張 強(qiáng)

(山東能源新礦集團(tuán)鄂莊煤礦)

泵送矸石充填技術(shù)研究

張 強(qiáng)

(山東能源新礦集團(tuán)鄂莊煤礦)

在薄煤層工作面優(yōu)化設(shè)計(jì)充填系統(tǒng)，制作薄煤層泵送充填支架，顯著增加架間施工作業(yè)區(qū)及充填區(qū)空間；在充填料中添加潤(rùn)滑劑，減少了管路磨損，解決了堵管現(xiàn)象，有效提高輸送量，減少充填料凝固時(shí)間，縮短了充填循環(huán)周期，提高了充填效率，達(dá)到了充填工作高產(chǎn)高效的目的。

泵送矸石充填技術(shù) 充填支架 乳化液 遠(yuǎn)距離輸送

隨著礦井以矸換煤工作的不斷推進(jìn)，煤矸置換充填新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，中厚煤層普采及綜采泵送充填技術(shù)的應(yīng)用使充填效率有了較大的提高，應(yīng)用較為廣泛，但是該技術(shù)在薄煤層研究或應(yīng)用很少，主要原因：充填支架設(shè)計(jì)不合理，后梁支撐強(qiáng)度低，存在充填空間不足、作業(yè)空間狹窄等缺陷；適合薄煤層工作面的配套設(shè)備選型數(shù)量較少，制約了泵送充填技術(shù)的應(yīng)用；充填料凝固時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行快速推采，制約了采充效率；管路堵塞問(wèn)題無(wú)法有效解決，充填管路轉(zhuǎn)彎多，充填料配比不合理等問(wèn)題使堵管現(xiàn)象普遍存在。

為解決上述問(wèn)題，根據(jù)207采區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在薄煤層工作面進(jìn)行綜采泵送充填技術(shù)試驗(yàn)，通過(guò)從充填支架后梁支撐、架間管線布設(shè)、架間堵漿技術(shù)、三機(jī)配套等方面入手，設(shè)計(jì)制作薄煤層泵送充填支架，在充填料中添加潤(rùn)滑劑，有效解決薄煤層采充效率低的問(wèn)題。

1 采區(qū)概況

207采區(qū)位于礦井中部，北至不可采邊界及-530 m 煤層底板等高線，南至F17斷層煤柱線，西至612#、611#、406#、10#鉆孔連線，東至F21斷層及工業(yè)廣場(chǎng)保安煤柱線，采區(qū)走向長(zhǎng)1 350 m，傾斜寬1 600 m，面積為2.16 km2，本區(qū)開(kāi)拓七層煤，上限標(biāo)高為-250 m，下限標(biāo)高為-530 m。

2 泵送充填系統(tǒng)

2.1 充填設(shè)備布置

在-530 m二采石門(mén)中#點(diǎn)前118 m處開(kāi)門(mén)，建設(shè)泵送充填系統(tǒng)，施工一個(gè)深15 m、直徑4 m的矸石倉(cāng)，在矸石倉(cāng)上口安裝破碎機(jī)，下口安裝轉(zhuǎn)矸皮帶，矸石經(jīng)轉(zhuǎn)矸皮帶運(yùn)至207運(yùn)下攪拌機(jī)，矸石攪拌均勻后進(jìn)入1#充填泵，泵送至工作面運(yùn)輸巷2#充填泵，然后經(jīng)充填管路至采空區(qū)。卸矸系統(tǒng)由1.1 m3箱體礦車(chē)和簡(jiǎn)易翻車(chē)機(jī)組成,簡(jiǎn)易翻車(chē)機(jī)處需臥底施工簡(jiǎn)易小矸石倉(cāng)，矸石車(chē)輛通過(guò)簡(jiǎn)易翻車(chē)機(jī)翻到梭礦溜子上，轉(zhuǎn)載至煤倉(cāng)上口的破碎機(jī)內(nèi)破碎。移動(dòng)2#充填泵為整個(gè)207采區(qū)充填服務(wù)。2707工作面充填設(shè)備布置見(jiàn)圖1。

圖1 2707工作面充填設(shè)備布置

2.2 工作面設(shè)備配置

工作面安裝一部MG150/345型雙滾筒電牽引采煤機(jī)、一部SGZ630/264B運(yùn)煤刮板輸送機(jī)，采用ZC2800/08/17改裝充填支架。工作面下平巷運(yùn)煤，上平巷布置充填管路充矸。下平巷安裝一部SGW-40T刮板輸送機(jī)、一部SD-80皮帶輸送機(jī)。

