泵送矸石充填開采技術與裝備的研究與應用,是從源頭治理礦山開采污染問題的最有效途徑,将開采後的廢棄物制成似膏體,“完璧歸趙”給采空區,置換出礦産資源,既可實現矸石不升井,又能消化地面矸石山;泵送矸石沿空留巷,可實現無煤柱開采;能夠解決煤礦“三下一上”壓煤開采、保水開采,防止地表沉陷,減少礦井安全隐患,保護生态環境和資源,實現煤炭綠色開采。
1、沈陽焦煤股份西馬煤礦,應用泵送矸石充填技術開采“村下”壓煤,完成回收煤炭量150餘萬噸;應用泵送矸石充填技術沿空留巷,完成留巷4000餘米。
2、貴州衆一金彩黔礦業有限公司興發煤礦,應用泵送矸石充填技術消化地面洗選矸石,地面、井下兩級充填泵串聯接力輸送,每天消化矸石400餘噸。
3、山西長治雄山煤炭有限公司,泵送矸石充填開采成套裝備示範工程,采用“連采連充”工藝置換井下大巷保安煤柱,實現了井下的采選充一體化。
4、棗礦集團濱湖煤礦,實施“井下智能幹選+泵送矸石充填”工藝,實現了井下智能幹選和泵送充填的完美融合。
5、新礦集團協莊煤礦,實施“井下煤矸跳汰分離、泵送矸石充填、連采連充”的井下采選充一體化工藝,提高了主井的有效原煤提升量。
6、龍煤七台河公司龍湖煤礦應用膏體充填開采工藝讓煤炭“顆粒歸倉”,成功開創了黑龍江省膏體充填開采工藝應用先河。
7、長治新建煤業有限公司首開山西省連采連充技術先河,告别了傳統的膏體充填“高大上”的模式,形成了接地氣的“經濟型”模式。
8、内蒙古伊泰同達丁家渠煤礦創新實施連采連充綠色開采技術,填補了鄂爾多斯市伊金霍洛旗膏體充填開采項目的空白,充進矸石、采出效益,在苦幹實幹中增創新優勢,實現美麗與發展共赢。
9、山東豐源集團北徐樓煤礦踐行“生态優先、綠色發展”理念,規模化泵送矸石充填系統全面運行,為礦井可持續發展奠定了堅實的基礎。
1、工作面各支巷采、裝、運、支護生産工序選用綜掘機及其配套設備施工。割、裝煤選用EBZ160型綜掘機、支巷運煤為30T刮闆輸送機,順槽運煤為40T刮闆輸送機,40T刮闆輸送機外接膠帶輸送機運煤。使用MQT-130錨杆鑽機完成回采支巷錨杆的打眼和錨杆安裝工作,采用循環式開采和錨杆支護工藝進行施工。
2、支(煤柱)巷裝煤方式:支(煤柱)巷施工上分層時采用掘進機裝入支巷30T刮闆輸送機,然後轉運至運輸順槽40T刮闆輸送機後,經運輸順槽皮帶運至采區煤倉。支巷上分層施工至貫通處過程中,及時跟進安裝30T刮闆輸送機。掘進完上分層,然後解開刮闆鍊條,将刮闆輸送機放置順槽一側,進行下分層拉底到貫通處,随拉底随安裝恢複30T刮闆輸送機,必須從“從下而上”順序進行拉底,通過支巷30T刮闆輸送機依次将煤炭經運輸順槽刮闆機、運輸順槽皮帶, 經集中皮帶巷皮帶轉運煤倉。
3、整個工作面以運輸順槽和回風順槽形成整個工作面的全負壓通風,采用上行風。支巷掘進上分層利用局部通風機供風,支巷貫通後透點處構建控風設施并形成全負壓通風。支巷卧底完成後,在充填巷下出口支設單體支柱裡側采設檔漿闆對支巷下出口封堵密閉,在檔漿闆的最底部埋設排水管,用于充填時排水。支巷充填時嚴禁人員進入充填巷内以及充填巷下方側。工作面切眼始終保持不充填的狀态,确保工作面的負壓通風。
