薄煤层煤矸石充填研究及应用
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩石段自燃矸 石 暂 时 不 能 加 工 利 用 的 ，可 以 充 填
* 收稿日期：2012 － 12 － 10 作者简介：张传武（ 1960 － ） ，男，大学学历，任兖州煤业股份有限
公司北宿煤矿矿长，从事煤 矿 工 作 30 余年，1989 年、1992 年、1997 年被评为山东煤炭系统劳模； 1989 年获山东省劳模称号； 2007 年荣 登“感动中国的矿工”十大杰出人物榜。
关键词 煤矸石 利用 充填 中图分类号 TD823． 7 + 3 文献标识码 B
doi： 10． 3969 / j． issn． 1005 － 2801． 2012． 06． 1
1 矸石山对环境影响分析
（ 1） 矸石山堆存在地面，占用土地资源，破坏了原 有的地表植被，破坏了区域的景观。
（ 2） 矸石在运输、堆放过程中，粉尘中含有对人体 有害的元素，导致气管、肺部等方面的疾病。
（ 3） 矸石山多为自然堆积而成，坡度较大，易发生 崩塌、滑坡。
（ 4） 矸石山平地起堆对周边景观影响较大，降低 了空气的清洁度和光照度。
（ 5） 煤矸石中含有残煤等可燃物，堆积在矸石里 的黄铁矿（ FeS2 ） 在矸石山上氧化发热，引起自燃。
2 我国煤矸石利用现状
2． 1 煤矸石发电 含煤矸石的燃料应用基低位发热量小于12． 55MJ /
kg 时作为煤矸石利用。发热量大于 7． 5MJ / kg 的煤矸 石直接作循环流化床锅炉燃料，发热量低于 7． 51MJ / kg 的煤矸石掺加煤泥、洗中煤后用于煤矸石发电厂， 其灰渣生产建材。 2． 2 提取化工产品
含有矿物元素并具有一定深加工价值的煤矸石． 来源于选煤矸和井巷位于特定地质层位的掘进矸。可 利用 的 矿 物 元 素 主 要 是 SiO2 、AL2 O3 、Fe2 O3 、FeS2 和 Mn、P、K 等。AL2 O3 ＞ 35% 的高铝媒矸石可用来制炼 钢高效脱氧剂硅铅铁台金、制取多用途的氢氧化铝、碱 式氧化铝净水刺、制造硫酸铝和钕明矾的烧结料等。 2． 3 煤矸石回填矿井采空区
2012 年第 6 期
Biblioteka Baidu
1
·技术经验实践应用·
薄煤层煤矸石充填研究及应用
张传武
（ 兖州煤业股份有限公司北宿煤矿，山东 济宁 273516）
摘 要 北宿煤矿针对矸石山现状，结合现有技术，采用泵送矸石充填采空区技术进行村下采煤，用矸石置换煤，避免矸石提升到地面集中堆
放，既减少了运输环节又解决了环境污染问题。
2
2012 年第 6 期
十八采区上部车场矸石仓距离 C1661 采煤工作面 最远距离为： 912m，加上工作面长度 120m，总线路长度 为 1032m。
（ 2） 充填泵站及各系统的布局设计 充填泵理论输送的水平长度为 1300m。选择十六 采区作为首充面。十八采区上部车场矸石仓距离首充 面开切眼最近 408m，距离工作面停采线最远 1032m， 工作面推近距离为 504m，因此将充填泵站设在开切眼 附近，泵的最远输送距离只有 624m，采完工作面最多 移一次泵，并 可 以 采 取 措 施 争 取 不 移 充 填 泵，一 次 采 完。破碎后的矸石通过皮带运输到充填泵站。 （ 3） 粉煤灰的添加与运输 ①在搅拌站附近巷道中设粉煤灰站存储一定量的 粉煤灰，由小皮带往搅拌机供料，人工控制粉煤灰的添 加量。 ②设粉煤灰仓，与矸石仓并排布置，容量 80t。 充填步 距 为 3． 0m，按 工 作 面 面 长 度 120m，采 高 0． 95m 计算，则每次充填的材料为 342m3 ，根据配比设 计，每次充填大约需粉煤灰 40 ～ 50t，粉煤灰的运输可 采用轨道直接 运 输 到 粉 煤 灰 存 储 站 ，也 可 以 利 用 矸 石 皮带运输，但粉煤灰应小包装。 3． 3 充填工艺设计 3． 3． 1 充填工艺流程（ 图 1）
图 1 充填工艺流程图
3． 3． 2 充填工序
（ 1） 掘进工作面产生的矸石装入 1t 矿车，经各采
