CN111894666A - 一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统及方法。该系统包括煤矿井下煤矸分选系统、矸石浆体制备系统和矸石浆体立体充填系统。充填方法为，首先将井下采煤系统生产出的原煤在井下进行煤矸分选，分选后的精煤提升至地面，分选后的矸石进入矸石破碎系统；将矸石破碎至合格粒径后输送至研磨制浆系统，研磨成微小颗粒后加水制成无临界流速矸石浆体；矸石浆体在汇浆池中存储搅拌，与此同时利用工业充填泵将矸石浆体通过管路输送至采煤工作面回采巷道，并通过临位注浆和低位灌浆的方式将矸石浆体充填至采空区中。本发明可避免矸石无效提升，将矸石就地在井下处理，工艺简单、安全可靠、高能低耗，是一种绿色高效的矸石井下充填方法。
Description
技术领域
本发明属于煤矿固体废弃物处理领域，具体涉及一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统及方法。
背景技术
我国煤炭资源大规模生产和利用的过程中会产生大量的固体废弃物——煤矸石，产量约3～6亿吨/年。目前国内现有的固废处理技术主要包括煤矸石综合利用和煤矸石井下充填。
煤矸石综合利用技术的方式有多种，一般依据固废综合利用的技术和方法将其划分为两类。一是直接利用型，如将属于Ⅰ类一般固废的煤矸石回填矿区沉陷区后进行复垦，或将其用于公路路基、铁路基床；二是综合利用型，如将发热量高的煤矸石进行燃烧发电，并将燃烧后形成的锅炉灰渣制砖制陶。但由于煤矸石物化性质存在明显的地域差异性，仅少部分煤矸石具有综合利用价值，所以该方法无法大规模处理煤矸石固废。
煤矸石井下充填技术主要包括综合机械化固体充填技术、膏体充填技术和掘巷充填技术，以上三种充填技术中，综合机械化固体充填技术矸石处理能力最大，目前国内已有工程中矸石最大处理能力约为50万吨/年，但在目前煤炭资源大规模高产高效生产的背景下，现有的固体废弃物处理技术能力无法匹配矿山企业固废生产速度。与此同时，现有的煤矸石井下充填技术中充填工艺与采煤工艺相互独立、相互制约，无法实现“采-充”平行。
另一方面，上述的煤矸石综合利用技术和固废井下充填技术均是将原煤提升至地面洗选出矸石后进行处理，矸石的无效提升影响煤矿生产效率、提升费用高。采用井下选磨泵充一体化矸石浆体充填技术后，可将煤矸石在井下分选、充填，该方法可实现“采-充”平行作业，同时可将矿井水在井下就地利用，减少矿井水外排。因此实施井下选磨泵充一体化矸石浆体充填技术能减少矸石无效提升和矿井水外排，实现矸石和矿井水规模化、经济化的处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统及方法，克服现有煤矸石井下充填技术中矸石无效提升、矸石处理能力不足、“采-充”无法平行作业、矿井水地面外排等问题，实现矸石和矿井水规模化、经济化的处理。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，包括煤矿井下煤矸分选系统、矸石浆体制备系统Ⅱ和矸石浆体立体充填系统Ⅲ；其中，所述井下煤矸分选系统Ⅰ的原煤来自于采煤工作面采煤系统和掘进工作面采煤系统，由采、掘设备采出并通过原煤带式输送机将其转载至井底煤仓上口；井下煤矸分选系统包括正弦筛、原煤转载皮带、煤矸分选设备、返煤皮带和矸石仓；原煤通过正弦筛后末煤直接进入煤仓，块煤通过原煤转载皮带进入煤矸分选设备进行分选，分选后的矸石进入矸石仓，分选后的精煤通过返煤皮带返回煤仓；
所述井下矸石浆体制备系统Ⅱ包括矸石破碎机、矸石转载皮带、矸石上料皮带、研磨制浆机、渣浆泵、存储搅拌池；矸石从矸石仓下口由矸石转载皮带输送至矸石破碎机，将矸石破碎后由矸石上料皮带输送至研磨制浆机进行研磨制浆，制成的矸石浆体由渣浆泵泵送至存储搅拌池中；
