泵送矸石充填技术研究

张 强

(山东能源新矿集团鄂庄煤矿)

泵送矸石充填技术研究

张 强

(山东能源新矿集团鄂庄煤矿)

在薄煤层工作面优化设计充填系统，制作薄煤层泵送充填支架，显著增加架间施工作业区及充填区空间；在充填料中添加润滑剂，减少了管路磨损，解决了堵管现象，有效提高输送量，减少充填料凝固时间，缩短了充填循环周期，提高了充填效率，达到了充填工作高产高效的目的。

泵送矸石充填技术 充填支架 乳化液 远距离输送

随着矿井以矸换煤工作的不断推进，煤矸置换充填新技术、新工艺的应用越来越受到重视，中厚煤层普采及综采泵送充填技术的应用使充填效率有了较大的提高，应用较为广泛，但是该技术在薄煤层研究或应用很少，主要原因：充填支架设计不合理，后梁支撑强度低，存在充填空间不足、作业空间狭窄等缺陷；适合薄煤层工作面的配套设备选型数量较少，制约了泵送充填技术的应用；充填料凝固时间长，无法进行快速推采，制约了采充效率；管路堵塞问题无法有效解决，充填管路转弯多，充填料配比不合理等问题使堵管现象普遍存在。

为解决上述问题，根据207采区现场实际情况，在薄煤层工作面进行综采泵送充填技术试验，通过从充填支架后梁支撑、架间管线布设、架间堵浆技术、三机配套等方面入手，设计制作薄煤层泵送充填支架，在充填料中添加润滑剂，有效解决薄煤层采充效率低的问题。

1 采区概况

207采区位于矿井中部，北至不可采边界及-530 m 煤层底板等高线，南至F17断层煤柱线，西至612#、611#、406#、10#钻孔连线，东至F21断层及工业广场保安煤柱线，采区走向长1 350 m，倾斜宽1 600 m，面积为2.16 km2，本区开拓七层煤，上限标高为-250 m，下限标高为-530 m。

2 泵送充填系统

2.1 充填设备布置

在-530 m二采石门中#点前118 m处开门，建设泵送充填系统，施工一个深15 m、直径4 m的矸石仓，在矸石仓上口安装破碎机，下口安装转矸皮带，矸石经转矸皮带运至207运下搅拌机，矸石搅拌均匀后进入1#充填泵，泵送至工作面运输巷2#充填泵，然后经充填管路至采空区。卸矸系统由1.1 m3箱体矿车和简易翻车机组成,简易翻车机处需卧底施工简易小矸石仓，矸石车辆通过简易翻车机翻到梭矿溜子上，转载至煤仓上口的破碎机内破碎。移动2#充填泵为整个207采区充填服务。2707工作面充填设备布置见图1。

图1 2707工作面充填设备布置

2.2 工作面设备配置

工作面安装一部MG150/345型双滚筒电牵引采煤机、一部SGZ630/264B运煤刮板输送机，采用ZC2800/08/17改装充填支架。工作面下平巷运煤，上平巷布置充填管路充矸。下平巷安装一部SGW-40T刮板输送机、一部SD-80皮带输送机。

2.3 工作面充填工艺

采用泵送充填法施工，推采2个循环(1.2 m)后进行充填，随推采拉架，边采边充。

充填前在各充填支架之间设置挡浆墙体，采用在上巷上帮与第一个充填支架之间用尼龙袋装矸垒挡矸墙，确保不漏浆，充填到位。充填后，通过挡矸板检查采空区的充填效果，确保采空区充满充实。充填工艺流程：矸石—1.1 m3箱体矿车—翻车机—梭矿溜子—破碎机—矸石仓—转矸皮带—搅拌机—充填泵—充填管路—充填支架后采空区。

2.4 配套设备及参数

选用HBMD80/15-110S型充填输送泵，其主要技术参数:混凝土缸尺寸为200 mm×1 600 mm(内径×行程)，输送量为80 m3/h，外形尺寸为5 600 mm×1 750 mm×2 100 mm，泵送混凝土最大压力在15 MPa 以下，垂直和水平最大输送距离为300和1 200 m，分配阀液压系统工作压力为15～16 MPa，上料高度为1 350 mm，料斗搅拌液压系统工作压力为2～3 MPa，卵石最大骨粒径在40 mm以下，碎石最大骨粒径在30 mm以下，输送缸换向压力为15 MPa，坍落度为120～230 mm，液压油箱容积为0.5 m3，噪声声功率级为116 dB(A)，整机质量为6 700 kg，电动机型号为YBK2-315S-4，额定电压为660 V/1 140 V，功率为110 kW。

