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    綜合機(jī)械化矸石短臂充填開(kāi)采工作面設(shè)計(jì)

    2023-11-13 11:56:18武少鵬
    2023年11期
    關(guān)鍵詞:落料大巷矸石

    武少鵬

    (潞安化工集團(tuán) 安全管理部,山西 長(zhǎng)治 046204)

    1 項(xiàng)目背景

    新元公司井下矸石全部隨原煤通過(guò)主運(yùn)輸系統(tǒng)提升至地面選煤廠進(jìn)行洗選篩分,再由汽車(chē)運(yùn)輸?shù)脚彭穲?chǎng)地排放。井下矸石占用了主運(yùn)輸系統(tǒng)和選煤廠的負(fù)荷,增加了排矸費(fèi)用。

    新元公司計(jì)劃施工的9號(hào)煤回風(fēng)大巷(北)全長(zhǎng)為2 340 m,采用圓形斷面,直徑為4.53 m,掘進(jìn)斷面積為16.1 m2,掘進(jìn)該巷道可產(chǎn)生矸石共計(jì)37 674 m3、90 417 t.掘進(jìn)巖巷和3號(hào)煤西大巷整修,每天可產(chǎn)生碎脹矸石約363 m3、580 t.

    為避免煤流中混入大量矸石影響煤質(zhì),提出實(shí)施井下矸石充填開(kāi)采,實(shí)現(xiàn)矸石不出井,在井下就地消化。

    2 充填系統(tǒng)總體布置

    2.1 矸石充填工作面巷道布置

    矸石充填工作面布置在3號(hào)煤層,煤層平均厚度1.81 m,埋深約556 m,工作面近水平布置,煤層傾角平均2°.充填工作面均采用“兩條進(jìn)風(fēng)巷布置”、“沿充留巷”、“Y”型通風(fēng),即每個(gè)工作面布置一條進(jìn)風(fēng)運(yùn)煤巷道、一條輔助進(jìn)風(fēng)運(yùn)矸巷道,利用充填工作面切巷尾部專(zhuān)用回風(fēng)巷回風(fēng),其中輔助運(yùn)矸巷道沿空留巷作為下一工作面進(jìn)風(fēng)運(yùn)煤巷道使用。

    所選充填區(qū)域內(nèi),布置了3個(gè)短壁矸石充填回采工作面。每個(gè)短充面采長(zhǎng)65 m,可采走向長(zhǎng)340~390 m,如圖1所示。

    圖1 短充工作面布置(單位:mm)

    3個(gè)工作面總工程量2 067 m,可采儲(chǔ)量20萬(wàn)噸,完全可以消化巖巷掘進(jìn)的矸石量。

    2.2 短充面通風(fēng)路線

    短充工作面通風(fēng)路線:新鮮風(fēng)流—輔運(yùn)大巷—短充工作面運(yùn)煤巷、短充工作面運(yùn)矸巷—工作面—充填工作面專(zhuān)用回風(fēng)巷—回風(fēng)大巷,如圖2所示。

    圖2 短充面通風(fēng)路線

    2.3 固體充填工作面設(shè)備及布置

    固體充填工作面需要增加的主要設(shè)備有固體充填支架、底卸充填刮板機(jī)、端頭支架、端尾支架、留巷支架、矸石轉(zhuǎn)載機(jī)等,設(shè)備清單與型號(hào)見(jiàn)表1,工作面系統(tǒng)與設(shè)備布置如圖3所示。

    表1 充填工作面設(shè)備清單

    圖3 充填工作面布置(單位:mm)

    2.4 矸石運(yùn)輸路線

    矸石運(yùn)輸路線:矸石由9號(hào)煤北回風(fēng)大巷(北)矸石膠帶—輔運(yùn)大巷膠帶—巷道口水平矸倉(cāng)—耙?guī)r機(jī)—刮板輸送機(jī)—破碎機(jī)—充填工作面輔助進(jìn)風(fēng)運(yùn)矸膠帶—自移式轉(zhuǎn)載輸送機(jī)—充填支架后部底卸溜—采空區(qū),如圖4所示。

    圖4 矸石運(yùn)輸路線

    2.5 矸石濾水與儲(chǔ)運(yùn)

    掘進(jìn)矸石含水率約20%~30%[1],進(jìn)入工作面充填之前必須采取充分的濾水措施,在北回風(fēng)大巷與輔運(yùn)大巷交叉處附近施工兩個(gè)濾水池,經(jīng)兩次沉淀、濾水后,轉(zhuǎn)運(yùn)至輔助進(jìn)風(fēng)巷水平矸倉(cāng)。通過(guò)耙?guī)r機(jī)和溜子將矸石裝載至破碎機(jī),對(duì)大塊矸石破碎后由巷道運(yùn)矸膠帶和自移式矸石轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載至充填支架后部底卸溜。水平倉(cāng)的設(shè)計(jì)目的是緩沖矸石,而非儲(chǔ)存矸石,因掘進(jìn)產(chǎn)生的矸石顆粒小、水分大、易凝結(jié),因此水平倉(cāng)不宜大量?jī)?chǔ)存矸石,當(dāng)充填工作面停止充填作業(yè)時(shí)(檢修班或設(shè)備故障),應(yīng)每隔2 h通過(guò)耙?guī)r機(jī)翻動(dòng)水平倉(cāng)內(nèi)余留的矸石,防止矸石靜置凝結(jié)。如圖5和圖6所示。

    圖5 矸石儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

    3 固體充填開(kāi)采采煤-充填工藝

    該面采用后退式采煤法,用矸石充填配合架前掛網(wǎng)控制采空區(qū)頂板。

    圖6 矸石儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

    采煤機(jī)進(jìn)刀方式:采煤機(jī)采用中間斜切進(jìn)刀的方式,進(jìn)刀尺度為630 mm.