4、設計各支巷掘進上分層時頂闆采用錨杆+錨索和金屬網複合支護,頂闆若出現構造或破碎時采用加密錨杆、錨網索間排距以及金屬網雙層的強化支護。為便于後期支巷煤柱的回收,各支巷兩幫正常狀态下可不支護。若煤層裂隙發育而出現裂縫等情況,要及時進行挂幫網加玻璃鋼錨杆進行支護,避免出現片幫事故。待整個工作面内全部支巷充填完畢後,形成充填體完全代替煤層,即工作面頂闆管理方式為不垮落法。
支巷(煤柱)巷道斷面:工作面支(煤柱)巷斷面形狀及規格:矩形斷面;巷道掘進寬度5m,巷道掘進高度5.2m,掘進斷面為26m²;支巷分兩次施工,第一次施工上分層,高度2.8m,第二次采用卧底的方式開采下分層,高度2.4m,從巷口開始。每90m為一個循環單元,采5m,相鄰支巷之間留設5m的煤柱。
5、回采工藝
工作面條帶範圍内煤層平均厚度5.2m。走向長度405m,沿工作面推進方向将工作面劃分為71個支巷;在運輸順槽切眼位置處的第一個支巷與運輸順槽成62°18′14″的夾角布置,其它支巷按與第一個支巷平行布置,支巷間煤柱由裡向外編号依次為,2、4、6....1、3、5、7……支巷間距為5.0m。支巷開口位于運輸順槽,掘進方向由下至上(運輸順槽至回風順槽),每條支巷長約180m,巷道寬5m,支巷高度與煤層平均厚度保持一緻。
為保證支巷上分層開采後形成較小的空間,且有利于頂闆及兩幫支柱的穩定, 設計每條支巷分兩次施工,即120902工作面一支巷第一次掘進高度2.8m,第二次采用卧底的方式拉底剩餘的高度2.4m,相鄰支巷之間留設5m的煤柱。
準備從2支巷開始開始依次回采偶數巷,以18條支巷為一個單元,采完偶數巷,開采奇數巷。最終回采至71支巷。回采工藝與回采偶數巷相同。充填膏體經過試驗,不存在片幫可能,奇數巷幫部不需要支護。觀測充填膏體出現異樣及時采樣送檢試塊,試塊強度低于5mpa或者發現有片幫現象停止回采奇數巷道,查明原因,論證達到回采安全條件進行回采。
6、回采支巷施工流程
(1)工作面第一條支巷開門點位于工作面運輸順槽巷道内切眼向南5.65米位置,沿煤層頂闆施工。開門前,首先将開門點處使用錨索強化支護完畢後,按由外向裡的順序,對開門點前後各10m範圍内的支護進行檢查,确認安全後,方可開門施工。
(2)各支巷按86°25′38″真方位角施工,支巷平均斜長180m,支巷寬度為5m,高度5.2m。各支巷一次性掘進完上分層後,移除、收縮溜子在巷口10米處進行卧、拉底,即“先掘上分層後進行下分層拉底”的原則進行卧、拉底。
(3)施工上分層時,離回風順槽2m位置時,綜掘機炮頭隻割中間位置,兩幫不予施工,貫通斷面積保持在4-4.5㎡,這樣一方面保證回風順槽與支巷貫通後風流的及時調整,保持風流的穩定,再者可以方便以後在回填過程中上口封堵斷面小,能夠保證質量,最重要的是該巷道處于全負壓通風後,風量和風速可以迅速調整到設計要求,符合有關規定。
(4)各支巷施工過程中,2台綜掘機分别在兩條支巷回采,互不幹擾。
(5)采用EBZ-160型綜掘機2台,上分層巷内用MQT-130錨杆鑽機打錨杆,30T刮闆輸送機運輸的施工方法。
(6)采用綜掘機施工上分層時,循環進度2.7m。
(7)打眼機具: 采用MQT-130錨杆鑽機濕式打錨杆眼,安裝錨杆時使用MQT-130錨杆鑽機旋轉推入,風源來自地面壓風機,經過供風管路,供至迎頭錨杆鑽機用風。錨索采用MQT-130錨杆鑽機,配Φ19中空六方棱接長式鑽杆,Φ28㎜雙翼鑽頭。
(8)施工上分層時割煤工藝流程:
