应用领域

HENGCHI KUANGYE

应用领域/ HENG CHI
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       泵送矸石充填开采技术与装备的研究与应用,是从源头治理矿山开采污染问题的最有效途径,将开采后的废弃物制成似膏体,“完璧归赵”给采空区,置换出矿产资源,既可实现矸石不升井,又能消化地面矸石山;泵送矸石沿空留巷,可实现无煤柱开采;能够解决煤矿“三下一上”压煤开采、保水开采,防止地表沉陷,减少矿井安全隐患,保护生态环境和资源,实现煤炭绿色开采。

1、沈阳焦煤股份西马煤矿,应用泵送矸石充填技术开采“村下”压煤,完成回收煤炭量150余万吨;应用泵送矸石充填技术沿空留巷,完成留巷4000余米。

2、贵州众一金彩黔矿业有限公司兴发煤矿,应用泵送矸石充填技术消化地面洗选矸石,地面、井下两级充填泵串联接力输送,每天消化矸石400余吨。

3、山西长治雄山煤炭有限公司,泵送矸石充填开采成套装备示范工程,采用“连采连充”工艺置换井下大巷保安煤柱,实现了井下的采选充一体化。

4、枣矿集团滨湖煤矿,实施“井下智能干选+泵送矸石充填”工艺,实现了井下智能干选和泵送充填的完美融合。

5、新矿集团协庄煤矿,实施“井下煤矸跳汰分离、泵送矸石充填、连采连充”的井下采选充一体化工艺,提高了主井的有效原煤提升量。

6、龙煤七台河公司龙湖煤矿应用膏体充填开采工艺让煤炭“颗粒归仓”,成功开创了黑龙江省膏体充填开采工艺应用先河。

7、长治新建煤业有限公司首开山西省连采连充技术先河,告别了传统的膏体充填“高大上”的模式,形成了接地气的“经济型”模式。

8、内蒙古伊泰同达丁家渠煤矿创新实施连采连充绿色开采技术,填补了鄂尔多斯市伊金霍洛旗膏体充填开采项目的空白,充进矸石、采出效益,在苦干实干中增创新优势,实现美丽与发展共赢。
9、山东丰源集团北徐楼煤矿践行“生态优先、绿色发展”理念,规模化泵送矸石充填系统全面运行,为矿井可持续发展奠定了坚实的基础。

 

        内蒙古蒙发公司呼和乌素煤矿充填开采项目。
        内蒙古蒙发煤炭有限责任公司呼和乌素煤矿采用连采连充工艺组织生产,煤炭产量为100万吨/年,充填量为75万立方米/年。呼和乌素煤矿连采出煤由矿方自主负责,充填工作由山东恒驰矿业装备科技有限公司承揽运营。
       山东恒驰矿业装备科技有限公司承揽呼和乌素煤矿充填运营项目以来,派出专业化的充填运营队伍,利用四个月时间完成了充填系统的建设安装工作,2022年11月开始试充填,完成充填量3万立方米;2022年12月份完成充填量6万立方米;目前充填系统调试运行正常,确保2023年完成充填量75万立方米,置换煤炭产量100万吨。
       呼和乌素煤矿采用膏体充填开采工艺,以煤矸石为充填骨料,充填体设计强度为5MPa,地表建(构)筑物变形控制在Ⅱ级损坏范围之内。
       呼和乌素煤矿充填系统由矸石破碎子系统、配比搅拌子系统、泵送充填子系统、充填管阀子系统、智能控制子系统、地面供水子系统、收尘降噪处理子系统、工作面封堵子系统等构成,实际充填能力240立方米/小时。 

 

       沿空留巷:沿空留巷(gob-side entry retaining)采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道。为了回收传统采矿方式中留设的保护煤柱。采用一定的技术手段将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用。这种留巷的做法是沿着采空区边缘在原顺槽位置保留就称为沿空留巷。沿空留巷可以大限度回收资源。避免煤体损失。
沿空留巷的意义:
       沿空巷道在技术和经济上都具有很大的优越性。首先,因为沿空巷道可以完全取消区段煤柱,所以比沿空掘巷能更有效地提高采出率。其次,沿空巷道可以较大幅度地降低掘进率,缩短采区的准备时间。据对部分矿井的统计,沿空巷道一般可使采区巷道的掘进率降低,效果好的可降低40%。此外,沿空巷道取消煤柱,对改善近距离煤层的巷道维护十分有利。沿空巷道对降低回采巷道掘进率,减少综采工作面搬家时问,实现工作面正常接替,提高采区采出率,提高煤炭开采的经济效益和社会效益具有重要意义。
       陕煤集团韩城矿业下峪口煤矿、川煤集团龙门峡南煤矿、龙滩煤矿、潞安集团王庄煤矿、山西天润煤化德通煤业等采用沿空留巷工艺,实现了矿井沿空留巷无煤柱开采全机械化作业。

