矸石抛射充填系统研究及应用

矸石抛射充填系统研究及应用

林相亮1魏建文2王来收3

林相亮1魏建文2王来收3

1.身份证：3728281965****0410

2.身份证：3728281972****0813

3.身份证：3707851986****6653

临矿集团里彦煤矿山东邹城273517

摘要：矸石抛射充填系统主要是针对厚煤层使用，近几年整个行业基本无很大进步，设备依旧笨重耗能高，本项目所研制的新型矸石抛射充填系统与其它矸石抛射系统相比，小巧、灵活，安装、回撤极为方便，且价格较低，抛矸机组的上运最大角度及角度的调节，以及抛射方向的转动，采用抛矸胶带通过铰接轴和调高液压顶连接，通过液压顶的伸缩实现对抛射角度的改变；抛矸机组旋转工作台通过回转轴承和液压调节装置与履带行走机构的底架形成连接，通过液压调节装置实现抛矸机组回转摆动，能使整个巷道断面宽度范围内填满矸石，属于国际先进产品。

关键词：高效绿色；矸石抛射；充填；灵活

引言

本项目以山东省里彦煤矿为试验现场，开展新型矸石抛射充填系统研制同时在里彦煤矿四采区石门处进行现场应用试验，其主要内容为：

新型矸石抛射充填系统研制及应用：目前里彦煤矿薄煤层矿井机械化程度低、矸石含量大、矸石升井费用高、处理困难，为大力推进新旧能转换，实现薄煤层矸石不升井，针对薄煤层巷道空间及现场复杂环境状况，设计了新型矸石抛射充填系统。矸石抛射工艺为：充填矸石物料→翻矸笼→刮板输送机运输→可伸缩带式输送机机头受料处→机尾卸载滚筒卸载→抛矸机组，由抛矸机组定时定量定点的抛射至采空区；抛矸机抛射点最低高度为1500mm，最高可至2500mm，抛矸量150t/h。当巷道内端迎头填充满后，伸缩式输送机通过自动张紧装置将松弛的胶带自动张紧，带动抛矸机组后移，使矸石充填继续进行。采用的新型矸石抛射充填系统结构简单、轻便，能耗低，操作方便，适应性强。解决薄煤层矸石量大，升井占用提升时间，还能杜绝因矸石升井后带来的土地占有、环境污染、矸石外委处理等一系列困难，为可持续发展提供有力保障，能产生显著的经济、社会、环境效益，对建设安全高效绿色矿井，具有十分重要的现实意义和推广应用价值。

本项目为自主创新项目，由山东里能里彦矿业有限公司出具研发计划和新型矸石抛射充填系统的相关参数，并结合泰安科创矿山设备有限公司的抛矸机为基础进行该技术的研究与实验，并将向山东省田庄煤矿有限公司与武所屯生建煤矿进行推广使用。

项目意义与必要性

随着里彦煤矿薄煤层机械化水平逐步提高，产能释放的同时增加了更多的矸石量，常规做法是将采出的矸石提升至地面堆放，形成的矸石山不仅占用大量土地资源，而且污染环境。国内虽然已有多家煤矿单位使用了矸石回填老巷技术，但是设备笨重，移动、安设困难，尤其在薄煤层中，移动困难，消耗电能多，操作不便，工人劳动强度大，回填效率低下，回填设备适应性比较差。多数煤矿使用的矸石充填效率不足，不能同高产高效的煤矿生产模式相匹配。2018年地面矸石处置费用进一步加大，矸石的处置成本进一步提高。所以里彦煤矿通过研究讨论，针对薄煤层矸石井下处理，预备将全岩巷道产出矸石回填四采区老巷，研制一套设备结构简单、轻便，能耗低，操作方便，安装回撤灵活适应性强的新型矸石抛射充填系统意义重大。