选用MJD-1000D搅拌机，其主要技术参数：主轴转速为30 r/min，生产能力为45～60 m3/h，搅拌刀角度为20°，搅拌刀回转直径为800 mm，搅拌槽长2 665 mm，搅拌槽直径为840 mm，减速机型号为NGW122-45，电动机型号为YBK2-315M-6，功率为90 kW。

选用ZPC1000×800型破碎机，其主要技术参数:锤旋直径为740 mm，转子长度为800 mm，最大给料颗粒为500 mm，出料颗粒在40 mm以下，生产能力为120 t/h，装机功率为110 kW，锤旋转速为960 r/min，电机型号为YBK2-315S-4，电压为660/1 140 V，转数为1 485 r/min，传动比为1∶1.5，破碎强度在150 MPa以下。

选用ST-8型梭式溜子，电动机功率为13 kW，最大运行速度为20 km/h。

3 充填工艺创新

3.1 充填支架创新

(1)通过增加专用后梁立柱，增加了充填支架后梁支撑强度，解决了充填空间问题。

(2)架间管线使用专用管线通道，集中布置，减少了管线占用空间，增大了工作人员劳动空间，使架间施工作业区及充填区空间增加了52%。

(3)自制架间自动调节可伸缩高强度高分子材料挡矸护板，确保了充填料不会渗漏，使架间堵浆技术提到了一个新的水平。

3.2 充填材料创新

将矸石颗粒控制在30 mm内，可减小管道磨损和堵塞；料浆浓度控制在70%～80%，能够有效减小管道摩擦阻力；通过掺加粉煤灰润滑管道，矸石与粉煤灰比例为10∶3，降低了泵压损失，延长了充填体的泵送距离及管道使用寿命;在充填材料中加入1‰的乳化液，使充填料在管路中流通更为顺畅。通过不断创新实验，减少了充填料对管路的磨损现象，使管路的使用寿命延长90%以上，进一步加快充填速度，彻底解决了堵管问题，且输送量可有效提高30 m3/h，并且使充填料凝固时间由原先的8 h 减少为3 h，充填产量达2.3万t/月。

3.3 充填卸矸系统自动化

采区卸矸硐室车场到矸石仓翻车机人工推车距离长，达100多m，按每班翻矸石60车计算，每班人工推车距离在6 km以上，劳动强度大。在车场轨道安装无极绳推车器实现矿车自动行进，翻车机安装新型风动自动控制装置，只需一人控制即可，实现翻车机远距离自动翻矸，解决了翻矸人员多、劳动强度大、安全系数低等问题，实现了卸矸系统安全高效自动化运行。无极绳推车器布置及运输方式见图2。

图2 无极绳推车器布置及运输方式

3.4 卸矸硐室除尘系统优化

卸矸硐室破碎机产生大量粉尘，且巷道上方涡流风速小，不能及时稀释排走，现场粉尘浓度大，工作环境差，严重影响了职工的身体健康。为此在破碎机后方巷道上侧安设一台水射流除尘器，前端安设喇叭口风嘴，利用负压通风，将破碎机产生的粉尘及时吸入除尘器，利用水雾除尘后，通过铁风筒排至风门另一侧，较传统抽出式风机，不仅安装简单，除尘效果好，而且大大降低了现场噪音，优化了环境。

3.5 充填工作面支护工艺优化

在工作面充填区段边排采用金属菱形网加强支护，金属菱形网在外侧，塑料彩带在内侧。金属网倾斜压茬，上部(包括塑料彩带)在支设边排密集柱时一同升在顶板上。金属网及塑料彩带底部铺在底板上，用塑料编织袋装入碎矸石压实，待矸石浆凝固后再将金属网回收，重复使用。通过加强边排支护，有效防止了充填期间因顶板来压及顶板突然下沉喷浆的伤人事故，确保了安全生产。同时，因工作面充填管路长，拆卸、安装及搬运管路非常不便，为此在工作面充填段使用轻型短管，省时、省力、效率高。

3.6 粉煤灰远距离输送

充填硐室使用的粉煤灰采用自行研制的喷浆机送料，将粉煤灰倒入喷浆机内，充填拌料时，开启喷浆机，利用风压直接将粉煤灰通过2寸塑料管输送到搅拌机内，大大降低了劳动强度，减少了岗位人员；优化了运输环节，确保了及时上料，提高了充填效率；降低了粉尘污染，改善了现场环境。

4 结 语

采用薄煤层综采泵送矸石充填技术，通过自制综采泵送充填支架、合理布设充填管路、优化充填系统、创新架间堵浆技术、革新充填材料及三机配套的应用，使架间施工作业区及充填区空间增加52%，加快了充填速度，解决了堵管问题，输送量有效提高30 m3/h，充填料凝固时间由8 h减少为3 h，缩短了充填循环周期，提高了充填效率，保证了矿山高产高效生产。

2015-05-20)

张 强(1975—)，男，助理工程师，271122 山东省莱芜市。