        1、工作面各支巷采、装、运、支护生产工序选用综掘机及其配套设备施工。割、装煤选用EBZ160型综掘机、支巷运煤为30T刮板输送机,顺槽运煤为40T刮板输送机,40T刮板输送机外接胶带输送机运煤。使用MQT-130锚杆钻机完成回采支巷锚杆的打眼和锚杆安装工作,采用循环式开采和锚杆支护工艺进行施工。
        2、支(煤柱)巷装煤方式:支(煤柱)巷施工上分层时采用掘进机装入支巷30T刮板输送机,然后转运至运输顺槽40T刮板输送机后,经运输顺槽皮带运至采区煤仓。支巷上分层施工至贯通处过程中,及时跟进安装30T刮板输送机。掘进完上分层,然后解开刮板链条,将刮板输送机放置顺槽一侧,进行下分层拉底到贯通处,随拉底随安装恢复30T刮板输送机,必须从“从下而上”顺序进行拉底,通过支巷30T刮板输送机依次将煤炭经运输顺槽刮板机、运输顺槽皮带, 经集中皮带巷皮带转运煤仓。
        3、整个工作面以运输顺槽和回风顺槽形成整个工作面的全负压通风,采用上行风。支巷掘进上分层利用局部通风机供风,支巷贯通后透点处构建控风设施并形成全负压通风。支巷卧底完成后,在充填巷下出口支设单体支柱里侧采设档浆板对支巷下出口封堵密闭,在档浆板的最底部埋设排水管,用于充填时排水。支巷充填时严禁人员进入充填巷内以及充填巷下方侧。工作面切眼始终保持不充填的状态,确保工作面的负压通风。
        4、设计各支巷掘进上分层时顶板采用锚杆+锚索和金属网复合支护,顶板若出现构造或破碎时采用加密锚杆、锚网索间排距以及金属网双层的强化支护。为便于后期支巷煤柱的回收,各支巷两帮正常状态下可不支护。若煤层裂隙发育而出现裂缝等情况,要及时进行挂帮网加玻璃钢锚杆进行支护,避免出现片帮事故。待整个工作面内全部支巷充填完毕后,形成充填体完全代替煤层,即工作面顶板管理方式为不垮落法。
        支巷(煤柱)巷道断面:工作面支(煤柱)巷断面形状及规格:矩形断面;巷道掘进宽度5m,巷道掘进高度5.2m,掘进断面为26m²;支巷分两次施工,第一次施工上分层,高度2.8m,第二次采用卧底的方式开采下分层,高度2.4m,从巷口开始。每90m为一个循环单元,采5m,相邻支巷之间留设5m的煤柱。
        5、回采工艺
        工作面条带范围内煤层平均厚度5.2m。走向长度405m,沿工作面推进方向将工作面划分为71个支巷;在运输顺槽切眼位置处的第一个支巷与运输顺槽成62°18′14″的夹角布置,其它支巷按与第一个支巷平行布置,支巷间煤柱由里向外编号依次为,2、4、6....1、3、5、7……支巷间距为5.0m。支巷开口位于运输顺槽,掘进方向由下至上(运输顺槽至回风顺槽),每条支巷长约180m,巷道宽5m,支巷高度与煤层平均厚度保持一致。
        为保证支巷上分层开采后形成较小的空间,且有利于顶板及两帮支柱的稳定, 设计每条支巷分两次施工,即120902工作面一支巷第一次掘进高度2.8m,第二次采用卧底的方式拉底剩余的高度2.4m,相邻支巷之间留设5m的煤柱。
        准备从2支巷开始开始依次回采偶数巷,以18条支巷为一个单元,采完偶数巷,开采奇数巷。最终回采至71支巷。回采工艺与回采偶数巷相同。充填膏体经过试验,不存在片帮可能,奇数巷帮部不需要支护。观测充填膏体出现异样及时采样送检试块,试块强度低于5mpa或者发现有片帮现象停止回采奇数巷道,查明原因,论证达到回采安全条件进行回采。
        6、回采支巷施工流程
        (1)工作面第一条支巷开门点位于工作面运输顺槽巷道内切眼向南5.65米位置,沿煤层顶板施工。开门前,首先将开门点处使用锚索强化支护完毕后,按由外向里的顺序,对开门点前后各10m范围内的支护进行检查,确认安全后,方可开门施工。
