深井复杂条件矿井煤矸运输实现互联互通的研究与实践

韩柏青

（中煤新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232000）

1 矿井概况

刘庄煤矿位于安徽省阜阳市颍上县境内，核定生产能力1140万t/a。井田东西走向长16.0km，南北倾斜宽3.5～8.0km。井田内共含煤30余层，13层可采煤层，其中5层主要可采煤层。矿井采用立井、集中大巷、分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓方式。矿井设计两个水平，目前正在开采一水平（-762m），二水平（暂定-1000m）尚未开拓。矿井以F25断层为界划分为东区和西区，东区工业场地内设有主井、副井、矸石井和中央风井四个井筒，西区工业场地设有进、回风井两个井筒。东区划分为东一、东二、东三采区，西区划分为西一、西三、西四采区。

2 矿井提升运输系统存在的问题

2.1 运煤系统能力大，运量不饱和

东区胶带输送机运煤系统核定生产能力为1198万t/a，西区胶带输送机运煤系统核定生产能力为962万t/a，合计为2160万t/a，刘庄煤矿2013～2017年最高原煤产量为993.13万t，远未达到胶带输送机运煤系统的运输能力。

2.2 运矸系统不完善，系统能力不能充分发挥

矸石井提升能力为150万t/a。井底车场设有矸石胶带系统，但未延深至各采区，部分掘进矸石仍需要通过副井提升，矸石井和矸石胶带机系统能力未能充分发挥。2013年前矸石井年度最高提矸量为49.79万t，远未达到设计提升能力。

2.3 煤矸混运，主井提升负担重

由于煤矸混运，2013～2017年主井提毛煤（煤矸混合物）量在1000～1100万t/a左右，主井提升能力接近饱和，增加主井负担。

2.4 毛煤洗选量大，选煤厂需要二期扩建

大量掘进矸石进入煤流后，造成毛煤含矸量高，需进入选煤厂洗选处理，造成洗选量大，选煤厂洗选能力不足，需要进行扩建。

2.5 商品煤回收率低，煤质差

因矸石掺入造成毛煤入洗量大，煤质差，商品煤回收率低。

2.6 矸石运输不连续，运输效率低

随着矿井不断开拓延伸，矸石运输距离增长，最远掘进工作面距离副井约7km，采用矿车运输矸石存在运输时间长（单趟约需45min）、运输不连续、转载环节多、自动化程度低、运输岗位人员多等缺点，偏远掘进头运矸困难，问题越来越突出，制约着生产效率的提高。

矿井自投产以来，运矸问题不能有效解决，造成煤质不稳定、掘进单进低、工作面接替紧张等问题，需要对矿井运输系统进行优化改造。

3 系统优化改造方案

3.1 井下系统优化方案

3.1.1 主系统改造

建立井下运煤运矸系统联络通道，使进入运煤系统的矸石能够分流至运矸系统，实行煤矸分流。

东区：在东三胶带大巷与进风石门之间施工出矸联巷，铺设一台转载机，在煤仓上口设置动态分流装置，东一、东三采区的矸石通过分流装置进入出矸联巷，转运至进风石门矸石胶带机，通过矸石主运输系统提升至地面。

西区：在矸石胶带机巷与主井中煤仓下口之间施工主井中仓出矸联巷，利用主井中仓储存矸石，在主井南仓至中仓上口铺设一部转载机，与东西胶带大巷胶带机机头卸载处联接，并在煤仓上口卸载处设置动态分流装置，使西区进入运煤系统的矸石转运至主井中仓，经出矸联巷、矸石胶带机巷、矸石井提升至地面。

3.1.2 区域系统改造

（1）在西一煤仓与西三煤仓上口施工联巷，中部施工矸石仓，自两煤仓至矸石仓各铺设1部1.0m皮带机，两煤仓上口设置动态分流装置，利用矸石仓实现矸石临时存储，实现矸石分时运输。

（2）通过东三采区矸石仓、西一矸石仓、西区掘进翻车机硐室矸石仓、岩巷掘进工作面矸石窖等分区建立临时存矸系统，再集中分时进入运煤系统。

（3）回采工作面过断层期间，采取分割分运措施，在出矸时间采出矸石并集中运输。

3.2 地面系统优化方案

（1）地面主井栈桥改造，实现煤矸系统地面互通。在905矸石皮带栈桥与102原煤皮带栈桥之间新建一条皮带栈桥，使两个独立系统连接起来，主井检修期间可利用矸石井来提升掘进煤及矸石，确保掘进工作面连续作业，缓解掘进围面紧张局面。