2.3 工作面充填工藝

采用泵送充填法施工，推采2個(gè)循環(huán)(1.2 m)后進(jìn)行充填，隨推采拉架，邊采邊充。

充填前在各充填支架之間設(shè)置擋漿墻體，采用在上巷上幫與第一個(gè)充填支架之間用尼龍袋裝矸壘擋矸墻，確保不漏漿，充填到位。充填后，通過(guò)擋矸板檢查采空區(qū)的充填效果，確保采空區(qū)充滿充實(shí)。充填工藝流程：矸石—1.1 m3箱體礦車(chē)—翻車(chē)機(jī)—梭礦溜子—破碎機(jī)—矸石倉(cāng)—轉(zhuǎn)矸皮帶—攪拌機(jī)—充填泵—充填管路—充填支架后采空區(qū)。

2.4 配套設(shè)備及參數(shù)

選用HBMD80/15-110S型充填輸送泵，其主要技術(shù)參數(shù):混凝土缸尺寸為200 mm×1 600 mm(內(nèi)徑×行程)，輸送量為80 m3/h，外形尺寸為5 600 mm×1 750 mm×2 100 mm，泵送混凝土最大壓力在15 MPa 以下，垂直和水平最大輸送距離為300和1 200 m，分配閥液壓系統(tǒng)工作壓力為15～16 MPa，上料高度為1 350 mm，料斗攪拌液壓系統(tǒng)工作壓力為2～3 MPa，卵石最大骨粒徑在40 mm以下，碎石最大骨粒徑在30 mm以下，輸送缸換向壓力為15 MPa，坍落度為120～230 mm，液壓油箱容積為0.5 m3，噪聲聲功率級(jí)為116 dB(A)，整機(jī)質(zhì)量為6 700 kg，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YBK2-315S-4，額定電壓為660 V/1 140 V，功率為110 kW。

選用MJD-1000D攪拌機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速為30 r/min，生產(chǎn)能力為45～60 m3/h，攪拌刀角度為20°，攪拌刀回轉(zhuǎn)直徑為800 mm，攪拌槽長(zhǎng)2 665 mm，攪拌槽直徑為840 mm，減速機(jī)型號(hào)為NGW122-45，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YBK2-315M-6，功率為90 kW。

選用ZPC1000×800型破碎機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù):錘旋直徑為740 mm，轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度為800 mm，最大給料顆粒為500 mm，出料顆粒在40 mm以下，生產(chǎn)能力為120 t/h，裝機(jī)功率為110 kW，錘旋轉(zhuǎn)速為960 r/min，電機(jī)型號(hào)為YBK2-315S-4，電壓為660/1 140 V，轉(zhuǎn)數(shù)為1 485 r/min，傳動(dòng)比為1∶1.5，破碎強(qiáng)度在150 MPa以下。

選用ST-8型梭式溜子，電動(dòng)機(jī)功率為13 kW，最大運(yùn)行速度為20 km/h。

3 充填工藝創(chuàng)新

3.1 充填支架創(chuàng)新

(1)通過(guò)增加專用后梁立柱，增加了充填支架后梁支撐強(qiáng)度，解決了充填空間問(wèn)題。

(2)架間管線使用專用管線通道，集中布置，減少了管線占用空間，增大了工作人員勞動(dòng)空間，使架間施工作業(yè)區(qū)及充填區(qū)空間增加了52%。

(3)自制架間自動(dòng)調(diào)節(jié)可伸縮高強(qiáng)度高分子材料擋矸護(hù)板，確保了充填料不會(huì)滲漏，使架間堵漿技術(shù)提到了一個(gè)新的水平。

3.2 充填材料創(chuàng)新

將矸石顆?？刂圃?0 mm內(nèi)，可減小管道磨損和堵塞；料漿濃度控制在70%～80%，能夠有效減小管道摩擦阻力；通過(guò)摻加粉煤灰潤(rùn)滑管道，矸石與粉煤灰比例為10∶3，降低了泵壓損失，延長(zhǎng)了充填體的泵送距離及管道使用壽命;在充填材料中加入1‰的乳化液，使充填料在管路中流通更為順暢。通過(guò)不斷創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，減少了充填料對(duì)管路的磨損現(xiàn)象，使管路的使用壽命延長(zhǎng)90%以上，進(jìn)一步加快充填速度，徹底解決了堵管問(wèn)題，且輸送量可有效提高30 m3/h，并且使充填料凝固時(shí)間由原先的8 h 減少為3 h，充填產(chǎn)量達(dá)2.3萬(wàn)t/月。