        (2)各支巷按86°25′38″真方位角施工,支巷平均斜长180m,支巷宽度为5m,高度5.2m。各支巷一次性掘进完上分层后,移除、收缩溜子在巷口10米处进行卧、拉底,即“先掘上分层后进行下分层拉底”的原则进行卧、拉底。
        (3)施工上分层时,离回风顺槽2m位置时,综掘机炮头只割中间位置,两帮不予施工,贯通断面积保持在4-4.5㎡,这样一方面保证回风顺槽与支巷贯通后风流的及时调整,保持风流的稳定,再者可以方便以后在回填过程中上口封堵断面小,能够保证质量,最重要的是该巷道处于全负压通风后,风量和风速可以迅速调整到设计要求,符合有关规定。
        (4)各支巷施工过程中,2台综掘机分别在两条支巷回采,互不干扰。
        (5)采用EBZ-160型综掘机2台,上分层巷内用MQT-130锚杆钻机打锚杆,30T刮板输送机运输的施工方法。
        (6)采用综掘机施工上分层时,循环进度2.7m。
        (7)打眼机具: 采用MQT-130锚杆钻机湿式打锚杆眼,安装锚杆时使用MQT-130锚杆钻机旋转推入,风源来自地面压风机,经过供风管路,供至迎头锚杆钻机用风。锚索采用MQT-130锚杆钻机,配Φ19中空六方棱接长式钻杆,Φ28㎜双翼钻头。
        (8)施工上分层时割煤工艺流程:
        ① 综掘机的截割顺序应从支巷迎头中部开始进刀,按照先中间后四周的顺序进行截割,每次进刀深度不得超过1.1m。
        ② 工艺流程:交接班安全检查、准备→校对中线→综掘机割煤出煤→清理浮煤、退机→临时支护、永久支护→综掘机割煤进入下一循环。
        7、充填工艺
        (1)每条支巷施工完毕后,在运输顺槽侧用档浆板对支巷下出口封堵密闭,即在档浆板外侧设单体液压支柱支护挡封墙体,并在靠近封堵墙内侧2~3米处,顶、底板安装锚索连接挡风墙外特制钢梁上固牢涨紧,用单体液压支柱支设戗柱支撑在挡风墙外侧的挡封墙处的单体支柱上,另外在距挡封单体液压支柱1-1.5米处打一排撑柱,横撑加强 “三岔门”支护,提高封堵墙的安全稳定性。
        (2)利用矿井地面充填站已有充填设备。矸石骨料制备系统备制好的矸石、粉煤灰、水泥与水按设计配比搅拌匀形成膏体后,通过膏体充填泵加压后充填管路输送至井下工作面顺槽,在钢管末端管道出口处转换为可摆动的高压软管至充填支巷上口附近后,,然后由井下作业人员将软管送入充填支巷口处,利用巷道高差自重作为膏体充填体的充填动力,将膏体充入支巷内。充填时,从支巷下口向支巷上口依次充填,利用膏体的自流特性,将支巷压实;必要的时候,为保证充填效果,可将支巷内的充填管出口抬高,增加势能,以利于充填物的堆积和压实。当一条支巷充完后及时在支巷的充填末端设档浆板墙封闭。每条支巷充满后,开始下一支巷充填的工序。
        8、回采支巷上下口封堵措施
        (1)支巷门口两帮掏槽深度不低于0.3m,,单体液压支柱严禁支设在浮煤上,单体液压支柱间距不大于0.25m,单体液压支柱带帽支设,单体液压支柱棵棵拴好防倒绳。
        (2)单体液压支柱初撑力不低于90KN,切度合格,迎山有力。
        (3)单体支柱里侧采用木板(40mm厚)封堵,木板与木板之间缝隙、木板与顶板和两帮之间缝隙采用薄木板封堵。
        (4)支巷下口在木板里侧顶、底距封堵墙3-5米处钻打锚索眼,并注好锚索,每根锚索接出封堵墙外的专用钢梁上固定牢靠,锚索间距1米。
        (5)封堵段顶板菱形网剪掉,保证封堵严实。
        (6)木板封堵完成后在木板里侧敷设封堵布,封堵布到帮、到顶、到底并富于不低于0.5m,顶板富于段与顶网连接固定,两帮富于段用钉子固定在煤帮上。
        (7)封堵完成后单体液压支柱棵棵支设戗柱,保证封堵牢固可靠,戗柱支设到硬底,严禁支设在浮煤上。 

