煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现
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邢东矿井在邢台市三环以内 , 且地面均为基本 农田 , 从环保型企业的发展趋势及邢东矿井的实际 情况出发 , 开始研究实施井下排放矸石 。但到目前 为止 , 国内外井下矸石充填工程还没有成功的经验 可以借鉴 。我们把工业广场和先于村保护煤柱范围 作为矸石充填试验区域 , 该区域位于 - 760m 大巷 东侧 , 南邻主副暗斜井 , 北邻 F21 断层 , 东面是邢 东矿井深部采区 。南北平均长 455m , 东西平均宽 680m , 面积 301 94 万 m2 。该区域煤层走向 N W29° ～N E2°, 倾 向 N E , 2 # 煤 层 厚 度 31 62 ～ 31 95m , 平均 31 85m , 倾 角 10°, 煤 层 赋 存 深 度 842 ～ 975m 。构造简单 , 煤层赋存稳定 。
在巨大的社会效益的同时 , 用矸石置换出永久 煤柱的煤炭资源 , 为建下开采开辟了一个新途径 , 这不仅为煤炭企业带来新的利润增长点 , 也为煤炭 资源的充分开发提供了一个新的技术支持 。
(责任编辑 王雅琴)
(上接第 32 页) 把企业的成本划分为固定和变动 两部分 。但是我们在对这些费用进行划分时 , 既要 考虑固定因素 , 也要考虑可变因素 。对某一产品成 本的核算基础 , 应依据相关范围而定 , 不能对某一 产品成本一经确定就永不改变 。比如 , 员工工资在 某些生产环节是固定成本 , 但在另一阶段却又是变 动成本 。
根据前述分析结果 , 潜在空间的存在 , 是导致 覆岩移动的直接原因 。也是本次微机模拟 、评价地
表移 动 变 形 的 实 际 依 据 。地 表 沉 陷 预 计 采 用
图 2 充填率与巷道倾角关系
PA SSM 系统 。在充填率 561 2 %的情况下 , 预计极 大移动变形值 , 见表 2 。从表 2 中可以看出 , 变形 都在 Ⅰ级之内 , 在邢东矿井的实际充填中远远超过 561 2 % , 即变形大大小于表 2 数据 。
中国煤炭第 31 卷第 8 期 2005 年 8 月
实 , 待巷道掘进达一定 (数量) 程度时 , 沿空送巷 所留窄小煤皮在完全屈服状态下 , 所充填的矸石在 顶板压力作用下呈一种垂向压缩密实状态 。根据各 矿区覆岩 、地表观测站实测资料 , 以及有关老空区 上方钻孔岩芯资料 , 并结合破裂岩体碎涨 - 密实规 律 (参考《矿山开采沉陷工程》) 综合分析 , 充填 矸石的密实度ψ与延续时间 T 过程具有下列关系 :
37
的粉末 , 由注浆系统加压注入充填矸石上部空隙 。
图 3 矸石充填系统工艺流程示意图
通过综合比较 , 采用 2 种方法相结合的方式 , 取得较好的充填效果 。 3 矸石充填系统经济效益 31 1 矸石山排矸系统经济分析
建矸石山排矸系统需投入设备费 、占地费共 970 万元 , 使用期限 20 年 , 每年折旧及其他消耗 481 5 万元 , 人工费及电耗费每年 361 3 万元 , 设备 维修消耗费用 91 4 万元/ 年 , 井下运输及副井提升 费用 81 04 万元/ 年 , 则使用建矸石山排矸系统每年 需投入 1021 3 万元 。 31 2 矸石充填工程排矸系统经济效益
从图 2 可以看出 , 在近似水平巷道的俯斜充填率约 为 92 %～94 % , 俯斜 13°的巷道充填率约为 98 %。 总体而言 , 在缓倾斜煤层中 , 充填率与俯斜巷道倾 角有一定关系 , 但关系不大 , 因为前述观测分析 中 , 巷道充填后的剩余空间仅有 61 0 %左右 。 11 31 4 充填方式对充填率的影响