3.3 充填卸矸系統(tǒng)自動(dòng)化

采區(qū)卸矸硐室車(chē)場(chǎng)到矸石倉(cāng)翻車(chē)機(jī)人工推車(chē)距離長(zhǎng)，達(dá)100多m，按每班翻矸石60車(chē)計(jì)算，每班人工推車(chē)距離在6 km以上，勞動(dòng)強(qiáng)度大。在車(chē)場(chǎng)軌道安裝無(wú)極繩推車(chē)器實(shí)現(xiàn)礦車(chē)自動(dòng)行進(jìn)，翻車(chē)機(jī)安裝新型風(fēng)動(dòng)自動(dòng)控制裝置，只需一人控制即可，實(shí)現(xiàn)翻車(chē)機(jī)遠(yuǎn)距離自動(dòng)翻矸，解決了翻矸人員多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了卸矸系統(tǒng)安全高效自動(dòng)化運(yùn)行。無(wú)極繩推車(chē)器布置及運(yùn)輸方式見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)極繩推車(chē)器布置及運(yùn)輸方式

3.4 卸矸硐室除塵系統(tǒng)優(yōu)化

卸矸硐室破碎機(jī)產(chǎn)生大量粉塵，且巷道上方渦流風(fēng)速小，不能及時(shí)稀釋排走，現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度大，工作環(huán)境差，嚴(yán)重影響了職工的身體健康。為此在破碎機(jī)后方巷道上側(cè)安設(shè)一臺(tái)水射流除塵器，前端安設(shè)喇叭口風(fēng)嘴，利用負(fù)壓通風(fēng)，將破碎機(jī)產(chǎn)生的粉塵及時(shí)吸入除塵器，利用水霧除塵后，通過(guò)鐵風(fēng)筒排至風(fēng)門(mén)另一側(cè)，較傳統(tǒng)抽出式風(fēng)機(jī)，不僅安裝簡(jiǎn)單，除塵效果好，而且大大降低了現(xiàn)場(chǎng)噪音，優(yōu)化了環(huán)境。

3.5 充填工作面支護(hù)工藝優(yōu)化

在工作面充填區(qū)段邊排采用金屬菱形網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)，金屬菱形網(wǎng)在外側(cè)，塑料彩帶在內(nèi)側(cè)。金屬網(wǎng)傾斜壓茬，上部(包括塑料彩帶)在支設(shè)邊排密集柱時(shí)一同升在頂板上。金屬網(wǎng)及塑料彩帶底部鋪在底板上，用塑料編織袋裝入碎矸石壓實(shí)，待矸石漿凝固后再將金屬網(wǎng)回收，重復(fù)使用。通過(guò)加強(qiáng)邊排支護(hù)，有效防止了充填期間因頂板來(lái)壓及頂板突然下沉噴漿的傷人事故，確保了安全生產(chǎn)。同時(shí)，因工作面充填管路長(zhǎng)，拆卸、安裝及搬運(yùn)管路非常不便，為此在工作面充填段使用輕型短管，省時(shí)、省力、效率高。

3.6 粉煤灰遠(yuǎn)距離輸送

充填硐室使用的粉煤灰采用自行研制的噴漿機(jī)送料，將粉煤灰倒入噴漿機(jī)內(nèi)，充填拌料時(shí)，開(kāi)啟噴漿機(jī)，利用風(fēng)壓直接將粉煤灰通過(guò)2寸塑料管輸送到攪拌機(jī)內(nèi)，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了崗位人員；優(yōu)化了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，確保了及時(shí)上料，提高了充填效率；降低了粉塵污染，改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用薄煤層綜采泵送矸石充填技術(shù)，通過(guò)自制綜采泵送充填支架、合理布設(shè)充填管路、優(yōu)化充填系統(tǒng)、創(chuàng)新架間堵漿技術(shù)、革新充填材料及三機(jī)配套的應(yīng)用，使架間施工作業(yè)區(qū)及充填區(qū)空間增加52%，加快了充填速度，解決了堵管問(wèn)題，輸送量有效提高30 m3/h，充填料凝固時(shí)間由8 h減少為3 h，縮短了充填循環(huán)周期，提高了充填效率，保證了礦山高產(chǎn)高效生產(chǎn)。

2015-05-20)

張 強(qiáng)(1975—)，男，助理工程師，271122 山東省萊蕪市。