煤矿井下采选充采一体化关键技术研究

郭二鹏

摘 要：本文主要介绍了煤矿井下采选充填一体化生产技术，并分析其急需解决的技术问题难点，对煤矿井下采选充采一体化生产系统布置进行了详细的分析，并结合井下煤矸分选系统和充填采煤系统布置及工艺，对采选充填一体化生产技术进行了研究。

关键词：固体充填开采；采选充采；一体化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.060

0 绪论

传统的顶板垮落采煤方式，在开采后将顶板进行垮落，会造成地表沉陷、矸石排放等环境问题，同时，在开采“三下”压煤时，传统的顶板垮落采煤方式也存在诸多问题，不能满足煤矿绿色开采的理念。所以，综合机械化固体充填采煤技术已逐步被人们所重视，并在实际运用中取得了较好的经济社会效益，但综合机械化固体充填采煤技术仍需将井下原煤混矸提升至地面，在经洗选后由投料机运送至工作面进行填充作业，矿井辅助提升和地面洗煤厂压力较大，成本较高。

1 煤矿井下采选充采一体化技术原理

采选充采一体化生产模式，是指在井下建立煤矸分选系统，将矸石破碎后，利用综合机械化固体充填采煤技术处理采空区的技术。其将采煤、煤矸分选、固体充填三部分结合，在井下完成“采、分、充、采”的循环闭合开采体系，其主要包括井下煤矸分选系统和井下固体充填采煤系统两部分。这种生产模式具有很大的优势，一方面，能够有效提升“三下”压煤资源的利用率，大大地減轻了地面洗煤厂的工作负担；另一方面，还能对矸石进行有效处理，对塌陷问题予以有效控制，起到一定的环境保护作用。

2 井下采选充采一体化技术难点

（1）井下煤矸分选系统。由于井下地质条件、环境、空间等与井上存在较大区别，所以地面选煤厂所运用的分选工艺与设备无法运用到井下作业中。为了有效满足井下作业要求，应对地面分选设备进行适当简化，改进系统工艺，可通过模块化设计方法，实现井下有效运输管理。具体而言，井下煤矸分选系统的技术难点如下：与原有运输系统的协调，巷道及安装硐室的布置；相关分选设备的研发及分选技术的选择；与综合机械化固体充填采煤相配套；用水及煤泥水的处理。

（2）井下固体充填采煤系统。综合机械化固体充填采煤技术工艺系统主要包括采煤和充填，首先进行采煤作业形成充填空间，在不干扰采煤作业的前提下开始充填作业，并能及时控制采空区顶板垮落、具有一定的承载强度。具体而言，井下固体充填采煤系统的技术难点为：初始承载强度不合理；采煤系统与矸石充填系统衔接存在一定困难；充填空间不合理；矸石充填物料在输送方面存在一定难度。

3 井下采选充采一体化系统布置

3.1 井下煤矸分选系统布置

目前应用较为广泛、工业应用成熟的煤矸分选技术有重介质选煤、跳汰选煤、干法选煤等。动筛跳汰分选技术以其工艺布置简单、分选率高、体积小用水量少等特点，使用较为广泛，井下动筛跳汰分选系统主要有直接布置方式和辅助布置方式两种。

（1）直接布置方式。是将动筛跳汰分选系统在原煤集中运输巷等空间内，直接布置在原煤运输的方向上，这种布置方式易操作、环节少、投入少，但其对矿井运输系统干扰较大，如果出现故障，将使整个矿井的原煤运输系统出现问题，且对煤矸分选设备性能及管理要求极高。

（2）辅助布置方式 。是在原煤运输巷道附近，与巷道直交或斜交方向重新掘进一条分选巷道和硐室，井下煤矸分选系统独立于原煤运输系统布置在分选巷道及硐室内，这种布置方式具有便于维修、对原煤运输干扰小、适应性强的优点，但是需要掘进分选巷道及硐室，投入较大。

3.2 井下充填采煤系统布置

从工作实质上讲，井下充填采煤工作面由充填、采煤两个工作面结合而成，以此实现两者的同时作业。固体充填采煤工作面在综采工作面后部增加了矸石充填系统，回风顺槽内增加充填物料输送系统，固体充填采煤系统主要包括：地面运输系统、投料系统、井下运输系统和工作面充填采煤作业系统。

（1）地面运输系统。地面运输系统是将地面的矸石从矸石山经破碎、筛分后输送至投料系统上口，其是充填工作面的第一步，是保证地面矸石输送至井下的关键。地面输送系统主要包括装载机、胶带输送机、筛分机、破碎机四部分

（2）投料系统 。投料系统作为井下与地面的接连通道，是井下充填采煤系统中的重要组成部分之一。地面矸石在经过筛选、破碎与存储等环节后，在地面运输系统的工作下将其输送到投料井的井口位置，矸石被投放至投料井内经过缓冲装置缓冲后进入井下充填矸石储料仓，工作面进行充填作业时将其通过料仓下部给料机放出，再运至充填采煤工作面，以供充填作业使用。

（3）井下运输系统 。井下运输系统是将由投料井运输至井下的矸石，在矸石运输皮带的运输下到达充填系统工作面。通过对胶带输送机的运用，实现了矸石的连续输送，以此满足充填系统工作面对矸石的需求，保证了充填工作的正常实施。可以说，井下运输系统对保证充填采煤系统的正常运行起到不可取代的作用。

（4）工作面充填采煤作业系统。该系统是保证充填采煤工作顺利进行的关键系统，主要由两部分构成其工作面。第一部分为采煤工作面，其工作原理类似于一般采煤工作面；第二部分为充填工作面，主要包括自移式充填物料转载机、充填采煤液压支架与多孔底卸式充填输送机等。

4 结论

本文介绍了煤矿井下采选充填一体化生产技术，并分析其急需解决的技术问题难点，对煤矿井下采选充采一体化生产系统布置进行了详细的分析，结合井下煤矸分选系统和充填采煤系统布置及工艺，对采选充填一体化生产技术进行了研究。

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