(2) 矸石充填工程固定投入 。岩巷工程每米材 料费 3400 元 , 上部车场岩巷工程共需资金 : 288 × 3400 = 971 9 万元 , 轨道投入费用 35 万元 , 施工矸 石仓费用 40 万元 (包括材料费 、人工费以及其他 费用) , 设备费用 1421 9 万元 , 设备安装费用 10 万 元 , 其他费用 10 万元 。则首期矸石充填工程一次 性固定投入共计 3351 8 万元 。
(2) 以 “目标成本”为起点和核心 , 深入挖潜 增效 。在对企业成本进行目标管理时 , 首先要把成 本管理的每一项目深入明晰地落实到每一个具体作 业环节上 ; 其次 , 对每一生产环节的标准成本制订 应具有科学性和可行性 。
(3) 全方位进行成本控制。应充分运用量本利
38
分析法、投资决策分析的回收期法等管理会计方法 , 认真推行责任会计制度 , 将企业成本控制与责任部 门有效结合起来 , 从而达到提高经济效益的目的。
巷道中采出的是实体煤 , 充填的矸石是松散 的 , 如何把松散的矸石充满整个巷道 、怎样提高密 实度与选择充填方式密切相关 , 在研究中采取了如 下措施 : (1) 充填巷道尽可能布置成下山俯填 , 为 了防止巷道变形 , 应坚 持快速 掘进 、快速 充填 ; (2) 充填时尽量采取充满充实的措施 , 采用高压注 浆泵实施巷道注浆 , 以提高充实度 , 尽量减少地表 移动变形影响 ; (3) 为避免相邻巷道掘进顶板应力 过分集中 , 扰动已有巷道产生过量变形 , 影响实际 充填效果 , 实际掘进时应选择合理的巷道布局和掘 进 、充填顺序 ; (4) 加强管理 , 加强巷道形变 、充 填密实度 、矿压及地面观测 , 当开掘 5～8 条巷道 后 , 建立地面观测站 , 实施动态 、长期观测 。 11 4 地表影响分析
参考文献
1 吴大军等 1 管理会计 1 东北财经大学出版社 , 2004
年
2 苏伟伦 1 财务主管绩效管理 1 中国纺织出版社 ,
2004 年
3 财务管理等 1 全国会计专业技术资格考试用书
关键词 井下巷道 矸石充填 经济效益
1 井下矸石处理技术的研究
11 1 邢东矿井概况 邢东矿井的地层赋存情况具有第四系冲积层
厚 、埋藏深的特点 , 2 # 主采煤层埋深一般为 - 650 ～ - 1250m ; 上部覆盖的第四系冲积层较厚 , 210 ～320m , 基岩厚度为 440～930m 。矿井主采煤层 为 2 # 煤 , 老顶属二级顶 , 其来压明显 , 直接顶顶 板岩石为浅灰砂岩 , f = 4 ～ 6 , 中等稳定 , 属 Ⅱ 级 。由于开采深度大 , 地压大 , 顶板易冒落 。矿井 矸石主要为细砂岩 , 砂岩密度为 21 5t/ m3 , 矸石密 度为 11 56t/ m3 , 矸石松散系数 11 6 , 井上手选矸石 块度一般为 300～100mm ; 井下开拓矸石块度最大 400mm , 一般为 150mm , 约含 20 %矸泥 。
(3) 矸石处理费用的计算 。根据邢东矿井计划 安排 , 每年的岩巷工程约 1km , 矸石量为 41 02 万 t , 每吨排矸费用包括设备年折旧费 、电费 、人工 费等 为 141 33 元/ t 。每 年 的 排 矸 费 用 为 41 02 × 141 33 万元 = 571 6 万元 。 31 3 经济效益分析
巷道充填剩余空间是普遍存在的 , 它与巷道倾 角 、充填工艺有关 。邢东矿井规划区内煤层倾角 61 5～13°, 平均 10°。充填巷道沿伪俯斜布置 , 一 般 3～8°。经过观测在变形的巷道中 , 矸石充填率 可达到 93 %左右 , 也就是说 , 在变形的巷道中有 约 7 %的空间属于充填剩余空间 , 它在设计巷道断 面中约占 61 0 %左右 。 11 31 2 矸石密实度
