原生矸石充填設(shè)備在煤礦綠色開采中的應(yīng)用(3).doc

原生矸石充填設(shè)備在煤礦綠色開采中的應(yīng)用山東能源新礦集團(tuán)盛泉礦業(yè) 張國賓摘 要：隨著老區(qū)煤礦開采年限延長，儲(chǔ)量逐年減少，三下壓煤的開采勢(shì)在必行，相應(yīng)的環(huán)境問題凸顯：建筑物破壞、矸石堆積占地，地下水水位下降等。因此減少煤炭開采對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)綠色開采顯得日益重要。本文闡述煤礦綠色開采內(nèi)涵及充填技術(shù)中的設(shè)備應(yīng)用，對(duì)老區(qū)資源枯竭礦井實(shí)現(xiàn)綠色開采具有借鑒意義。關(guān)鍵詞：煤礦 綠色開采 設(shè)備應(yīng)用1 引言在我國一次能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占70%左右，它將長期是我國的主要能源。隨著老區(qū)資源枯竭礦井三下開采規(guī)模越來越大，相應(yīng)地也帶來了許多生態(tài)問題。如何使老礦井的開采通過低投入、高回報(bào)得到可持續(xù)的發(fā)展，這就需要采取合理的開采技術(shù)及有效的防治措施，走礦產(chǎn)資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色礦業(yè)之路，率先實(shí)現(xiàn)“低開采、高利用、低廢棄”集約化經(jīng)營的行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，建設(shè)綠色煤炭工業(yè)體系。本文就老區(qū)煤礦如何實(shí)現(xiàn)綠色開采以及矸石充填設(shè)備在綠色開采技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并提出建議。 2 綠色開采技術(shù)體系從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內(nèi)的煤炭、地下水、瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床，都應(yīng)該是經(jīng)營這個(gè)礦區(qū)的開發(fā)對(duì)象而加以利用。 煤礦綠色開采以及相應(yīng)的綠色開采技術(shù)，在基本概念上是從廣義資源的角度上來認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、矸石、水等一切可以利用的各種資源?；境霭l(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響，目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。針對(duì)煤礦中地表塌陷、地下水位下降、矸石排放，綠色開采技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：1）水資源保護(hù)形成“保水開采”技術(shù)；2）地表與建筑物保護(hù)形成充填與條帶開采技術(shù)；3）減少矸石排放綜合利用技術(shù)總之，綠色開采的內(nèi)涵是減少采煤對(duì)環(huán)境的破壞，形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開采技術(shù)。首先要改革開采技術(shù)，減輕對(duì)水土的破壞和地表的擾動(dòng)，減少廢棄物排放，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。其中，通過礦山廢棄物的資源化利用矸石回填，實(shí)現(xiàn)巖層控制，減少對(duì)水土破壞和地表擾動(dòng)，達(dá)到保護(hù)地面建筑物的目的，實(shí)現(xiàn)開采技術(shù)改革。3實(shí)現(xiàn)綠色開采的途徑及意義減沉開采及矸石充填技術(shù)，減沉開采技術(shù)主要包括條帶開采與充填開采。條帶開采技術(shù)存在的主要問題是采出率低、浪費(fèi)大量煤炭資源，對(duì)資源枯竭礦井更不可??；而傳統(tǒng)的水沙充填開采技術(shù)存在的主要問題是充填成本及設(shè)備投入相對(duì)偏高、充填工藝也不能適應(yīng)衰老礦井開采要求。