七元矿工作面充填系统设计方案研究

2022-09-10

1.工作面充填系统概述

根据充填区域规划,七元矿在南翼布置CT01～CT12三个充填工作面,倾斜长度120m,推进长度750～1520m;在北翼布置CT01～CT05五个充填工作面,倾斜长度120m,北翼CT01～ CT04推进长度750～950m,北翼CT05推进长度1250m。采用沿充留巷工艺将本工作面辅助进风顺槽保留下来,作为下个工作面的运煤顺槽。

规划充填区域工作面面长设计长度120m(不含两巷),对于高瓦斯或瓦斯突出矿井,充填开采时裂隙发育范围有限,高抽巷难以起到作用,因此考虑布置低抽巷,对本煤层采空区瓦斯进行抽放。

本次设计充填开采工作面采高平均4.0m,预计密实充填率70%,充填后相当于采空区有1.2m的下沉空间,按照10倍采高计算抽采裂隙,本次充填工作面采动裂隙在12m高度以内。根据实际充填工程实践,直接顶一般能够形成贯穿裂隙,而基本顶一般形成非贯穿裂隙,将低抽巷布置在煤层顶板5m-10m范围内,沿煤层走向布置。

工作面回采巷道采用“Y型通风”方式,即每个工作面布置1条输送机顺槽(运煤巷)和1条辅助进风顺槽(兼做运矸巷),通过两条顺槽进风,将工作面涌出的瓦斯及时快速排出。工作面胶带顺槽铺设带式输送机,用于煤炭的运输,设备列车布置在工作面运输巷;工作面回风顺槽铺设矸石带式输送机,用于矸石运输,兼做工作面辅助进风及材料运输。工作面巷道采用矩形断面,辅助进风顺槽净断面积20.16m2,净宽5600mm,净高3600mm,工作面运输顺槽净断面积净断面积18.0m2,净宽5000mm,净高3600mm。支护方式采用锚杆+金属网+锚索联合支护形式。

采用沿充留巷工艺,通风方式为两进一回。矸石固体充填工作面在原采煤系统基础上,增加了充填系统,增加的充填设备包括:顺槽运矸皮带、矸石转载机、矸石充填支架、悬挂式卸矸刮板输送机、专用端头支架、沿充留巷模板架。运煤顺槽宽度5.0m,运矸顺槽宽度5.6m,矸石转载机置于运矸巷,搭接运矸皮带和多孔耐磨刮板输送机[1]。

2.矸石充填支架选型

根据二十余年的充填采煤实践总结和技术创新,矸石固体充填支架先后经历了顶梁+尾梁结构、六柱支撑式结构、四柱支撑式结构等架型,最新研制出的四柱支撑式双顶梁结构固体充填液压支架能有效地协调充填和采煤作业,从工程应用效果来看,四柱式充填支架比六柱式充填支架受力更为合理[2]。四柱式充填支架铰接点设在顶梁的中间部位,形成双顶梁结构,实现了充填和采煤作业在空间上分开、时间上平行,生产操作互相不影响,支架后部设有液压控制的挡矸装置,可在很大程度上提高矸石的充填量,实现快速消矸的目的。根据七元矿矸石处置规模及运输长度,选择SGBC764/320型多孔底卸充填刮板输送机。

3.矸石充填工作面采充工艺

设计工作面采用单一厚煤层一次采全高倾斜长壁后退式采煤法,用矸石充填配合架前挂网控制采空区顶板[3]。

(1)采煤机进刀方式:中间斜切进刀的方式被应用于该采煤机,以800mm作为进刀尺度。

(2)采煤机下行从中部弯曲段(输送机)切入煤壁后,并将上部输送机推移,采煤机先处于下行状态完成正常割煤、装煤、移架、割透煤壁后,调整为向上割至运料巷并顶过机尾回到中部后完成一个循环[4]。

(3)采煤机上行状态割至运料巷并割透三角煤空机返回后,斜切进刀于工作面中部,这样的往返穿梭割煤。鉴于工作面设计的相对较短,采用双向割煤。

(4)采煤工艺顺序:架前挂顶网(顶板破碎时)→利用护帮板将顶网收回→双滚筒采煤机割煤→打开护帮板护帮并将顶网打到顶板护顶→刮板输送机运煤→液压支架支护顶板→推移刮板输送机。

(5)运矸方式:工作面使用吊挂式填矸输送机运输矸石到待填充区域。

(6)落煤方式:采用交流电牵引采煤机双向穿梭采煤,前滚筒割顶煤,后滚筒割底煤,滚筒自旋使其截齿将煤破碎,截深800mm。

(7)装煤方式:利用机组滚筒螺旋叶片和运输机铲煤板将煤自行装入运输机。

(8)充填施工工艺:机尾拉移支架→矸石转载皮带与后运输机搭接→由机尾向机头依次充矸→依次捣实→端头充矸捣实。

(9)充矸捣实过程:本架漏矸→本架漏料口关闭→本架捣实→邻架漏矸、捣实,这一循环过程一般需要3-5次,以采空区充填物料接顶比较充分并充捣压实的比较好为停止依据。

采用“边采边充”,即矸石充填作业紧随采煤作业进行,割煤机割煤后调整充填支架后部充填刮板输送机,依次开动工作面充填刮板输送机、矸石转载机、运矸胶带输送机等运输设备,进行采空区充填,如图1所示。

由胶带输送机、矸石转载机将矸石运输、转载至工作面充填支架后部底卸式刮板输送机上,矸石通过卸料孔(刮板输送机)充填进入采空区内后将矸石材料推实,这一过程将启用推压装置,如图2所示。

为提高充填效率和充填效果,采取成组移架、交替落料、同步推实的工序,具体如下:

①成组移架:每班按照正规循环割煤,每3架为一组,割煤后将第1组充填支架向前推移一个步距,开始充填作业,每组支架同步动作,提高充填效率和充填效果,正规循环作业启动后,端部进刀不影响后部充填,采充可平行作业。

②交替落料:从充填输送机依次充填的方向为机尾指向机头的方向,具体的首先打开第1组充填支架的卸料孔——位于底卸刮板机机尾。对该段架后采空区充填,待第1组卸料孔对应的架后区域矸石充填至1/3高度时关闭卸料孔,打开第2组卸料孔进行落料,沿工作面向机头方向交替落料,保持落料的连续性。

③同步推实:第1组支架卸料孔关闭后,启动推实机构推压矸石,该组进行推实作业时不影响下组支架的落料,保证推实与落料同步进行,每组支架循环3次落料、推实动作,按照该工序依次作业完成1个循环。

4.结束语

该工作面充填系统设计开发小矸石固废安全高效充填开采与机械化沿充留巷配套技术,基于高效密实充填,使采场围岩的扰动大大减弱,在快速及时消化矸石的同时实现对岩层与地表移动的变形控制,在密实充填开采的基础上实施新型机械化快速沿充留巷工艺,简化了传统留巷工序,具有成本低、工序简便的突出优点,实现了密实充填与快速留巷技术的革新。

摘要：七元矿拟采用充填采煤技术可以实现固体废弃物的规模化处理,快速的消耗矸石等固体废弃物,该论文通过进行工作面充填系统设计研究,将七元矿地面洗选矸石井下绿色处置,能够有效解决矿井地面排矸受限的困境,并为解放建筑物下压煤提供先导技术支持。从而从根本上扭转由于开采中矿压强显现、围岩大变形、冲击高能量、安全高风险、“三下”压煤等问题带来的矸石产量大、煤炭损失多等问题。

关键词：七元矿,充填系统,设计方案