区上、下山、采区 车 场 大 巷 运 至 西 大 巷 翻 车 硐 室，翻 入
小矸石仓经刮板输送机进入碎石机粉碎后装入碎石仓
缓冲，充填时仓下皮带运矸至充填泵，配合高强充填管
路向工作面采空区充填。
（ 2） 工作面顶板支护采用液压支架、单体支柱配
塌陷区或埋填造地。
3 煤矿矸石利用研究及应用
为减少矸石山治理费用，延长矿井开采寿命，北宿 煤矿进行了薄煤层泵送矸石充填研究。 3． 1 矸石充填料配比设计 3． 1． 1 原材料分析
（ 1） 煤矸石 北宿煤矿开采薄煤层，掘进率高，矸石的主要来源 为施工回采巷道半煤岩分打分装及部分准备巷道。根 据泵送要求，矸石粒度必须小于 30mm，因此，煤矸石须 经过二级以上破碎才能达到粒度要求。 （ 2） 粉煤灰 北宿煤矿周边有多个发电厂，粉煤灰来源充足，粉 煤灰的加入，使 不 同 粒 径 级 配 的 煤 矸 石 密 实 、滑 润，容 易流动，形成可以泵送的高流态矸石充填料。 3． 1． 2 矸石充填料配合比设计 （ 1） 技术特性和要求 矸石充填料浓度下限设计必须满足在管输过程中 具有抵抗分层和抵抗离析的能力，2h 内在密封管输过 程中不沉淀、不 分 层、不 离 析、不 凝 结。 矸 石 充 填 料 粘 度设计必须满 足 矸 石 充 填 料 在 管 输 过 程 中，矸 石 充 填 料断面结构 有 抵 抗 错 位 的 能 力。过 弯 管 和 锥 管 时，矸 石充填料形状随之变化，内部结构基本不变。 （ 2） 配合比选择 煤矸石经碎 石 机 破 碎 后，经 筛 板 使 粗 细 颗 粒 满 足 泵送条件，未 达 到 要 求 的 进 入 碎 石 机 二 次 破 碎。 煤 矸 石粒径上限为 30mm，10mm 以下中细骨料占总骨料级 配的 70% ，且粒径小于 0． 1mm 的细粉状煤矸石比例大 于 20% ，10 ～ 30mm 占总骨料级配的 30% 是可泵送性 最好。根据经验，在不加减水剂的情况下，矸石充填料 泵送的水： 粉煤灰须达到 1： 1 以上。为了增加充填材 料的流动性使之容易泵送，可适当添加泵送剂。 3． 2 充填系统设计 （ 1） 充填面位置
* 收稿日期：2012 － 12 － 10 作者简介：张传武（ 1960 － ） ，男，大学学历，任兖州煤业股份有限
公司北宿煤矿矿长，从事煤 矿 工 作 30 余年，1989 年、1992 年、1997 年被评为山东煤炭系统劳模； 1989 年获山东省劳模称号； 2007 年荣 登“感动中国的矿工”十大杰出人物榜。
关键词 煤矸石 利用 充填 中图分类号 TD823． 7 + 3 文献标识码 B
doi： 10． 3969 / j． issn． 1005 － 2801． 2012． 06． 1
1 矸石山对环境影响分析
（ 1） 矸石山堆存在地面，占用土地资源，破坏了原 有的地表植被，破坏了区域的景观。
（ 2） 矸石在运输、堆放过程中，粉尘中含有对人体 有害的元素，导致气管、肺部等方面的疾病。
（ 3） 矸石山多为自然堆积而成，坡度较大，易发生 崩塌、滑坡。
（ 4） 矸石山平地起堆对周边景观影响较大，降低 了空气的清洁度和光照度。
（ 5） 煤矸石中含有残煤等可燃物，堆积在矸石里 的黄铁矿（ FeS2 ） 在矸石山上氧化发热，引起自燃。
2 我国煤矸石利用现状
2． 1 煤矸石发电 含煤矸石的燃料应用基低位发热量小于12． 55MJ /
kg 时作为煤矸石利用。发热量大于 7． 5MJ / kg 的煤矸 石直接作循环流化床锅炉燃料，发热量低于 7． 51MJ / kg 的煤矸石掺加煤泥、洗中煤后用于煤矸石发电厂， 其灰渣生产建材。 2． 2 提取化工产品
含有矿物元素并具有一定深加工价值的煤矸石． 来源于选煤矸和井巷位于特定地质层位的掘进矸。可 利用 的 矿 物 元 素 主 要 是 SiO2 、AL2 O3 、Fe2 O3 、FeS2 和 Mn、P、K 等。AL2 O3 ＞ 35% 的高铝媒矸石可用来制炼 钢高效脱氧剂硅铅铁台金、制取多用途的氢氧化铝、碱 式氧化铝净水刺、制造硫酸铝和钕明矾的烧结料等。 2． 3 煤矸石回填矿井采空区
