充填開采材料投料系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

尹清濤 唐向新

（兗礦集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273515）

南屯煤礦位于山東省鄒城市內(nèi)，于1973年投產(chǎn)，礦井剩余可采煤炭?jī)?chǔ)量越來越少。為延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，提出通過充填開采來解放“三下”壓煤，這對(duì)進(jìn)入衰老期面臨著資源枯竭境遇的礦井意義十分重大。為解決充填開采充填材料從地表運(yùn)輸至井下的運(yùn)輸問題，需對(duì)充填材料投料系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 充填材料投料工藝流程

根據(jù)充填材料投料系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，從節(jié)約成本和技術(shù)的角度考慮，選擇改造風(fēng)井為充填材料投料井，該投料系統(tǒng)主要包括投料管、緩沖器、儲(chǔ)料倉等結(jié)構(gòu)，投料系統(tǒng)投料工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，投料系統(tǒng)投料工藝流程為：

（1）利用地面運(yùn)輸系統(tǒng)將矸石和粉煤灰運(yùn)輸至地面控制室，按要求的配比進(jìn)行混合；

（2）將混合物料沿投料管道向下高速投放；

（3）通過緩沖器減緩高速下落的混合物料的沖擊力，使其緩慢下落；

（4）緩慢下落的混合物料進(jìn)入呈半斜錐狀的井式儲(chǔ)料倉向下滑落并堆積。為防止發(fā)生堵倉，當(dāng)井式儲(chǔ)料倉下部半斜錐狀內(nèi)壁堵塞時(shí)，開啟井壁清理裝置進(jìn)行清理，疏通儲(chǔ)料倉；當(dāng)井式儲(chǔ)料倉堵倉情況不明或堵倉嚴(yán)重井壁清理裝置無法有效處理時(shí)，開啟觀察硐室與儲(chǔ)料倉之間的密閉門，人員進(jìn)入觀察堵倉情況，并采取措施處理堵倉；

圖1 投料系統(tǒng)投料工藝流程

（5）開啟給料機(jī)，將井式儲(chǔ)料倉內(nèi)混合物料卸放到井下運(yùn)輸設(shè)備上，運(yùn)往充填開采工作面進(jìn)行充填。

2 投料系統(tǒng)關(guān)鍵裝備設(shè)計(jì)

2.1 投料管

根據(jù)充填材料的粒徑的特點(diǎn)，并考慮到在鉆孔施工的過程中存在一定的偏差，確定采用耐磨鋼管作為下料管。

根據(jù)以往使用經(jīng)驗(yàn)，投料管選用雙層金屬耐磨管，外徑550mm，內(nèi)徑500mm，壁厚25mm，其中12mm為外管，13mm為耐磨層。

單節(jié)投料管每節(jié)10m，投料管選用雙層金屬耐磨管，投料管之間通過外箍連接，外箍深度為400mm，投料管與投料管之間在外箍處重合高度為200mm，每節(jié)投料管上均勻焊接4個(gè)固定裝置，以便將投料管固定在井壁上。

2.2 緩沖器

矸石等固體物充填材料是從地面通過投料管直接投到井底的，較大的投料高度會(huì)導(dǎo)致充填材料到達(dá)井底時(shí)的沖擊力很大。為了防止沖擊力過大而造成設(shè)備的損壞等安全問題，必須在井下儲(chǔ)料倉上部設(shè)置緩沖裝置以減小充填材料投到儲(chǔ)料倉中的沖擊力。

根據(jù)落料程度和沖擊力分析情況，設(shè)計(jì)緩沖器樣式如圖2所示。

圖2 緩沖器結(jié)構(gòu)原理圖 （單位：mm）

緩沖器由緩沖擋板、導(dǎo)向桿、緩沖彈簧和底座組成，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該設(shè)施可以承載充填料落下的沖擊力。

2.3 儲(chǔ)料倉的容積

（1）根據(jù)充填需求量87.6萬t/a設(shè)計(jì)，考慮到生產(chǎn)所需要的充填物料儲(chǔ)存量，則井下儲(chǔ)料倉容積為350m3。

（2）在充填開采的投料運(yùn)輸過程中，難以實(shí)現(xiàn)地面充填材料運(yùn)輸系統(tǒng)與井下運(yùn)輸系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，當(dāng)井下運(yùn)輸系統(tǒng)停止后，地面運(yùn)輸系統(tǒng)仍然沒有停止，投料井內(nèi)的充填材料不斷堆積，因此必須在投料井下部設(shè)置足夠大的儲(chǔ)料倉，用來存放井下運(yùn)輸系統(tǒng)停止后投料井內(nèi)的充填材料。按投料管內(nèi)徑500mm、投料管長(zhǎng)度300m、管內(nèi)全是充填材料計(jì)算，儲(chǔ)料倉的容積不能小于60m3。

綜上，儲(chǔ)料倉容積應(yīng)≥350m3。

2.4 儲(chǔ)料倉改造設(shè)計(jì)

從井筒掘進(jìn)實(shí)際情況考慮，儲(chǔ)料倉在原風(fēng)井的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，其位置位于-273m水平與-295m水平之間的風(fēng)井中。儲(chǔ)料倉直徑選取為原風(fēng)井內(nèi)徑5.0m，則深度為22m，其中理論允許儲(chǔ)料深度20m，則儲(chǔ)料倉的容積=390m3＞350m3。儲(chǔ)料倉結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 儲(chǔ)料倉結(jié)構(gòu)圖 （單位：mm）

3 結(jié)束語

在對(duì)投料工藝分析基礎(chǔ)上，對(duì)投料各環(huán)節(jié)進(jìn)行研究、改進(jìn)，合理布設(shè)投料孔，設(shè)計(jì)緩沖裝置及料石倉，有效解決了充填材料從地表運(yùn)輸至井下的運(yùn)輸問題，對(duì)礦井可持續(xù)發(fā)展、延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限有著重要意義。