    1) 采煤機(jī)自輸送機(jī)中部彎曲段下行切入煤壁后,并推移上部輸送機(jī),采煤機(jī)下行正常割煤、裝煤、移架、割透煤壁,然后向上割至運(yùn)料巷并頂過(guò)機(jī)尾回到中部后完成一個(gè)循環(huán)[2]。

    2) 采煤機(jī)上行割至運(yùn)料巷,并割透三角煤,空機(jī)返回,然后中部斜切進(jìn)刀,往返穿梭割煤。由于該工作面較短,工作面雙向割煤[3]。

    3) 采煤工藝順序:架前掛頂網(wǎng)—利用護(hù)幫板將頂網(wǎng)收回—雙滾筒采煤機(jī)割煤—打開(kāi)護(hù)幫板護(hù)幫并將頂網(wǎng)打到頂板護(hù)頂—刮板輸送機(jī)運(yùn)煤—液壓支架支護(hù)頂板—推移刮板輸送機(jī)。

    4) 運(yùn)矸方式:工作面使用吊掛式填矸輸送機(jī)運(yùn)輸矸石到待填充區(qū)域。

    5) 落煤方式:采用交流電牽引采煤機(jī)雙向穿梭采煤,前滾筒割頂煤,后滾筒割底煤,滾筒自旋使其截齒將煤破碎,截深630 mm.

    6) 裝煤方式:利用機(jī)組滾筒螺旋葉片和運(yùn)輸機(jī)鏟煤板將煤自行裝入運(yùn)輸機(jī)。

    7) 充填施工工藝:機(jī)尾拉移支架—矸石轉(zhuǎn)載膠帶與后運(yùn)輸機(jī)搭接—由機(jī)尾向機(jī)頭依次充矸—依次搗實(shí)—端頭充矸搗實(shí)。

    充矸搗實(shí)過(guò)程:本架漏矸—本架漏料口關(guān)閉—本架搗實(shí)—鄰架漏矸、搗實(shí),重復(fù)3~5次,直至采空區(qū)充填物料充分接頂并充搗壓實(shí)。

    設(shè)計(jì)采用“邊采邊充”,即矸石充填作業(yè)緊隨采煤作業(yè)進(jìn)行,割煤機(jī)割煤后調(diào)整充填支架后部充填刮板輸送機(jī),依次開(kāi)動(dòng)工作面充填刮板輸送機(jī)、矸石轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)矸膠帶輸送機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備,進(jìn)行采空區(qū)充填[4],如圖7所示,充填工作主要靠充填刮板輸送機(jī)和推壓機(jī)構(gòu)共同完成。

    圖7 固體充填作業(yè)流程

    由膠帶輸送機(jī)、矸石轉(zhuǎn)載機(jī)將矸石運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載至工作面充填支架后部底卸式刮板輸送機(jī)上,通過(guò)刮板輸送機(jī)卸料孔將矸石充填入采空區(qū)內(nèi),然后利用推壓裝置將矸石材料推實(shí)[5],如圖8所示。

    圖8 固體充填面落料、推實(shí)工藝

    為提高充填效率和充填效果,采取成組移架、交替落料、同步推實(shí)的工序,具體如下:

    1) 成組移架:每班按照正規(guī)循環(huán)割煤,每3架為一組,割煤后將第1組充填支架向前推移1個(gè)步距,開(kāi)始充填作業(yè),每組支架同步動(dòng)作,提高充填效率和充填效果,正規(guī)循環(huán)作業(yè)啟動(dòng)后,端部進(jìn)刀不影響后部充填,采充可平行作業(yè)。

    2) 交替落料:從充填輸送機(jī)機(jī)尾向機(jī)頭方向依次充填,即先打開(kāi)第1組充填支架底卸刮板機(jī)機(jī)尾的卸料孔,對(duì)該段架后采空區(qū)充填,待第1組卸料孔對(duì)應(yīng)的架后區(qū)域矸石充填至1/3高度時(shí)關(guān)閉卸料孔,打開(kāi)第2組卸料孔進(jìn)行落料,沿工作面向機(jī)頭方向交替落料,保持落料的連續(xù)性。

    3) 同步推實(shí):第1組支架卸料孔關(guān)閉后,啟動(dòng)推實(shí)機(jī)構(gòu)推壓矸石,該組進(jìn)行推實(shí)作業(yè)時(shí)不影響下組支架的落料,保證推實(shí)與落料同步進(jìn)行,每組支架循環(huán)3次落料、推實(shí)動(dòng)作,按照該工序依次作業(yè)完成1個(gè)循環(huán)。

    4 結(jié) 語(yǔ)

    1) 在擬充填開(kāi)采區(qū)域,設(shè)計(jì)了3個(gè)短臂矸石充填工作面的巷道,即這3個(gè)相鄰工作面采用沿空留巷方式,共用巷道布置。

    2) 設(shè)計(jì)了矸石充填工作面的通風(fēng)線路、充填原料(矸石)的運(yùn)輸線路及矸石的濾水和儲(chǔ)存方式。

    3) 對(duì)工作面進(jìn)行了設(shè)備選型和設(shè)備布置,并對(duì)工作面的采煤充填工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

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