矸石充填工程每年增加利税 15941 7 万元 (已 将工程固定投入及每年排矸费用摊入吨煤成本) , 比填埋方式排矸系统每年支出 761 4 万元 , 多创利 税 15181 3 万元 (15941 7 - 761 4 = 15181 3) , 比建矸 石山 排 矸 系 统 每 年 支 出 1021 3 万 元 多 创 利 税 14921 4 万元 (15941 7 - 1041 3 = 14921 4) 。
ψ = A - B ×ln ( T ) 从式中可见 , 矸石充填后前几年时间内密实较 快 , 到十余年后密实速度明显变缓慢 , 见图 1 。
图 1 充填矸石的密实度与时间延续关系
11 31 3 充填率与巷道倾角的关系 结合实际观测矸石充填后的堆积角 (安息角)
约为 36～41°, 经模拟 , 利用现有充填工艺 , 巷道 充填率与巷道倾角关系如图 2 所示 。
表 2 地表移动变形 I 级极大特征值
充填率/ % 561 2
W/ mm - 487
I/ mm ·m - 1
- 11 13
11 16
U/ mm
- 246
237
E/ mm ·m - 1
- 11 456
01 723
2 充填方法的研究
处理技术工艺流程的研究也就是充填方法的研 究是这项技术的关键 , 在对多种方案进行对比分析 后 , 确定了使用矸石充填输送机直接充填和高压泵 巷道注浆的充填方案 。 21 1 带式输送充填
W/ mm 1286
I/ mm ·m - 1 31 07 - 21 95
U/ mm 625 - 650
E/ mm ·m - 1 21 1 - 31 85
从模拟变形结果来看 , 采用不充填方案在建筑 物下实施巷式开采是不可行的 , 地表变形严重 , 地 面建筑物将会产生损坏 。 11 3 井下矸石充填的研究 11 31 1 巷道初始充填率
★科技创新 ———兖州煤业股份有限公司协办 ★
煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现
刘建功 赵庆彪 张文海 赵计生
(河北金牛能源股份有限公司 , 河北省邢台市 , 054000)
摘 要 结合了邢东矿井的试验情况介绍了井下巷道矸石充填技术 , 经过分析 、研究 , 进行了矸石充填工程的整体规划 、设计 、试验 , 并针对设备对不同地质条件巷道的适用情况 进行了改进 。
矸石的密实度与矸石岩性 、粒度 、含水率 、充 填处理方式及时间 、外部施压环境等有关 。邢东矿 井掘进矸石一般属于砂岩或砂质页岩 , 其初始碎胀 系数一般为 11 60～11 80 , 密实后残余碎胀系数为 11 10～11 15 。在本充填试验中 , 巷道的充填矸石粒 度一般为 20～150mm 。若矸石自然堆积和自然密
根据试验需要 , 掘进巷道设计尺寸为 41 5m × 31 5m , 断面 151 75m2 。
36
11 2 巷道不充填时地表影响分析 如果按照充填区内不进行充填 , 巷道之间留设
3m 宽煤柱的情况下 , 模拟地表移动变形结果达到 Ⅱ级变形 , 地表变形极大特征值见表 1 。
表 1 地表移动 II 级变形极大特征值
矸石充填输送机抛矸胶带完成充填后 , 再对巷 道充填矸石的空隙采用注浆法加以充填密实 , 使巷 道的充填率达到 100 % , 使充填体内潜在空间尽可 能减小 。矸石管道输送及巷道充填注浆系统位于充 填巷迎头 , 矸石充填输送机的后面 , 矸石通过 650 带式输送机到达筛分设备后筛分出粒径小于 5mm
矸石矿车经推车机推入翻车机 , 翻车机翻矸到 破碎机 , 破碎机把矸石破碎成粒径小于 Leabharlann Baidu50mm 的 矸石存放到矸石仓 , 矸石仓下口安给料机 , 把矸放 到机尾驱动式 DSP - 1010/ 650 带式输送机上 , 650
煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现
带式输送机把矸石运到充填点 , 通过带式输送充填 到巷道内 。粒径小于 150mm 的矸石不存在窜仓问 题 , 同时考虑到大块矸石堵放矸漏斗的情况 , 因此 把破碎机置于矸石仓上部 , 见图 3 。 21 2 巷道注浆
