，攻克了巷道充填系统、充填工艺、充填装备等相关难题，研制了专用于巷道矸石充填的抛矸机，实现了矿井矸石不升井，将邢东矿打造成全国第一座没有矸石山的绿色矿井。
截止目前已经实现充填巷道5816米，充填矸石85828立方米，臵换井下煤炭资源53万吨。
经济和社会效益非常显著。
（二）冀中能源充填式开采的理论冀中能源成功的充填理论和实践证明：支架支护强度和充填体密实度是充填采煤操纵岩石拉应力和容许沉落空间的关键因素，操纵着直接顶下沉变形。
经过研究上部岩层弯曲变形各变量之间的关系，确定了不同岩性条件下的液压支架支护参数和充实密实度，操纵了上覆岩层的挪移，使上覆岩层位移最小，对地表影响最低，达到在采煤过程中操纵地表下沉的目的。
煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现
(3) 矸石处理费用的计算 。根据邢东矿井计划 安排 , 每年的岩巷工程约 1km , 矸石量为 41 02 万 t , 每吨排矸费用包括设备年折旧费 、电费 、人工 费等 为 141 33 元/ t 。每 年 的 排 矸 费 用 为 41 02 × 141 33 万元 = 571 6 万元 。 31 3 经济效益分析
(1) 煤巷及经济效益 。每年矸石充填巷掘进煤 量 = 巷道长度 ×宽度 ×高 ×容重 = 1800 m ×41 5m ×31 5m ×11 5t/ m3 = 42525t ;
新增产值 = 掘进煤量 ×平均售价 = 42525t ×490 元 / t = 20811 5 万元 ;
新增利税 = 掘进煤量 × (平均售价 - 平均成 本) = 42525t × (490 - 115) = 15941 7 万元 。
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煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现
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矸石充填技术在邢台矿区的实践
摘要:充填开采是实现煤矿绿色开采的关键技术之一。
邢台矿区积极探索、实践煤矸石井下充填开采工艺,既为煤矸石找到了出路,减少地面沉陷,又释放了大量建筑物下煤炭资源,使矿区实现了可持续发展。
关键词:邢台矿区煤矸石充填开采
Practices on mining technology with backfill of coal rejects in Xingtai Mining Area
Abstract:Backfilling mining is one of the key technologies of green mining. Carried out positive exploration and practice in Xingtai mining area coal gangue underground filling mining technology ,not only found a new way for using coal gangue, reducing the ground subsidence, but also released large amounts of coal resources under the buildings. It wasto achieve the sustainable development of mining area.
Key Woeds:Xingtai Mining Area; coal rejects; mining with backfill
1 邢台矿区简介
邢台矿区位于河北省南部的邢台市、沙河市、内邱县境内,地处太行山与华北平原交界处,属于低山、丘陵、盆地与平原的过渡地带；
以平原为主。
邢台矿区自20世纪70年代大规模开发以来,现已发展成为我国主焦煤生产基地。
矿区内村镇密集而且人口众多,建筑物下压煤严重。
邢台矿区的开发主体是冀中能源集团冀中股份有限公司。
2 邢台矿区矸石产生及综合利用情况
2.1 矿区矸石产生情况
煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废物。
洗选矸石具有一定的热值,能够实现再利用；井下掘进矸石多仍采用由井下运输提升至地面,再向指定区域排放,形成煤炭企业特有的矸石山或矸石堆场。
其中矸石山占用大量土地资源,易发生自燃,矸石中含有的硫、磷、碳等几十种化学成分对大气、水源、土壤造成不同程度的污染。
邢台矿区现有5座矸石山,煤矸石堆存量约为2300万t,占地面积约35hm2；邢台矿区规划原煤生产能力1600万t/a,届时煤矸石每年产生量将超过250万t。
2.2 矿区矸石综合利用情况
跟据河北省国资委要求,从“十二五”起,不再增加地面煤矸石存储量,到“十二五”末,全省国有煤炭企业将全面消化旧矸石山。
这就要求邢台矿区开拓矸石的综合利用途径和方法,实现矸石零排放,并逐步消除原有矸石山。
冀中能源集团冀中股份有限公司于2011年3月份在国内煤炭行业率先提出:从2011年起建设国内首个无矸石山的绿色矿区,用五年时间,消灭邢台矿区全部5座矸石山。