① 綜掘機的截割順序應從支巷迎頭中部開始進刀,按照先中間後四周的順序進行截割,每次進刀深度不得超過1.1m。
② 工藝流程:交接班安全檢查、準備→校對中線→綜掘機割煤出煤→清理浮煤、退機→臨時支護、永久支護→綜掘機割煤進入下一循環。
7、充填工藝
(1)每條支巷施工完畢後,在運輸順槽側用檔漿闆對支巷下出口封堵密閉,即在檔漿闆外側設單體液壓支柱支護擋封牆體,并在靠近封堵牆内側2~3米處,頂、底闆安裝錨索連接擋風牆外特制鋼梁上固牢漲緊,用單體液壓支柱支設戗柱支撐在擋風牆外側的擋封牆處的單體支柱上,另外在距擋封單體液壓支柱1-1.5米處打一排撐柱,橫撐加強 “三岔門”支護,提高封堵牆的安全穩定性。
(2)利用礦井地面充填站已有充填設備。矸石骨料制備系統備制好的矸石、粉煤灰、水泥與水按設計配比攪拌勻形成膏體後,通過膏體充填泵加壓後充填管路輸送至井下工作面順槽,在鋼管末端管道出口處轉換為可擺動的高壓軟管至充填支巷上口附近後,,然後由井下作業人員将軟管送入充填支巷口處,利用巷道高差自重作為膏體充填體的充填動力,将膏體充入支巷内。充填時,從支巷下口向支巷上口依次充填,利用膏體的自流特性,将支巷壓實;必要的時候,為保證充填效果,可将支巷内的充填管出口擡高,增加勢能,以利于充填物的堆積和壓實。當一條支巷充完後及時在支巷的充填末端設檔漿闆牆封閉。每條支巷充滿後,開始下一支巷充填的工序。
8、回采支巷上下口封堵措施
(1)支巷門口兩幫掏槽深度不低于0.3m,,單體液壓支柱嚴禁支設在浮煤上,單體液壓支柱間距不大于0.25m,單體液壓支柱帶帽支設,單體液壓支柱棵棵拴好防倒繩。
(2)單體液壓支柱初撐力不低于90KN,切度合格,迎山有力。
(3)單體支柱裡側采用木闆(40mm厚)封堵,木闆與木闆之間縫隙、木闆與頂闆和兩幫之間縫隙采用薄木闆封堵。
(4)支巷下口在木闆裡側頂、底距封堵牆3-5米處鑽打錨索眼,并注好錨索,每根錨索接出封堵牆外的專用鋼梁上固定牢靠,錨索間距1米。
(5)封堵段頂闆菱形網剪掉,保證封堵嚴實。
(6)木闆封堵完成後在木闆裡側敷設封堵布,封堵布到幫、到頂、到底并富于不低于0.5m,頂闆富于段與頂網連接固定,兩幫富于段用釘子固定在煤幫上。
(7)封堵完成後單體液壓支柱棵棵支設戗柱,保證封堵牢固可靠,戗柱支設到硬底,嚴禁支設在浮煤上。
矸石漿充填技術在固廢處理中的應用
《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》、《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用指導意見》中提出:在煤炭行業推廣煤矸石井下充填,促進矸石減量,大力推進大宗固廢源頭減量、資源化利用和無害化處理,推動綠色礦山建設,為經濟社會高質量發展提供有力支撐。山東恒馳礦業裝備科技有限公司積極響應國家政策,以“專注充填開采、呵護美麗中國”為使命,踐行矸石充填示範效應,助力生态文明建設。
近年來,如何破解充填成本高、充填效率低是國内充填開采行業的一大難題,作為有着十多年經驗的膏體(似膏體)充填開采行業持續領跑者,山東恒馳礦業裝備科技有限公司不斷完善充填技術工藝、持續研發改進充填開采成套裝備,為國内煤礦企業“三下一上”壓覆資源開采、遺留煤柱二次回收、處理煤矸石固體廢棄物、沿空留巷、礦井災害治理等提供了有效的解決方案。