(1) 煤巷及经济效益 。每年矸石充填巷掘进煤 量 = 巷道长度 ×宽度 ×高 ×容重 = 1800 m ×41 5m ×31 5m ×11 5t/ m3 = 42525t ;
新增产值 = 掘进煤量 ×平均售价 = 42525t ×490 元 / t = 20811 5 万元 ;
新增利税 = 掘进煤量 × (平均售价 - 平均成 本) = 42525t × (490 - 115) = 15941 7 万元 。
在巨大的社会效益的同时 , 用矸石置换出永久 煤柱的煤炭资源 , 为建下开采开辟了一个新途径 , 这不仅为煤炭企业带来新的利润增长点 , 也为煤炭 资源的充分开发提供了一个新的技术支持 。
(责任编辑 王雅琴)
(上接第 32 页) 把企业的成本划分为固定和变动 两部分 。但是我们在对这些费用进行划分时 , 既要 考虑固定因素 , 也要考虑可变因素 。对某一产品成 本的核算基础 , 应依据相关范围而定 , 不能对某一 产品成本一经确定就永不改变 。比如 , 员工工资在 某些生产环节是固定成本 , 但在另一阶段却又是变 动成本 。
根据前述分析结果 , 潜在空间的存在 , 是导致 覆岩移动的直接原因 。也是本次微机模拟 、评价地
表移 动 变 形 的 实 际 依 据 。地 表 沉 陷 预 计 采 用
图 2 充填率与巷道倾角关系
PA SSM 系统 。在充填率 561 2 %的情况下 , 预计极 大移动变形值 , 见表 2 。从表 2 中可以看出 , 变形 都在 Ⅰ级之内 , 在邢东矿井的实际充填中远远超过 561 2 % , 即变形大大小于表 2 数据 。
中国煤炭第 31 卷第 8 期 2005 年 8 月
实 , 待巷道掘进达一定 (数量) 程度时 , 沿空送巷 所留窄小煤皮在完全屈服状态下 , 所充填的矸石在 顶板压力作用下呈一种垂向压缩密实状态 。根据各 矿区覆岩 、地表观测站实测资料 , 以及有关老空区 上方钻孔岩芯资料 , 并结合破裂岩体碎涨 - 密实规 律 (参考《矿山开采沉陷工程》) 综合分析 , 充填 矸石的密实度ψ与延续时间 T 过程具有下列关系 :
37
的粉末 , 由注浆系统加压注入充填矸石上部空隙 。
图 3 矸石充填系统工艺流程示意图
通过综合比较 , 采用 2 种方法相结合的方式 , 取得较好的充填效果 。 3 矸石充填系统经济效益 31 1 矸石山排矸系统经济分析
建矸石山排矸系统需投入设备费 、占地费共 970 万元 , 使用期限 20 年 , 每年折旧及其他消耗 481 5 万元 , 人工费及电耗费每年 361 3 万元 , 设备 维修消耗费用 91 4 万元/ 年 , 井下运输及副井提升 费用 81 04 万元/ 年 , 则使用建矸石山排矸系统每年 需投入 1021 3 万元 。 31 2 矸石充填工程排矸系统经济效益
从图 2 可以看出 , 在近似水平巷道的俯斜充填率约 为 92 %～94 % , 俯斜 13°的巷道充填率约为 98 %。 总体而言 , 在缓倾斜煤层中 , 充填率与俯斜巷道倾 角有一定关系 , 但关系不大 , 因为前述观测分析 中 , 巷道充填后的剩余空间仅有 61 0 %左右 。 11 31 4 充填方式对充填率的影响
(2) 矸石充填工程固定投入 。岩巷工程每米材 料费 3400 元 , 上部车场岩巷工程共需资金 : 288 × 3400 = 971 9 万元 , 轨道投入费用 35 万元 , 施工矸 石仓费用 40 万元 (包括材料费 、人工费以及其他 费用) , 设备费用 1421 9 万元 , 设备安装费用 10 万 元 , 其他费用 10 万元 。则首期矸石充填工程一次 性固定投入共计 3351 8 万元 。
