武少鵬

(潞安化工集團 安全管理部,山西 長治 046204)

1 項目背景

新元公司井下矸石全部隨原煤通過主運輸系統(tǒng)提升至地面選煤廠進行洗選篩分,再由汽車運輸?shù)脚彭穲龅嘏欧拧＞马肥加昧酥鬟\輸系統(tǒng)和選煤廠的負(fù)荷,增加了排矸費用。

新元公司計劃施工的9號煤回風(fēng)大巷(北)全長為2 340 m,采用圓形斷面,直徑為4.53 m,掘進斷面積為16.1 m2,掘進該巷道可產(chǎn)生矸石共計37 674 m3、90 417 t.掘進巖巷和3號煤西大巷整修,每天可產(chǎn)生碎脹矸石約363 m3、580 t.

為避免煤流中混入大量矸石影響煤質(zhì),提出實施井下矸石充填開采,實現(xiàn)矸石不出井,在井下就地消化。

2 充填系統(tǒng)總體布置

2.1 矸石充填工作面巷道布置

矸石充填工作面布置在3號煤層,煤層平均厚度1.81 m,埋深約556 m,工作面近水平布置,煤層傾角平均2°.充填工作面均采用“兩條進風(fēng)巷布置”、“沿充留巷”、“Y”型通風(fēng),即每個工作面布置一條進風(fēng)運煤巷道、一條輔助進風(fēng)運矸巷道,利用充填工作面切巷尾部專用回風(fēng)巷回風(fēng),其中輔助運矸巷道沿空留巷作為下一工作面進風(fēng)運煤巷道使用。

所選充填區(qū)域內(nèi),布置了3個短壁矸石充填回采工作面。每個短充面采長65 m,可采走向長340～390 m,如圖1所示。

圖1 短充工作面布置(單位:mm)

3個工作面總工程量2 067 m,可采儲量20萬噸,完全可以消化巖巷掘進的矸石量。

2.2 短充面通風(fēng)路線

短充工作面通風(fēng)路線:新鮮風(fēng)流—輔運大巷—短充工作面運煤巷、短充工作面運矸巷—工作面—充填工作面專用回風(fēng)巷—回風(fēng)大巷,如圖2所示。

圖2 短充面通風(fēng)路線

2.3 固體充填工作面設(shè)備及布置

固體充填工作面需要增加的主要設(shè)備有固體充填支架、底卸充填刮板機、端頭支架、端尾支架、留巷支架、矸石轉(zhuǎn)載機等,設(shè)備清單與型號見表1,工作面系統(tǒng)與設(shè)備布置如圖3所示。

表1 充填工作面設(shè)備清單

圖3 充填工作面布置(單位:mm)

2.4 矸石運輸路線

矸石運輸路線:矸石由9號煤北回風(fēng)大巷(北)矸石膠帶—輔運大巷膠帶—巷道口水平矸倉—耙?guī)r機—刮板輸送機—破碎機—充填工作面輔助進風(fēng)運矸膠帶—自移式轉(zhuǎn)載輸送機—充填支架后部底卸溜—采空區(qū),如圖4所示。

圖4 矸石運輸路線

2.5 矸石濾水與儲運

掘進矸石含水率約20%～30%[1],進入工作面充填之前必須采取充分的濾水措施,在北回風(fēng)大巷與輔運大巷交叉處附近施工兩個濾水池,經(jīng)兩次沉淀、濾水后,轉(zhuǎn)運至輔助進風(fēng)巷水平矸倉。通過耙?guī)r機和溜子將矸石裝載至破碎機,對大塊矸石破碎后由巷道運矸膠帶和自移式矸石轉(zhuǎn)載機轉(zhuǎn)載至充填支架后部底卸溜。水平倉的設(shè)計目的是緩沖矸石,而非儲存矸石,因掘進產(chǎn)生的矸石顆粒小、水分大、易凝結(jié),因此水平倉不宜大量儲存矸石,當(dāng)充填工作面停止充填作業(yè)時(檢修班或設(shè)備故障),應(yīng)每隔2 h通過耙?guī)r機翻動水平倉內(nèi)余留的矸石,防止矸石靜置凝結(jié)。如圖5和圖6所示。

圖5 矸石儲運系統(tǒng)

3 固體充填開采采煤-充填工藝

該面采用后退式采煤法,用矸石充填配合架前掛網(wǎng)控制采空區(qū)頂板。

圖6 矸石儲運系統(tǒng)

采煤機進刀方式:采煤機采用中間斜切進刀的方式,進刀尺度為630 mm.