矸石漿充填技術是将煤炭生産過程中産生的矸石進行破碎,與礦井水配比形成漿體,利用高壓柱塞泵通過管道和鑽孔充入采空區的冒落帶和彎曲下沉帶的岩石空隙中。矸石漿充填材料以煤矸石、礦井水為主,不添加水泥、粉煤灰等材料,實現了固廢的無害化處理、資源化利用,極大的節約了充填成本。
矸石漿充填技術可分為矸石漿原位充填技術、矸石漿鄰位充填技術、矸石漿巷道充填技術。
矸石漿原位充填技術是在采煤工作面向面後冒落帶空隙充填矸石漿,減少了面後隔離等環節,實現了采煤、充填同步進行。
矸石漿鄰位充填技術是在相鄰工作面順槽内向已開采工作面冒落帶和彎曲下沉帶空隙充填矸石漿,通過鑽孔注漿實現鄰位充填。
矸石漿巷道充填技術是向井下廢棄巷道或新掘煤柱巷道内充填矸石漿。
作為國内泵送矸石漿充填技術的開創者,山東恒馳礦業裝備科技有限公司不斷完善技術工藝,降低充填成本,創新非膠結似膏體充填技術,為煤礦企業煤矸石固廢處理提供了“接地氣”的解決方案。
近幾年,山東恒馳礦業裝備科技有限公司運行了以下矸石漿充填項目:
1、山東華恒礦業有限公司在2015年應用了矸石漿巷道充填技術,将礦井全岩掘進巷道産生的矸石充填到回采完的四采區廢棄巷道内,僅四采區運煤下山和四采區軌道下山兩條廢棄巷道就處理消化矸石6萬餘噸。
2、貴州衆一金彩黔礦業公司興發煤礦在2018年試驗應用了矸石漿原位充填技術,消化地面洗選矸石,采用地面充填泵、井下充填泵接力充填的方式,泵送管道距離3000餘米,向采煤工作面冒落帶空隙充填矸石漿,已累計處理煤矸石固廢30餘萬噸。
3、山東能源棗礦集團濱湖煤礦在2019年應用了矸石漿巷道充填技術,是國内第一家應用“井下智能幹選+泵送矸石漿充填”工藝的礦井,将井下原煤流中的矸石分選出來,矸石就地破碎,然後泵送矸石漿充填到礦井廢棄巷道内,實現了煤礦井下“采、選、充一體化”。
4、山西長治雄山煤炭有限公司二礦在2019年應用了矸石漿巷道充填技術,應用了“井下滾軸篩選矸+地面矸石投料井輸送”并聯泵送充填的模式,将矸石制漿後泵送充填到大巷煤柱掘進巷道内。
5、山西臨汾藍寶煤業在2020年應用了矸石漿巷道充填技術,建立了地面矸石充填系統和井下矸石充填系統,地面矸石制漿後充填到礦井原房柱式采空區内,井下全岩掘進巷道産生的矸石在井下就地制漿後充填到煤柱掘進巷道内。
6、山西陽泉新元煤炭有限責任公司在2021年應用了矸石漿巷道充填技術,在井下煤柱内掘進矸石充填巷,将井下全岩掘進巷道産生的矸石和原煤流中分離出來的矸石就地制漿後充填到煤柱巷道内。
矸石漿巷道充填技術和膏體巷道充填技術配合應用,可實現煤礦井下煤柱的全部回收。
截止目前,山東恒馳礦業裝備科技有限公司已成功建成了20多個煤礦充填開采項目,累計置換煤炭資源1000餘萬噸,消化處理煤矸石固廢1500餘萬噸,有效保護了生态環境,實現了采礦、生态保護、安全生産、資源綜合利用的多赢,創造了巨大的經濟效益和社會效益。
泵送矸石充填技術主要由煤矸石轉運、破碎篩分、儲存、攪拌、泵送五大系統組成。主要工藝流程是将地面洗矸、井下掘進矸石、原煤流中分離出的矸石轉載到矸石破碎站,破碎後的矸石經過篩分進入矸石倉或梭式礦車内儲存緩沖,充填作業時,轉運篩分後的矸石至矸石攪拌機,按比例加入水和添加劑等進行充分攪拌,攪拌後的似膏體利用充填泵通過管道充填到采空區内,在采空區内密實接頂。