所述矸石浆体立体充填系统Ⅲ包括工业充填泵、矸石浆体输送管路及钻机钻具；存储搅拌池中的矸石浆体在工业充填泵的动力作用下将矸石浆体依次输送至辅助运输大巷、工作面运输巷和工作面辅运巷，再经低位灌浆浆体输送管路、邻位注浆浆体输送管路、仰斜钻孔后，最终注入到采空区。
本发明进一步的改进在于，所述采煤工作面采煤系统和掘进工作面采煤系统原煤首先进行筛选，筛孔尺寸根据煤矸分选设备要求进行确定，筛下末煤直接进入煤仓，筛上块煤进入煤矸分选系统。
本发明进一步的改进在于，井下煤矸分选系统Ⅰ位于井底煤仓附近，其中正弦筛位于煤仓上方且筛板那个根据需要进行翻转。
本发明进一步的改进在于，矸石浆体制备系统Ⅱ位于矸石仓下口巷硐内，且矸石破碎机、矸石转载皮带、研磨制浆机、渣浆泵、存储搅拌池呈线性布置。
本发明进一步的改进在于，述矸石浆体制备系统Ⅱ和矸石浆体立体充填系统Ⅲ所需的水，均来源于矿井水。
一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填方法，该方法基于所述的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，包括以下步骤：
1)采煤工作面和掘进工作面由采、掘设备采出原煤后，通过带式输送机将其转载至井底煤仓上口；
2)原煤通过井下连续运输系统到达煤仓上口后，首先通过位于煤仓上方的正弦筛，经筛分后，末煤直接落入煤仓，块煤进入煤矸分选设备进行分选，分选后的矸石进入矸石仓，分选后的精煤返回煤仓；
3)矸石从矸石仓下口由矸石转载皮带输送至矸石破碎机，将矸石破碎后输送至研磨制浆机进行研磨制浆，制成的矸石浆体由渣浆泵泵送至存储搅拌池中；
4)存储搅拌池中的矸石浆体在工业充填泵的动力作用下，通过矸石浆体输送管路将矸石浆体输送至回采工作面巷道或邻近巷道，通过低位灌浆或邻位注浆的方式将其注入采空区中。
本发明进一步的改进在于，低位灌浆注浆充填方法中，矸石浆体管路布置在本工作面回采巷道内；邻位注浆充填方法中，矸石浆体管路布置在邻近工作面巷道里，注浆充填时，从区段煤柱向邻近采空区施工仰斜高位注浆钻孔，矸石浆体注入冒落带内。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
1、本发明提供的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统及方法，可将原煤在井下实现煤矸分离，减少矸石无效提升，同时采用井下研磨制浆和管道输送充填的方法进行充填可直接利用井下矿井水，减少矿井水的排放。
2、矸石浆体通过管道以低位灌浆和邻位注浆的方式注入采空区中，可充分利用采空区垮落顶板在各方向上空隙度的不均匀性进行扩散沉淀，充填工序与采煤工作面回采工序相互独立，互不干涉，实现“采-充”平行作业。
3、矸石浆体在采空区静置沉淀后可传递、缓释上覆顶板压力，有效减缓采空区上覆顶板变形运移，减小因采矿活动引起的矿山压力显现强度。
附图说明
图1为井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统示意图；
图2位井下煤矸分选系统、矸石浆体制备系统示意图；
图3位井下矸石浆体立体充填系统示意图。
附图标记说明：
Ⅰ-井下煤矸分选系统；Ⅱ-矸石浆体制备系统；Ⅲ-井下矸石浆体立体充填系统；1-原煤带式输送机；2-正弦筛；3-煤仓；4-原煤转载皮带；5-返煤皮带；6-煤矸分选设备；7-矸石仓；8-矸石转载皮带；9-矸石破碎机；10-矸石上料皮带；11-原煤提升皮带；12-研磨制浆机；13-渣浆泵；14-存储搅拌池；15-工业充填泵；16-低位灌浆浆体输送管路；17-邻位注浆浆体输送管路；18-工作面运输巷；19-工作面辅运巷；20-仰斜钻孔；21-辅助运输大巷；22-煤仓上口机头硐室；23-煤矸分选硐室；24-矸石研磨泵送硐室；25-工作面回风巷；26-采空区；27-煤层；28-煤层上覆岩层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，包括煤矿井下煤矸分选系统Ⅰ、矸石浆体制备系统Ⅱ和矸石浆体立体充填系统Ⅲ。