矸石的綜合利用，我們根據(jù)煤矸石的特點(diǎn)可以通過矸石回填作為礦井減少矸石排放的主要措施，進(jìn)行綜合利用。煤矸石分二類:一類是隨著礦井建設(shè)、開拓掘進(jìn)而產(chǎn)生的矸石，俗稱“巖矸”，可以將井下巖巷掘進(jìn)矸石不提升出井，直接充填到采空區(qū)。另一類是煤炭洗煤加工而產(chǎn)生的附產(chǎn)品，如洗選黑矸、篩上物等，此類矸石對(duì)于煤質(zhì)較差煤層開采，產(chǎn)生量會(huì)大大增加，可以不做任何加工利用礦井輔助運(yùn)輸下井回填。同時(shí)地面產(chǎn)生的工業(yè)、生活垃圾也可利用該途徑回填采空區(qū)，減輕地面垃圾處理壓力，實(shí)現(xiàn)礦井綠色環(huán)保?；诶蠀^(qū)礦井現(xiàn)狀，首先力求效益最大化，充填方式確定應(yīng)用比較簡(jiǎn)單的機(jī)械輸送方式，一般采用皮帶機(jī)、刮板機(jī)運(yùn)輸矸石，利用拋矸皮帶將矸石拋擲于采空區(qū)。該充填方式具有矸石充填能力大、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投入少、效率高的特點(diǎn)，選擇原生矸石充填技術(shù)，是老區(qū)資源枯竭礦井首選綠色開采工藝。通過矸石充填可以實(shí)現(xiàn)煤矸石不升井，減少運(yùn)輸費(fèi)用，減少地面占地和環(huán)境污染；煤矸石充填采空區(qū)實(shí)現(xiàn)以矸換煤，可以減少地表下沉，使對(duì)土地和建筑物的破壞降到最低，減少賠償費(fèi)用；煤矸石充填采空區(qū)，減少對(duì)頂?shù)装迤茐?，從而減少頂?shù)装逅挠砍?，降低回采工作面水患威脅、提高回采效率、提高煤質(zhì)和降低排水費(fèi)用；煤矸石充填采空區(qū)，將采空區(qū)底板覆蓋上密實(shí)的充填體，減少瓦斯涌出，保證回采快速、安全；煤矸石充填采空區(qū)，將靠近留巷段的采空區(qū)充實(shí)，可以保證充填留巷效果，降低留巷費(fèi)用。從而實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，提高煤炭資源回收率，減少巷道掘進(jìn)量，緩解采掘接續(xù)緊張；更有利于分儲(chǔ)分運(yùn)效能的發(fā)揮，有利于單軌吊系統(tǒng)的運(yùn)行和徹底消滅井下地軌；成熟、高效的充填技術(shù)可為受水害威脅的后組煤開采打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4矸石充填工藝流程及設(shè)備應(yīng)用為了降低充填成本，充分利用廉價(jià)、性能優(yōu)良的充填材料煤矸石，我公司率先通過對(duì)礦井原有開采設(shè)備改造，形成了一套獨(dú)立完整的原生矸石充填系統(tǒng)。該系統(tǒng)充填為機(jī)械輸送方式，一般采用皮帶機(jī)、刮板機(jī)運(yùn)輸矸石，利用拋矸皮帶將矸石拋擲于采空區(qū)，拋矸皮帶對(duì)矸石的加速度成噴射狀進(jìn)入采空區(qū)，提高了充填密實(shí)度，減緩了采空區(qū)的下沉速度和下沉量。4.1工藝流程矸石礦車 翻車機(jī) 矸石倉 倉底給矸機(jī) 膠帶輸送機(jī) 刮板輸送機(jī) 回采工作面 倒開刮板輸送機(jī) 拋矸皮帶 采空區(qū)即：矸石由礦車運(yùn)至矸石倉口翻車機(jī)翻入矸石倉，通過倉底給矸機(jī)裝入膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸，經(jīng)轉(zhuǎn)載刮板輸送機(jī)運(yùn)至工作面，經(jīng)過工作面倒開刮板輸送機(jī)溜尾卸載至拋矸皮帶，高速運(yùn)行的拋矸皮帶對(duì)矸石加速度后拋入采空區(qū)進(jìn)行充填。矸石不做任何加工處理，塊度控制在300mm之內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)原生矸石充填。4.2設(shè)備應(yīng)用矸石翻車機(jī)是底卸式無動(dòng)力卸載設(shè)備，它是由底盤、支撐座、軸枕座 、剎車與操作裝置、翻矸架總承、減振裝置、保護(hù)裝置、固定部分等組成。