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三下压煤矸石充填工艺研究与应用 王同吉(新汶矿业集团公司,山东新泰 271219)摘要:文章介绍了通过对矸石充填工艺研究应用,实现了矿井“以矸换煤”绿色开采,既消除了矸石对地面的污染,又提高了矿井的经济效益。关键词:以矸换煤;充填工艺新汶矿业集团公司鄂庄矿三下压煤较大,通过实行以矸换煤进行三下压煤开采,不仅可以提高矿井产量、延长矿井服务年限,而且能够解决矿井矸石的排放,达到“以矸换煤”的目的。研究、实施了“以矸换煤”工艺,在鄂庄矿2202工作面进行了有益的探索,充填技术也在不断成熟和完善。1工作面概况鄂庄煤矿2202东工作面位于矿井-300水平二采区轨道上山以东第二区段,走向长度390m,倾斜长度130m,工作面标高-255.00m-277.70m,煤层平均倾角10,平均厚度2.0 m,储量14万吨。工作面地面投影位置为任家庄新村楼房社区、高庄镇政府街道办事处、高庄镇中心中学、高庄镇中心小学、高庄镇中心幼儿园等建筑物。地面标高+183m。基本顶为灰白色中粒砂岩,厚约20m,钙质胶结,致密坚硬。直接顶为浅灰色粉细砂岩互层,厚约04.0m,钙质胶结,较坚硬。直接底为浅灰色泥岩,厚1.0m。2 开采方案选择2202东工作面因位于矿井浅部,地面建筑物密集,如何进行科学、安全、经济开采,成了一直研究探讨的重要课题。之前由科研院校提出条带式开采的方案,每推采50米,留设50米保护煤柱,工作面放面也是按这一方案实施的,上、下两巷均按常规断面设计施工。结合新汶矿业集团公司 “以矸换煤、绿色开采”比较成熟的经验,及2202东面实际开采条件,决定采用矸石充填法进行开采。3 系统改造及优化为形成工作面运矸、充矸系统,在工作面原有条件的基础上,对2202东面整个生产系统进行了改造和优化。3.1经分析和实测,202轨道上山下部车场的通过能力不能满足充矸运输能力,成为制约充矸能力的“瓶颈”,因此扩修延长202轨道上山下部车场,加长了下部车场的长度,存车量由原来的7辆提高到现在的20辆,提高了矸石运输能力。3.2在原有巷道布置的基础上,补掘2202东轨道巷片口车场、翻矸硐室和平巷矸石仓,完善了矸石运输系统。3.3将202轨道上山的原25Kw绞车更换为40Kw绞车,每钩提升量由两个矿车提高到4个,每12分钟一钩,连车时间6分钟,每班提升时间按7小时计算,每班提升量为92车。3.4根据工作面走向长度较短的实际情况,因地制宜,工作面轨道巷设计使用“U”型车运输矸石,每钩提2个“U”型车,时间12分钟,充填5小时,每班充填量为96车。系统简单,安全可靠。4 采、充工艺4.1采煤工艺工作面采用走向长壁后退式采煤法,矸石充填处理采空区,采煤机落煤。工作面支护采用单体液压支柱配1.0m金属铰接顶梁,排距1.0 m,柱距0.9 m,循环进度为1.0m。4.2充填方式采用“见六充三、边采边充”方式,当工作面推采控顶距达到6排支护时,自第6排至第3排三个空档内开始充填,推采与充填平行作业,但最大控顶距不得超过8排支护。充填完一个循环后铺设运矸溜子继续下一个循环充填,依次进行循环劳动组织生产,实现不间断推采和充填。4.3设备配置工作面下巷运煤,上巷运矸。工作面安装一部DY-150W采煤机、一部SGW-150运煤溜子、一部SGW-40B充填溜子、一部抛矸皮带机;下巷安装一部SD-80皮带机、一部SGW-40T溜子;上巷安装一部前倾式翻车机、一部P-60B扒装机、一部SGW-40T溜子,两部JD-25Kw对拉绞车。2202东工作面设备布置示意图1-2、KBSGZY-500移动变电站 3、SD-80皮带机 4、SGW-40B刮板输送机 5、SGW-150刮板输送机 6、SGW-40T刮板输送机 7、JD-25KW调度绞车 8、RB80/200乳化液泵站 9、DY-150采煤机 10、自制翻车机 11、PB-60扒装机 12、抛矸皮带机4.4运矸系统全岩掘进工作面水平大巷202轨道上山2202东面运矸道平巷矸石仓2202东矸石运输系统抛矸皮带机采空区。5工艺改革及创新5.1支护方式改革2202东工作面投产初期基本支护柱距为0.6m,通过工作面“三量”观测,在保证工作面支护强度的前提下,将基本支护柱距更改为0.9 m。