本套系统实现了翻矸笼、刮板输送机、可伸缩皮带机与抛矸机的联合运行，创新点在于抛矸机组的上运最大角度及角度的调节，以及抛射方向的转动，拟采用抛矸胶带通过铰接轴和调高液压顶连接，通过液压顶的伸缩实现对抛射角度的改变；抛矸机组旋转工作台通过回转轴承和液压调节装置与履带行走机构的底架形成连接，通过液压调节装置实现抛矸机组回转摆动，能使整个巷道断面宽度范围内填满矸石。

项目目标产品市场分析

近年来我国政府高度关注煤矿发展对环境的影响问题。多地政府已明确提出矸石山不增长要求。“低开采、高利用、低排放、高环保”的绿色充填开采新技术得到国家高度重视，发展迅速。矸石井下充填技术可实现井下矸石直接回填处理，避免了对环境的污染，具有极大的社会效益。尤其是本项目研究的新型矸石抛射充填系统具有很好的特性，在推广和应用中能适应各种地质空间环境条件，因此该研究项目的新型矸石抛射充填系统将在国内具有极大的市场，并且对整个煤炭行业，尤其是建设绿色环保矿山意义深远。

项目实施方案

总体目标

本系统计划完成时间为2018年9月，计划投资485万元，预期目标在山东里能里彦矿业有限公司将井下掘进全岩巷道、断层矸石回填至四采废旧巷道，成功实现全岩矸石在煤矿井下的直接处理，减少运输费用，减少地面占地和环境污染，进一步推进绿色环保矿山建设。成功运用后向山东省田庄煤矿有限公司与武所屯生建煤矿进行推广使用。

主要研发工作与目标

本项目主要研发工作有，确定新型矸石抛射充填系统的各个设备型号与特性，并研究与之配套的自动控制系统和运输系统。目标是做到三机能较好的配套，实现新型薄煤层矸石抛射充填，并达到计划目标。

1.2.2设备技术特征以及附属装置和设备选择

当抛射皮带倾角达16°，带速2.5m/s时，不考虑空气阻力条件下矸石达到与抛出点同样高度时的水平抛出距离为0.388m，向上抛起的最大高度为0.024m，向前抛出0.5m时矸石比抛出点降低0.069m，向前抛出1m时比抛出点降低0.56m。如果选取500mm作为一个填充步距，用2.5m/s的速度抛填，矸石堆顶部将会形成波状起伏，波峰比波谷高0.024m，而波谷比抛出点低0.069m，当带速一定，带宽越窄越易跑偏；带宽一定，带速越高越易跑偏。确定带速为2.5m/s，填充步距为500mm。实现抛矸机组的可移动性，拟采用一般型车轮作为抛矸机组行走运行机构，抛矸机组与可伸缩式输送机机尾软性连接，由输送机皮带提供抛矸机组的后移动力；抛矸机组的皮带运输速度，既要与可伸缩皮带机带速相符合，避免矸石到达抛矸机组后不能及时抛出，又要考虑到抛出物料落点。按照以上要求确定抛矸机组的驱动电滚筒的大小及功率。采用抛矸胶带通过铰接轴和调高液压顶连接，通过液压顶的伸缩实现对抛射角度的改变；抛矸机组旋转工作台通过回转轴承和液压调节装置与履带行走机构的底架形成连接，通过液压调节装置实现抛矸机组回转摆动，能使整个巷道断面宽度范围内填满矸石。

目前，矸石处置费用包括：矸石升井费用12元/吨；通过洗煤厂的洗选处理费用15/吨；矸石在地面形成矸石山，土地占用费用5元/吨；联系外委公司进行矸石处理10/元；初步计算每吨矸石从井下到完成处理共需42元/吨。根据2018年里彦煤矿生产计划预计全岩矸石量（全岩巷道、断层）为58000m3，折合重量为：104400吨。在降低洗煤厂与主井提升压力的前提下，可节省开支438.5万元。同时增加煤炭提升率。

社会效益

近年来我国政府高度关注煤矿发展对环境的影响问题。多地政府已明确提出矸石山不增长要求。“低开采、高利用、低排放、高环保”的绿色充填开采新技术得到国家高度重视，发展迅速。矸石井下充填技术可实现井下矸石直接回填处理，避免了对环境的污染，具有极大的社会效益。