翻矸機(jī)曲軌與運(yùn)輸系統(tǒng)軌道聯(lián)接，礦車通過自溜式或動(dòng)力推進(jìn)式進(jìn)入翻矸機(jī)。工作原理是借用礦車進(jìn)入翻矸架總承時(shí)的沖擊力，帶動(dòng)翻矸架總承向前傾斜，并帶動(dòng)翻矸架總承與礦車一起向前翻轉(zhuǎn)，以將礦車中的矸石卸入翻矸機(jī)底部的煤倉中。卸載完成后，由于翻矸架曲軌的偏心設(shè)計(jì)造成的重量偏離原理，使翻矸架與礦車通過自身重量將翻矸架翻轉(zhuǎn)回原位置，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸載回位。該設(shè)備占用空間小，操作簡(jiǎn)便，適應(yīng)任何場(chǎng)所翻車卸載。目前我國許多煤礦采用以矸換煤，矸石充填工藝。矸石用量大，運(yùn)輸、卸載困難。矸石倉建設(shè)地域空間小、電源敷設(shè)困難等諸多問題。為解決這一技術(shù)難題，我們通過現(xiàn)場(chǎng)了解及勘探，研制了翻矸機(jī)，通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，解決了這一難題，并有效的提高了工作效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了安全性能，形成了具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的發(fā)明。附圖1：翻矸機(jī)外形圖 矸石運(yùn)輸采用礦用膠帶運(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)。工作面矸石運(yùn)輸利用原刮板輸送機(jī)改造成倒開方式，溜頭轉(zhuǎn)載溜尾卸載，溜尾與拋矸皮帶鏈接，方便充填延縮及拋矸皮帶搬移。拋矸皮帶是系統(tǒng)主要設(shè)備，也是決定充填效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該設(shè)備原理是通過高速運(yùn)行皮帶帶動(dòng)矸石加速以拋物狀進(jìn)入采空區(qū)，完成矸石充填。我們通過不斷改進(jìn)完善，成功設(shè)計(jì)了電動(dòng)滾筒式拋矸皮帶，皮帶線速度達(dá)到7.5米/秒，拋矸距離超5米，連續(xù)充填量可達(dá)120噸/小時(shí)。拋矸皮帶機(jī)固定架的幾個(gè)重要部位設(shè)計(jì)為“人”字型支撐，加大了支撐力及穩(wěn)定性，使高速運(yùn)行的皮帶不會(huì)產(chǎn)生搖擺及震動(dòng)。該皮帶利用采煤工作面乳化液液壓系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)拋矸角度調(diào)整，利用倒開刮板機(jī)可實(shí)現(xiàn)前后搬移，使之在充填現(xiàn)場(chǎng)使用更加簡(jiǎn)便易行。針對(duì)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)一定周期后“打滑”現(xiàn)象，為電動(dòng)滾筒安裝了調(diào)整角度的裝置，使電機(jī)位置實(shí)現(xiàn)了可調(diào)整，另一方面，調(diào)整了主滾筒斜下方底托輥的位置，使皮帶在主滾筒上的包角增大，增大了皮帶與主滾筒的摩擦力，從而較好地解決了皮帶“打滑”現(xiàn)象。針對(duì)拋矸皮帶機(jī)提速后矸石的運(yùn)動(dòng)速度隨之增加，矸石易發(fā)生飛矸的現(xiàn)象，我們?cè)趻來菲C(jī)皮帶上方加了防護(hù)罩，以防止飛矸傷人，又在上下皮帶間用鐵板實(shí)行密封隔離，并在拋矸皮帶下方安裝了碎矸清掃器，有效地防止了飛矸及落矸傷人。通過逐步完善設(shè)備達(dá)到原生矸石充填要求。5結(jié)束語煤礦綠色開采技術(shù)對(duì)于美化礦區(qū)環(huán)境、改善能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與能源同步發(fā)展等都具有重要意義。我們的原生矸石充填工藝只是系統(tǒng)工程前期探索。希望這次探索能夠給予老區(qū)資源枯竭礦井以啟示，充分利用自身有限資源完成以矸換煤目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色開采。要