平煤十二矿矸石充填综采投料系统设计

收稿日期：2012－07－01

作者简介：王广杰（1974—），男，河南襄城人，助理工程师，2009年毕业于中国矿业大学，现从事煤矿生产技术工作。

平煤十二矿矸石充填综采投料系统设计

王广杰

(平煤股份十二矿，河南平顶山467000)

摘要：为解放“三下”压煤，提高矿井资源采出率，延长矿井服务年限，平煤股份十二矿应用了矸石充填综合机械化开采技术。通过对矸石充填开采运输系统的分析，

结合矿井实际，设计了与矸石充填技术相配套的投料系统，解决了矸石运输中的各种问题，满足了工作面充填开采的需求。关键词：充填开采；矸石；投料井；运输系统中图分类号：TD823．7

文献标志码：B

文章编号：1003－0506（2012）11－0027－02

截至2011年底，平煤十二矿储量约2894万t ，

其中建筑物下压煤总量约为1200万t ，其他储量大部分为深部资源，埋深达1100m ，防治瓦斯突出任

务艰巨。为延长矿井服务年限，

缓解生产接替紧张局面，实现矿井可持续发展，十二矿在集团公司支持

下，经过外出实地考察和充分论证，决定在该矿工业场地和村庄保护煤柱下实施矸石充填综合机械化开

采技术。矸石充填综合机械化开采技术［1］

是指利用矸石置换建筑物下、

水体下、铁路下所压煤炭，其充填开采工艺为综合机械化充填开采。如何把地表的矸石安全高效地运输至井下工作面是实现矸石充填长壁综合机械化采煤技术的关键，因此，必须科学设计矸石从地表至井下的运输系统，以满足井下充填开采工作面的需要。

1投料系统概述

投料系统的设计思想是将地表矸石山矸石破碎后，

经胶带输送机运输至地面充填控制室，通过从地面垂直向下开掘的投料通道运输至井下，再用运矸胶带输送机将矸石运输至充填工作面。其工艺流程如图1所示

。

图1投料系统工艺流程

根据现场情况及总体设计要求，平煤十二矿设

计采用投料系统如图2所示

。

图2投料系统示意

2

矸石地面运输系统设计

十二矿矸石山的矸石来源主要为洗选矸石和掘

进矸石，

其中掘进矸石粒度较大，如直接投放进投料孔，容易造成投料井堵塞。因此，在地面运输系统里

增添破碎环节，

对粒径较大的矸石进行破碎。针对运输系统的性能要求，基于简单、高效、低故障率的原则，设计的地面运输系统如图2所示。

地面运输系统主要由推土机、刮板输送机、破碎

机、带式输送机、投料系统控制台等组成。设备选型原则：矸石系统输送能力应大于采煤工作面充填的最大能力；由于设备安装在地面，应注意防雨、防风以及自然灾害预防。矸石地面运输系统设备配置情况见表1。

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表1地面运输系统设备配置

名称数量主要参数

推土机2辆Q=500t/h

刮板输送机1部Q=500t/h

破碎机1部Q=500t/h

带式输送机1部Q=450t/h，带宽1000m，长20m

系统控制台1台

3投料井设计

为安全采出保护煤柱，结合矿区地表位置和井下巷道布置情况，以保证地面建筑物的安全使用和最大限度地利用原有巷道为原则，将投料井地面位置选定在矸石山旁。该处地势平坦，便于布置工业场地，矸石破碎后经地面运输系统运送至地面矸石充填站，无需建储料仓，减少了地面运输设备和充填厂房工程量的投入。另外，投料井靠近首采充填区，井下系统简单。因此，投料井设计参数如下。

（1）管筒直径。管筒直径的大小取决于2个因素：①物料最大颗粒的直径；②所需的物料量。圆管直径一般取大于最大通过管道粒度的3倍。根据平煤十二矿矸石粉碎后物料粒径的特点，确定采用外径为530mm的耐磨钢管作为投料管。

（2）管筒壁厚。根据米赛斯（R．V．Misses）公式［2］，理论计算壁厚12mm即满足稳定性要求。考虑到投料井井深达250m，矸石物料硬度较大，对投料管内壁磨损较大，故投料管选用壁厚12mm的双层耐磨管，外径为530mm，内径为486mm。

（3）储料仓规格。按生产能力120万t/a所需矸石量设计，考虑保证割一刀煤所需的填充物料储存量，则井下储料仓容积设计为170m3。根据一般情况煤仓直径范围，储料仓选取直径5.0m、深度为15.0m。投料系统设备布置如图2所示，投料井相关参数见表2。

表2投料井设计相关参数

项目参数值投料井井深/m250投料孔高度/m235储料仓高度/m15储料仓直径/m5

项目参数值

投料速度/（t·h－1）450投料井直径/m0．486最大速度/（m·s－1）68．59储料仓上口冲击力/kN8.57

（4）储料仓清理装置。为防止因储料仓物料起拱、粘壁、滞留而发生堵仓现象，考虑在储料仓下部安设空气炮装置（图2）。

（5）缓冲装置

。根据能量守恒原理，矸石等固体物充填材料从地面通过投料井直接投到井底时，235m的投料高度会导致充填材料到达井底时的冲击力很大。为了防止因冲击力过大造成设备损坏、仓壁破损等安全问题，在储料仓上部设置了缓冲装置，以减小充填材料投到储料仓中的冲击力，保证投料系统安全高效运行。根据对矸石物料落料过程和冲击力的分析情况，设计缓冲器样式为“伞形”，即充填料下落的直接接触面为锥形面（图3）。缓冲器由铸钢伞架、导向杆、缓冲弹簧和底座组成。经现场试验，该设施可以承载充填料落下的冲击力。

图3缓冲器结构原理

4结语

该投料系统自2011年2月投入使用后运行良好，设备故障率低，完全满足充填开采所需矸石的运输要求。该系统所供应的己15-13080矸石充填采面，每月产煤5万t，取得了良好的技术经济效益，对于类似条件矿井开展绿色开采有借鉴意义。

参考文献：

［1］惠功领．我国煤矿充填开采技术现状与发展［J］．煤炭工程，2010，23（2）：20-23．

［2］张吴星．外压薄壁短圆筒临界失稳压力理论及试验研究［J］．湘潭大学自然科学学报，2001，23（2）：81-83．

(责任编辑:许久峰)

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