 矸石浆充填技术在固废处理中的应用


        《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》、《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用指导意见》中提出:在煤炭行业推广煤矸石井下充填,促进矸石减量,大力推进大宗固废源头减量、资源化利用和无害化处理,推动绿色矿山建设,为经济社会高质量发展提供有力支撑。山东恒驰矿业装备科技有限公司积极响应国家政策,以“专注充填开采、呵护美丽中国”为使命,践行矸石充填示范效应,助力生态文明建设。


        近年来,如何破解充填成本高、充填效率低是国内充填开采行业的一大难题,作为有着十多年经验的膏体(似膏体)充填开采行业持续领跑者,山东恒驰矿业装备科技有限公司不断完善充填技术工艺、持续研发改进充填开采成套装备,为国内煤矿企业“三下一上”压覆资源开采、遗留煤柱二次回收、处理煤矸石固体废弃物、沿空留巷、矿井灾害治理等提供了有效的解决方案。
矸石浆充填技术是将煤炭生产过程中产生的矸石进行破碎,与矿井水配比形成浆体,利用高压柱塞泵通过管道和钻孔充入采空区的冒落带和弯曲下沉带的岩石空隙中。矸石浆充填材料以煤矸石、矿井水为主,不添加水泥、粉煤灰等材料,实现了固废的无害化处理、资源化利用,极大的节约了充填成本。
        矸石浆充填技术可分为矸石浆原位充填技术、矸石浆邻位充填技术、矸石浆巷道充填技术。
        矸石浆原位充填技术是在采煤工作面向面后冒落带空隙充填矸石浆,减少了面后隔离等环节,实现了采煤、充填同步进行。
        矸石浆邻位充填技术是在相邻工作面顺槽内向已开采工作面冒落带和弯曲下沉带空隙充填矸石浆,通过钻孔注浆实现邻位充填。
        矸石浆巷道充填技术是向井下废弃巷道或新掘煤柱巷道内充填矸石浆。
        作为国内泵送矸石浆充填技术的开创者,山东恒驰矿业装备科技有限公司不断完善技术工艺,降低充填成本,创新非胶结似膏体充填技术,为煤矿企业煤矸石固废处理提供了“接地气”的解决方案。
        近几年,山东恒驰矿业装备科技有限公司运行了以下矸石浆充填项目:


        1、山东华恒矿业有限公司在2015年应用了矸石浆巷道充填技术,将矿井全岩掘进巷道产生的矸石充填到回采完的四采区废弃巷道内,仅四采区运煤下山和四采区轨道下山两条废弃巷道就处理消化矸石6万余吨。
        2、贵州众一金彩黔矿业公司兴发煤矿在2018年试验应用了矸石浆原位充填技术,消化地面洗选矸石,采用地面充填泵、井下充填泵接力充填的方式,泵送管道距离3000余米,向采煤工作面冒落带空隙充填矸石浆,已累计处理煤矸石固废30余万吨。
        3、山东能源枣矿集团滨湖煤矿在2019年应用了矸石浆巷道充填技术,是国内第一家应用“井下智能干选+泵送矸石浆充填”工艺的矿井,将井下原煤流中的矸石分选出来,矸石就地破碎,然后泵送矸石浆充填到矿井废弃巷道内,实现了煤矿井下“采、选、充一体化”。
        4、山西长治雄山煤炭有限公司二矿在2019年应用了矸石浆巷道充填技术,应用了“井下滚轴筛选矸+地面矸石投料井输送”并联泵送充填的模式,将矸石制浆后泵送充填到大巷煤柱掘进巷道内。
        5、山西临汾蓝宝煤业在2020年应用了矸石浆巷道充填技术,建立了地面矸石充填系统和井下矸石充填系统,地面矸石制浆后充填到矿井原房柱式采空区内,井下全岩掘进巷道产生的矸石在井下就地制浆后充填到煤柱掘进巷道内。
        6、山西阳泉新元煤炭有限责任公司在2021年应用了矸石浆巷道充填技术,在井下煤柱内掘进矸石充填巷,将井下全岩掘进巷道产生的矸石和原煤流中分离出来的矸石就地制浆后充填到煤柱巷道内。
        矸石浆巷道充填技术和膏体巷道充填技术配合应用,可实现煤矿井下煤柱的全部回收。
        截止目前,山东恒驰矿业装备科技有限公司已成功建成了20多个煤矿充填开采项目,累计置换煤炭资源1000余万吨,消化处理煤矸石固废1500余万吨,有效保护了生态环境,实现了采矿、生态保护、安全生产、资源综合利用的多赢,创造了巨大的经济效益和社会效益。

 

       泵送矸石充填技术主要由煤矸石转运、破碎筛分、储存、搅拌、泵送五大系统组成。主要工艺流程是将地面洗矸、井下掘进矸石、原煤流中分离出的矸石转载到矸石破碎站,破碎后的矸石经过筛分进入矸石仓或梭式矿车内储存缓冲,充填作业时,转运筛分后的矸石至矸石搅拌机,按比例加入水和添加剂等进行充分搅拌,搅拌后的似膏体利用充填泵通过管道充填到采空区内,在采空区内密实接顶。


 

山东恒驰矿业装备科技有限公司

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