（2）改造选煤厂缓冲仓，利用动态平衡法增加系统缓冲能力。在入洗301皮带机头后方增设分煤器，在分煤器与702皮带之间增设下货溜槽，将缓冲仓原煤经过分煤器，再通过下货溜槽直接进入选煤厂精煤702皮带，最后由精煤运输系统将缓冲仓原煤运至产品仓或落地。将主井提煤，一半分流进缓冲仓，另一半分流进产品仓，达到动态平衡，实现主井连续提煤。

（3）主运输系统施行视频监督、调度统一指挥、分时运输，通过分时、分运，实现井下煤矸分流。

图1 刘庄煤矿运煤矸系统网络化示意图

4 取得效果

（1）主井提矸量减少，运煤能力得到保障

矿井2013、2014年主井提毛煤分别为1100万t、1099万t，其中含矸石量分别为108万t、96万t，基本满负荷运行。2017年主井提毛煤896.31万t，其中矸石量为0，不仅减轻主井负担，而且为增加原煤、商品煤的产量创造条件。

（2）矸石连续运输实现网络化

2013～2017年矸石井提矸量由17.84万t增加至77.92万t，矸石井的提升能力得到有效发挥。系统改造后，轨道运输仅需负责物料、人员运输，运输量大幅降低，运输岗位人员减少约1/3。

（3）选煤厂洗选量大幅度降低

优化运矸系统后，从井下源头对掺入煤流系统中的矸石进行分流，大部分末煤达到商品煤煤质要求，洗煤量大幅下降。2013～2017年洗煤量由560万t降低为30.89万t，原计划洗煤厂二期扩建工程无需施工。

（4）回收率提高，煤质稳定

优化运矸系统后，从源头降低了进入主井提升系统的矸石量，洗煤量降低，减少了煤泥量，大大提高了煤炭资源回收率，煤质也得到稳定。2017年较2013年，商品煤回收率提高4.62%，原煤煤质提高735cal/g，商品煤煤质提高209cal/g。

（5）瓦斯抽排巷单进显著提高

优化运矸系统后，瓦斯抽排巷推广应用岩巷综掘，单进水平逐步提高，由2013年97.1m/月提高至2016年170.3m/月，最高实现380m/月。2017年基本与顺槽掘进工期同步，瓦斯抽排巷不再制约工作面接替。

（6）主井检修不再制约掘进工作面正常生产

地面主井栈桥改造投用后，实现煤矸系统地面互通，矿井检修期间实现多提煤约1.5万t，多进尺约1000m。

（7）矿井年回采推进度明显下降

系统改造后，在工作面长年产量稳定的前提下，年度工作面回采总推进度大幅降低，经统计2017年较2013年年推进度减少约1700m，有效缓解接替压力，具体见表1。

（8）地轨运输量大幅减少

经统计，系统改造后地轨运输量减少约50%，运输事故率明显下降，安全效果十分明显。

（9）实现矸石封闭装车外运

主井、矸石井实现联通后，矸石可通过选煤厂动筛进入产品仓。利用火车装运，直接外运至塌陷区回填，实现矸石废物利用的同时，有效解决地面矸石山等环保问题。

表1 2013～2017年工作面推进度统计表

5 效益测算

（1）优化系统投入成本，见表2。

表2 优化系统投入项目及成本统计表

（2）系统优化取得效益如下：

① 选煤厂洗煤量减少，降低洗选成本。2013～2017年洗煤量由560.06万t降低为71.68万t，洗煤费用也由2770万元降低为355万元，降低成本约2415万元，而且今后每年均可以降低不少于2000万元的洗煤成本。

② 通过主井提升至选煤厂的矸石量大大减少，选煤厂洗矸、排矸带走煤泥量相应减少，间接增加了商品煤的产量。

③ 洗煤厂二期扩建工程不需要再施工，降低投资成本。

④ 主井检修时，矸石井可正常提煤矸，掘进工作面正常掘进，增加年度掘进工程量，缓解接替压力。

⑤ 主井短期内出现故障，矸石井可辅助提煤。

⑥ 矸石连续运输，提高运输效率，降低地轨矿车运输量，有效减少运输岗位人员，且运输事故率大幅降低，安全效果明显。

⑦ 地面煤矸系统连通，实现矸石封闭装车，直接外运利用，取消地面矸石山，有效解决环保难题。

6 结 语

通过对刘庄煤矿运输系统优化，实行煤矸分时、分流、网络化、连续运输，最大限度地实现系统集中控制，从源头保证煤质稳定，降低煤炭洗选成本，提高系统运输保障能力，且有效减少岗位人员，降低运输事故率，保证安全效果，为矿井安全高效可持续发展奠定基础，同时为其他类似矿井提供重要的指导，具有很高的借鉴价值。