(2) 以 “目标成本”为起点和核心 , 深入挖潜 增效 。在对企业成本进行目标管理时 , 首先要把成 本管理的每一项目深入明晰地落实到每一个具体作 业环节上 ; 其次 , 对每一生产环节的标准成本制订 应具有科学性和可行性 。
(3) 全方位进行成本控制。应充分运用量本利
38
分析法、投资决策分析的回收期法等管理会计方法 , 认真推行责任会计制度 , 将企业成本控制与责任部 门有效结合起来 , 从而达到提高经济效益的目的。
巷道中采出的是实体煤 , 充填的矸石是松散 的 , 如何把松散的矸石充满整个巷道 、怎样提高密 实度与选择充填方式密切相关 , 在研究中采取了如 下措施 : (1) 充填巷道尽可能布置成下山俯填 , 为 了防止巷道变形 , 应坚 持快速 掘进 、快速 充填 ; (2) 充填时尽量采取充满充实的措施 , 采用高压注 浆泵实施巷道注浆 , 以提高充实度 , 尽量减少地表 移动变形影响 ; (3) 为避免相邻巷道掘进顶板应力 过分集中 , 扰动已有巷道产生过量变形 , 影响实际 充填效果 , 实际掘进时应选择合理的巷道布局和掘 进 、充填顺序 ; (4) 加强管理 , 加强巷道形变 、充 填密实度 、矿压及地面观测 , 当开掘 5～8 条巷道 后 , 建立地面观测站 , 实施动态 、长期观测 。 11 4 地表影响分析
参考文献
1 吴大军等 1 管理会计 1 东北财经大学出版社 , 2004
年
2 苏伟伦 1 财务主管绩效管理 1 中国纺织出版社 ,
2004 年
3 财务管理等 1 全国会计专业技术资格考试用书
关键词 井下巷道 矸石充填 经济效益
1 井下矸石处理技术的研究
11 1 邢东矿井概况 邢东矿井的地层赋存情况具有第四系冲积层
厚 、埋藏深的特点 , 2 # 主采煤层埋深一般为 - 650 ～ - 1250m ; 上部覆盖的第四系冲积层较厚 , 210 ～320m , 基岩厚度为 440～930m 。矿井主采煤层 为 2 # 煤 , 老顶属二级顶 , 其来压明显 , 直接顶顶 板岩石为浅灰砂岩 , f = 4 ～ 6 , 中等稳定 , 属 Ⅱ 级 。由于开采深度大 , 地压大 , 顶板易冒落 。矿井 矸石主要为细砂岩 , 砂岩密度为 21 5t/ m3 , 矸石密 度为 11 56t/ m3 , 矸石松散系数 11 6 , 井上手选矸石 块度一般为 300～100mm ; 井下开拓矸石块度最大 400mm , 一般为 150mm , 约含 20 %矸泥 。
(3) 矸石处理费用的计算 。根据邢东矿井计划 安排 , 每年的岩巷工程约 1km , 矸石量为 41 02 万 t , 每吨排矸费用包括设备年折旧费 、电费 、人工 费等 为 141 33 元/ t 。每 年 的 排 矸 费 用 为 41 02 × 141 33 万元 = 571 6 万元 。 31 3 经济效益分析
巷道充填剩余空间是普遍存在的 , 它与巷道倾 角 、充填工艺有关 。邢东矿井规划区内煤层倾角 61 5～13°, 平均 10°。充填巷道沿伪俯斜布置 , 一 般 3～8°。经过观测在变形的巷道中 , 矸石充填率 可达到 93 %左右 , 也就是说 , 在变形的巷道中有 约 7 %的空间属于充填剩余空间 , 它在设计巷道断 面中约占 61 0 %左右 。 11 31 2 矸石密实度
矸石充填工程每年增加利税 15941 7 万元 (已 将工程固定投入及每年排矸费用摊入吨煤成本) , 比填埋方式排矸系统每年支出 761 4 万元 , 多创利 税 15181 3 万元 (15941 7 - 761 4 = 15181 3) , 比建矸 石山 排 矸 系 统 每 年 支 出 1021 3 万 元 多 创 利 税 14921 4 万元 (15941 7 - 1041 3 = 14921 4) 。
ψ = A - B ×ln ( T ) 从式中可见 , 矸石充填后前几年时间内密实较 快 , 到十余年后密实速度明显变缓慢 , 见图 1 。
图 1 充填矸石的密实度与时间延续关系