取得了良好的经济和安全效益,具体体现在以下几个方面:1、减少单体支柱、顶梁、铁鞋各380棵,年节约租赁费、人工费等35万元。2、减少了支、回柱数量,减轻了工人劳动强度,缩短了支、回柱影响生产时间,提高了生产效率。3、增大了工作空间,改善了工作环境,方便施工人员支回柱、运料、行走,回柱时退路畅通,保证了安全生产。5.2充填方式改革经合理充填方式的摸索与改进,历经了两个阶段,一是由“见七充四”改为“见八充五”;二是在“见八充五”成熟经验的基础上改为目前的“见六充三、边采边充”,工作面采充效率、生产能力也逐步提高,月产由最初的4400吨提高到现在的10000吨。2202东工作面“见八充五”示意图2202东工作面“见六充三、边采边充”示意图三量第一排第二排第三排第四排第五排第六排第七排第八排支柱载荷(MPa)1720222426272930顶底板移进量(mm)2.334.335.336.337.3311.310.678.73活柱缩量(mm)1.672.333.334.676.3310.679.339.21矿压“三量”观测数据通过工作面“三量”观测,工作面现有的支护结构完全能达到控制顶板的能力,保障工作面安全生产。5.3抛矸皮带机改造矸石充填的核心设备是抛矸皮带机,由于没有现成的成品设备,属于自制设备,我们在使用中做了如下改造:1、抛矸机机头机尾安装了液压升降油缸,使皮带机机头高度可随着工作面条件的变化相应调整,调整高度为400mm800mm,机尾调整高度10mm30mm,提高了抛矸机对生产条件的适应性。2、通过改变主导轮直径,使抛矸皮带机速度由原来的5米/秒提高到现在的8米/秒,抛矸距离由3米延长到5米,原先一次只能缩短2节溜槽,现在一次可缩短3节溜槽。每个充填循环可减少缩溜子和抛矸机调头9次,每次缩溜子用时40分钟,抛矸机调头用时20分钟,每个充填循环可节约时间540分钟。3、抛矸机改造取得的显著效果:提高了生产效率,降低了工人的劳动强度。抛矸机粒度由原来的10公分增加到现在的30公分,掘进矸石稍加破碎即可充填,节约了一套破碎机。由于抛矸皮带机的高速冲击,增加了矸石充填密度,保证了充填质量。利用移溜器左右调向,油缸上下调高,使抛矸皮带机机头操作更加灵活,充填速度明显加快。5.4自制简易翻车机在2202东轨道巷平巷矸石仓上部安装一部自制简易翻车机,并进行创新改造:1、增加了手闸控制装置,防止矿车在惯性作用下自行翻车损坏翻车机及危及人身安全。2、将翻车机内两侧护板宽度缩小,使翻车机内部空间最大化,从而使变形矿车能自由进出翻车机,避免了卡车现象,减轻了工人劳动强度,提高了工作效率。5.5利用油缸移型钢梁充填区域使用型钢梁支护顶板,随充填接顶随交替向煤壁侧前移,充填完一区段后,及时回撤型钢并支设在上段充填空间处。由于顶板与充填矸石对型钢的夹制作用,移型钢原采用倒链往外拉,费时费力。利用油缸的伸缩性能,在油缸的两端用溜子链条分别与型钢梁头的小孔和贴帮支柱连接起来,通过双向阀控制油缸的伸缩来移动型钢,减轻了工人劳动强度,节省了时间,实现了安全操作。6地面岩移观测2202东工作面进行矸石充填开采后,地面设岩移观测站,在2202东工作面地面相对应位置沿煤层走向和倾斜方向布点观测,自07年5月份开始观测,到目前共进行了四次观测,最大下沉值为24mm,地表建筑物未见斑裂情况。7结论及建议通过鄂庄煤矿2202东工作面机采充填技术的创新与研究,实现了工作面边生产边充填,使机采充填技术向前迈进了一大步,工作面采、充能力得到了极大的提升,月产突破10000吨,为矿井最终实现“掘进矸石不升井、地面矸石不上山、取消矸石山”,实现绿色开采奠定了坚实的技术基础。工作面采用充填工艺,能够实现建筑物下安全采煤。根据工作面的具体条件设计充填方式,可采用“见八充五”、“见六充三、边采边充”,要根据实际不断进行工艺研究,才能不断提高工作面的采充效率、生产能力。该种充填方式的实施,为矿井实现矸石不升井的目标提供了经验,具有广泛的推广应用价值。参考文献:1钱鸣高 石平五,矿山压力与岩层控制,2003 2徐永圻,采矿学,2003 作者简介:王同吉 男 高级工程师。1991年毕业于山东科技大学采矿系,现在新汶矿业集团公司生产技术处从事技术管理工作,先后在国内刊物上发表论文多篇。电话:0538-78728471
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