2012 年第 6 期
Biblioteka Baidu
1
·技术经验实践应用·
薄煤层煤矸石充填研究及应用
张传武
（ 兖州煤业股份有限公司北宿煤矿，山东 济宁 273516）
摘 要 北宿煤矿针对矸石山现状，结合现有技术，采用泵送矸石充填采空区技术进行村下采煤，用矸石置换煤，避免矸石提升到地面集中堆
放，既减少了运输环节又解决了环境污染问题。
2
2012 年第 6 期
十八采区上部车场矸石仓距离 C1661 采煤工作面 最远距离为： 912m，加上工作面长度 120m，总线路长度 为 1032m。
（ 2） 充填泵站及各系统的布局设计 充填泵理论输送的水平长度为 1300m。选择十六 采区作为首充面。十八采区上部车场矸石仓距离首充 面开切眼最近 408m，距离工作面停采线最远 1032m， 工作面推近距离为 504m，因此将充填泵站设在开切眼 附近，泵的最远输送距离只有 624m，采完工作面最多 移一次泵，并 可 以 采 取 措 施 争 取 不 移 充 填 泵，一 次 采 完。破碎后的矸石通过皮带运输到充填泵站。 （ 3） 粉煤灰的添加与运输 ①在搅拌站附近巷道中设粉煤灰站存储一定量的 粉煤灰，由小皮带往搅拌机供料，人工控制粉煤灰的添 加量。 ②设粉煤灰仓，与矸石仓并排布置，容量 80t。 充填步 距 为 3． 0m，按 工 作 面 面 长 度 120m，采 高 0． 95m 计算，则每次充填的材料为 342m3 ，根据配比设 计，每次充填大约需粉煤灰 40 ～ 50t，粉煤灰的运输可 采用轨道直接 运 输 到 粉 煤 灰 存 储 站 ，也 可 以 利 用 矸 石 皮带运输，但粉煤灰应小包装。 3． 3 充填工艺设计 3． 3． 1 充填工艺流程（ 图 1）
图 1 充填工艺流程图
3． 3． 2 充填工序
（ 1） 掘进工作面产生的矸石装入 1t 矿车，经各采
区上、下山、采区 车 场 大 巷 运 至 西 大 巷 翻 车 硐 室，翻 入
小矸石仓经刮板输送机进入碎石机粉碎后装入碎石仓
缓冲，充填时仓下皮带运矸至充填泵，配合高强充填管
路向工作面采空区充填。
（ 2） 工作面顶板支护采用液压支架、单体支柱配
塌陷区或埋填造地。
3 煤矿矸石利用研究及应用
为减少矸石山治理费用，延长矿井开采寿命，北宿 煤矿进行了薄煤层泵送矸石充填研究。 3． 1 矸石充填料配比设计 3． 1． 1 原材料分析
（ 1） 煤矸石 北宿煤矿开采薄煤层，掘进率高，矸石的主要来源 为施工回采巷道半煤岩分打分装及部分准备巷道。根 据泵送要求，矸石粒度必须小于 30mm，因此，煤矸石须 经过二级以上破碎才能达到粒度要求。 （ 2） 粉煤灰 北宿煤矿周边有多个发电厂，粉煤灰来源充足，粉 煤灰的加入，使 不 同 粒 径 级 配 的 煤 矸 石 密 实 、滑 润，容 易流动，形成可以泵送的高流态矸石充填料。 3． 1． 2 矸石充填料配合比设计 （ 1） 技术特性和要求 矸石充填料浓度下限设计必须满足在管输过程中 具有抵抗分层和抵抗离析的能力，2h 内在密封管输过 程中不沉淀、不 分 层、不 离 析、不 凝 结。 矸 石 充 填 料 粘 度设计必须满 足 矸 石 充 填 料 在 管 输 过 程 中，矸 石 充 填 料断面结构 有 抵 抗 错 位 的 能 力。过 弯 管 和 锥 管 时，矸 石充填料形状随之变化，内部结构基本不变。 （ 2） 配合比选择 煤矸石经碎 石 机 破 碎 后，经 筛 板 使 粗 细 颗 粒 满 足 泵送条件，未 达 到 要 求 的 进 入 碎 石 机 二 次 破 碎。 煤 矸 石粒径上限为 30mm，10mm 以下中细骨料占总骨料级 配的 70% ，且粒径小于 0． 1mm 的细粉状煤矸石比例大 于 20% ，10 ～ 30mm 占总骨料级配的 30% 是可泵送性 最好。根据经验，在不加减水剂的情况下，矸石充填料 泵送的水： 粉煤灰须达到 1： 1 以上。为了增加充填材 料的流动性使之容易泵送，可适当添加泵送剂。 3． 2 充填系统设计 （ 1） 充填面位置