11 31 3 充填率与巷道倾角的关系 结合实际观测矸石充填后的堆积角 (安息角)
约为 36～41°, 经模拟 , 利用现有充填工艺 , 巷道 充填率与巷道倾角关系如图 2 所示 。
表 2 地表移动变形 I 级极大特征值
充填率/ % 561 2
W/ mm - 487
I/ mm ·m - 1
- 11 13
11 16
U/ mm
- 246
237
E/ mm ·m - 1
- 11 456
01 723
2 充填方法的研究
处理技术工艺流程的研究也就是充填方法的研 究是这项技术的关键 , 在对多种方案进行对比分析 后 , 确定了使用矸石充填输送机直接充填和高压泵 巷道注浆的充填方案 。 21 1 带式输送充填
W/ mm 1286
I/ mm ·m - 1 31 07 - 21 95
U/ mm 625 - 650
E/ mm ·m - 1 21 1 - 31 85
从模拟变形结果来看 , 采用不充填方案在建筑 物下实施巷式开采是不可行的 , 地表变形严重 , 地 面建筑物将会产生损坏 。 11 3 井下矸石充填的研究 11 31 1 巷道初始充填率
★科技创新 ———兖州煤业股份有限公司协办 ★
煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现
刘建功 赵庆彪 张文海 赵计生
(河北金牛能源股份有限公司 , 河北省邢台市 , 054000)
摘 要 结合了邢东矿井的试验情况介绍了井下巷道矸石充填技术 , 经过分析 、研究 , 进行了矸石充填工程的整体规划 、设计 、试验 , 并针对设备对不同地质条件巷道的适用情况 进行了改进 。
矸石的密实度与矸石岩性 、粒度 、含水率 、充 填处理方式及时间 、外部施压环境等有关 。邢东矿 井掘进矸石一般属于砂岩或砂质页岩 , 其初始碎胀 系数一般为 11 60～11 80 , 密实后残余碎胀系数为 11 10～11 15 。在本充填试验中 , 巷道的充填矸石粒 度一般为 20～150mm 。若矸石自然堆积和自然密
根据试验需要 , 掘进巷道设计尺寸为 41 5m × 31 5m , 断面 151 75m2 。
36
11 2 巷道不充填时地表影响分析 如果按照充填区内不进行充填 , 巷道之间留设
3m 宽煤柱的情况下 , 模拟地表移动变形结果达到 Ⅱ级变形 , 地表变形极大特征值见表 1 。
表 1 地表移动 II 级变形极大特征值
矸石充填输送机抛矸胶带完成充填后 , 再对巷 道充填矸石的空隙采用注浆法加以充填密实 , 使巷 道的充填率达到 100 % , 使充填体内潜在空间尽可 能减小 。矸石管道输送及巷道充填注浆系统位于充 填巷迎头 , 矸石充填输送机的后面 , 矸石通过 650 带式输送机到达筛分设备后筛分出粒径小于 5mm
矸石矿车经推车机推入翻车机 , 翻车机翻矸到 破碎机 , 破碎机把矸石破碎成粒径小于 Leabharlann Baidu50mm 的 矸石存放到矸石仓 , 矸石仓下口安给料机 , 把矸放 到机尾驱动式 DSP - 1010/ 650 带式输送机上 , 650
煤矿井下巷道矸石充填技术研究与实现
带式输送机把矸石运到充填点 , 通过带式输送充填 到巷道内 。粒径小于 150mm 的矸石不存在窜仓问 题 , 同时考虑到大块矸石堵放矸漏斗的情况 , 因此 把破碎机置于矸石仓上部 , 见图 3 。 21 2 巷道注浆
(1) 煤巷及经济效益 。每年矸石充填巷掘进煤 量 = 巷道长度 ×宽度 ×高 ×容重 = 1800 m ×41 5m ×31 5m ×11 5t/ m3 = 42525t ;
新增产值 = 掘进煤量 ×平均售价 = 42525t ×490 元 / t = 20811 5 万元 ;
新增利税 = 掘进煤量 × (平均售价 - 平均成 本) = 42525t × (490 - 115) = 15941 7 万元 。