其矸石综合利用途径主要包括: 利用矸石充填技术实现井下矸石不再升井,通过矸石对采空区的煤巷进行支撑,有效防止地表沉陷,最大限度地开采煤炭资源。
运用循环发展技术,以矸石为原材料建成以“煤-电-建材”为核心的循环经济产业链,实现污染物的减量化、资源化、再利用。
其中利用充填采煤技术处置矸石,即可减少煤矸石的排放,又可减轻开采沉陷的危害,提高矿井资源回收率,是实现绿色开采的理想途径和关键技术之一。
因此,矸石充填开采是解决煤矿环境问题的理想途径。
3 矸石充填开采工艺的应用实践
3.1 邢东矿矸石回填巷道工艺实践
邢东矿地处邢台市区三环以内,地面村庄密集,密度达1.0个/km3,建筑物下压煤6000多万吨,占矿井总储量的82%。
井田范围内耕地均为基本农田,城市环保要求不能在地面建设矸石山。
建筑物压煤多和地面无法建矸石山的现实,使邢东矿成功开创了
一条井下矸石回填的发展之路——即在煤柱中布置矸石充填巷,首先对矸石充填巷掘进采煤,在永久煤柱中掘进500～600m的煤巷,然后进行矸石回填巷道,采用抛矸机对形成的巷道由内向外充填矸石,保证充填后的地表变形在地表建(构)筑物允许的范围之内。
矸石回填巷道技术的主要机理为利用岩巷产生的矸石置换出永久煤柱的煤炭资源。
合理布置掘进巷道,在巷道变形前完成巷道的充填是矸石回填成功的关键。
掘进矸石装车后通过轨道大巷,经运料车场进入充填工程上部车场的矸石仓上口,通过推车机、翻车机翻入矸石仓。
经破碎机将矸石粒径破碎至150mm以下,矸石仓下安装给料机。
矸石通过给料机装载至可伸缩带式输送机的机头的受料处,再由输送机运至机尾卸载滚筒处,将矸石卸载到充填部前端的抛射皮带上,由抛射皮带将矸石充填至巷道。
矸石经输送机完成回填后,再对巷道的矸石回填空隙采用注浆法加以密实回填,使巷道充填率提高。
注浆原料为粒径小于5mm的矸石粉末,通过注浆系统加压注入矸石回填空隙。
整个回填过程全部在井下完成,煤炭采出率为50～60%,充填率平均为85%。
经实际观测,地面没有明显沉陷,地表设施稳定,地面建筑物完好无损,充填开采效果良好。
采用矸石充填技术,使邢东矿实现了矸石不升井、采煤不迁村,有效的避免地表沉陷和矸石地面堆放,还提高了煤炭资源回收率。
7年来,
邢东矿共计充填矸石30万m3,置换出煤炭44.9万吨,直接经济效益2.8亿元,另外环境效益非常可观。
3.2 邢台矿矸石固体充填开采工艺实践
邢台矿位于邢台市西南部,矿井剩余储量大多为边角煤柱,开采越来越困难。
井田内村庄等建、构筑物密集,占压大量煤炭资源。
邢台矿现有一座矸石山,堆积量为380万吨,占地面积为8hm2。
自2008年开始,邢台矿采用矸石(配比粉煤灰)充填至采空区,减少地表沉陷,回采煤炭资源。
矸石通过皮带直接输送到地面充填站,电厂粉煤灰与矸石按照一定比例混合,通过螺旋给料机到大直径充填钻孔,利用自重投放到井下储料仓,再通过皮带输送到工作面机尾,对采后空间进行充填,并由支架上的捣实机构给予夯捣密实,达到支撑顶板的目的。
充填材料选用矸石(粒径50mm以下)与粉煤灰混合物(以适当比例混合)；充填系统采用竖管投料、皮带和刮板输送机运输；充填工艺在支架后吊装运矸装置、配以捣实机构、确定合理步距与采煤工艺配套；增设顶板下沉观测仪器,在地表和井下综合观测地表下沉控制状况。
邢台矿首采工作面于2009年5月完成充填开采,回采煤炭11.45万吨,充填矸石粉煤灰12.6万吨。
根据邢台矿地测科的观测结果:大巷底板随工作面推进下沉最大值为234mm,最大下沉速度约为14mm/d。
矿用铁路实测最大下沉值为95mm,公路实测最大下沉值为71mm,地面建构筑物所受的影响小于三下采煤规程的允许变形值。
第二个工作面于2009年12月投入试采。
2010年3月,煤矸石井下充填开采单月产量达到5.1万吨。
截至2011年邢台矿共充填矸石60多万吨,相当于现有矸石山的1/6。
在”十二五”期间,邢台矿将陆续回采第3、4个充填开采的工作面,共安排8个充填开采工作面,估计将有180万吨矸石充填到井下。
采用煤矸石井下充填开采,可以解放大量呆滞煤,使原来各类煤柱的开采成为可能。
就邢台矿而言,可增加煤炭可采储量5000多万吨,延长矿井服务年限20年,相当于再造一个邢台矿。
3.3 东庞矿煤矸石膏体充填开采实践
为尽快释放“三下”压煤,东庞矿正在调研工作面采后矸石膏体充填工艺。
该技术将煤矸石、粉煤灰与水泥等材料按比例搅拌成浆,从地面通过钻孔和管道输送到井下待充填采场,快速凝固后有效支撑岩层。
若煤矸石膏体充填开采技术在东庞矿实验成功,将为邢台矿区消灭地面矸石山、加快绿色矿山建设进程提供新的技术支持和实践经验。
4 结语
2012年底,冀中能源集团冀中股份有限公司所有矿井应用矸石回填巷道技术,今后不会再产生新的矸石山。
同时应用采后矸石充填技术将原有地面矸石山搬回井下“老家”,实现了一边采煤,一边充填,地表下沉同比减少22%,使“三下”呆滞资源逐步得到解放,矿井持续发展能力得到极大增强。
邢台矿区通过煤矸石井下充填开采,减少地面沉降,避免村庄搬迁；同时消灭矸石山,响应国家节能减排的政策,加快绿色矿山建设进程；解放大量“三下”煤炭资源,为企业长期稳定发展奠定基础。
参考文献
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