1) 采煤機自輸送機中部彎曲段下行切入煤壁后,并推移上部輸送機,采煤機下行正常割煤、裝煤、移架、割透煤壁,然后向上割至運料巷并頂過機尾回到中部后完成一個循環(huán)[2]。

2) 采煤機上行割至運料巷,并割透三角煤,空機返回,然后中部斜切進刀,往返穿梭割煤。由于該工作面較短,工作面雙向割煤[3]。

3) 采煤工藝順序:架前掛頂網(wǎng)—利用護幫板將頂網(wǎng)收回—雙滾筒采煤機割煤—打開護幫板護幫并將頂網(wǎng)打到頂板護頂—刮板輸送機運煤—液壓支架支護頂板—推移刮板輸送機。

4) 運矸方式:工作面使用吊掛式填矸輸送機運輸矸石到待填充區(qū)域。

5) 落煤方式:采用交流電牽引采煤機雙向穿梭采煤,前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤,滾筒自旋使其截齒將煤破碎,截深630 mm.

6) 裝煤方式:利用機組滾筒螺旋葉片和運輸機鏟煤板將煤自行裝入運輸機。

7) 充填施工工藝:機尾拉移支架—矸石轉(zhuǎn)載膠帶與后運輸機搭接—由機尾向機頭依次充矸—依次搗實—端頭充矸搗實。

充矸搗實過程:本架漏矸—本架漏料口關(guān)閉—本架搗實—鄰架漏矸、搗實,重復(fù)3～5次,直至采空區(qū)充填物料充分接頂并充搗壓實。

設(shè)計采用“邊采邊充”,即矸石充填作業(yè)緊隨采煤作業(yè)進行,割煤機割煤后調(diào)整充填支架后部充填刮板輸送機,依次開動工作面充填刮板輸送機、矸石轉(zhuǎn)載機、運矸膠帶輸送機等運輸設(shè)備,進行采空區(qū)充填[4],如圖7所示,充填工作主要靠充填刮板輸送機和推壓機構(gòu)共同完成。

圖7 固體充填作業(yè)流程

由膠帶輸送機、矸石轉(zhuǎn)載機將矸石運輸、轉(zhuǎn)載至工作面充填支架后部底卸式刮板輸送機上,通過刮板輸送機卸料孔將矸石充填入采空區(qū)內(nèi),然后利用推壓裝置將矸石材料推實[5],如圖8所示。

圖8 固體充填面落料、推實工藝

為提高充填效率和充填效果,采取成組移架、交替落料、同步推實的工序,具體如下:

1) 成組移架:每班按照正規(guī)循環(huán)割煤,每3架為一組,割煤后將第1組充填支架向前推移1個步距,開始充填作業(yè),每組支架同步動作,提高充填效率和充填效果,正規(guī)循環(huán)作業(yè)啟動后,端部進刀不影響后部充填,采充可平行作業(yè)。

2) 交替落料:從充填輸送機機尾向機頭方向依次充填,即先打開第1組充填支架底卸刮板機機尾的卸料孔,對該段架后采空區(qū)充填,待第1組卸料孔對應(yīng)的架后區(qū)域矸石充填至1/3高度時關(guān)閉卸料孔,打開第2組卸料孔進行落料,沿工作面向機頭方向交替落料,保持落料的連續(xù)性。

3) 同步推實:第1組支架卸料孔關(guān)閉后,啟動推實機構(gòu)推壓矸石,該組進行推實作業(yè)時不影響下組支架的落料,保證推實與落料同步進行,每組支架循環(huán)3次落料、推實動作,按照該工序依次作業(yè)完成1個循環(huán)。

4 結(jié) 語

1) 在擬充填開采區(qū)域,設(shè)計了3個短臂矸石充填工作面的巷道,即這3個相鄰工作面采用沿空留巷方式,共用巷道布置。

2) 設(shè)計了矸石充填工作面的通風(fēng)線路、充填原料(矸石)的運輸線路及矸石的濾水和儲存方式。

3) 對工作面進行了設(shè)備選型和設(shè)備布置,并對工作面的采煤充填工藝進行了設(shè)計。