所述井下煤矸分选系统Ⅰ的原煤来自于采煤工作面采煤系统和掘进工作面采煤系统，由采、掘设备采出并通过原煤带式输送机1将其转载至井底煤仓上口机头硐室22。
所述井下煤矸分选系统Ⅰ包括正弦筛2、原煤转载皮带4、煤矸分选设备6、返煤皮带5、矸石仓7、煤矸分选硐室23；原煤通过正弦筛2后末煤直接进入煤仓3，块煤通过原煤转载皮带4进入煤矸分选硐室23。首先煤矸分选设备6进行煤矸分选，分选后的矸石进入矸石仓7，分选后的精煤通过返煤皮带5返回煤仓3。
所述井下矸石浆体制备系统Ⅱ包括矸石破碎机9、矸石转载皮带8、矸石上料皮带10、研磨制浆机12、渣浆泵13、存储搅拌池14、矸石研磨制浆硐室24；矸石从矸石仓7下口进入矸石研磨制浆硐室23，首先由矸石转载皮带8输送至矸石破碎机9，然后将矸石破碎后由矸石上料皮带10输送至研磨制浆机12进行研磨制浆，最后将制成的矸石浆体由渣浆泵13泵送至存储搅拌池14中。
所述矸石浆体立体充填系统Ⅲ包括工业充填泵15、矸石浆体输送管路及钻机钻具；存储搅拌池14中的矸石浆体在工业充填泵15的动力作用下将矸石浆体依次输送至辅助运输大巷21、工作面运输巷18和工作面辅运巷19，再经低位灌浆浆体输送管路16、邻位注浆浆体输送管路17、仰斜钻孔20后，最终注入到采空区26和采空区侧工作面运输巷18、工作面回风巷25中。
如图2所示，所述采煤工作面采煤系统和掘进工作面采煤系统原煤首先进行筛选，筛孔尺寸根据煤矸分选设备要求进行确定，筛下末煤直接进入煤仓，筛上块煤进入煤矸分选系统。
所述煤矸分选系统位于井底煤仓附近，其中正弦筛位于煤仓上方且筛板可根据需要进行翻转。
所述矸石浆体制备系统位于矸石仓下口巷硐内，且矸石破碎机、矸石转载皮带、研磨机、渣浆泵、存储搅拌池呈线性布置。
所述矸石浆体制备系统和矸石浆体立体充填系统所需的水，均来源于矿井水。
如图3，所述低位灌浆注浆充填方法中，矸石浆体管路布置在本工作面回采巷道内；所述邻位注浆充填方法中，矸石浆体管路布置在邻近工作面巷道里，注浆充填时，从区段煤柱向邻近采空区施工仰斜高位注浆钻孔，矸石浆体注入冒落带内。
下面具体说明一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统及方法，包括以下步骤：
1)采煤工作面和掘进工作面由采、掘设备采出原煤后，通过带式输送机将其转载至井底煤仓上口；
2)原煤通过井下连续运输系统到达煤仓上口后，首先通过位于煤仓上方的正弦筛，经筛分后，末煤直接落入煤仓，块煤进入煤矸分选设备进行分选，分选后的矸石进入矸石仓，分选后的精煤返回煤仓；
3)矸石从矸石仓下口由矸石转载皮带输送至矸石破碎机，将矸石破碎后输送至研磨制浆机进行研磨制浆，制成的矸石浆体由渣浆泵泵送至存储搅拌池中；
4)存储搅拌池中的矸石浆体在工业充填泵的动力作用下，通过矸石浆体输送管路将矸石浆体输送至回采工作面巷道或邻近巷道，通过低位灌浆或邻位注浆的方式将其注入采空区中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本发明技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下。还可以做出若干改进或润色，这些改进和润色也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，其特征在于，包括煤矿井下煤矸分选系统、矸石浆体制备系统Ⅱ和矸石浆体立体充填系统Ⅲ；其中，
所述井下煤矸分选系统Ⅰ的原煤来自于采煤工作面采煤系统和掘进工作面采煤系统，由采、掘设备采出并通过原煤带式输送机(1)将其转载至井底煤仓上口；井下煤矸分选系统包括正弦筛(2)、原煤转载皮带(4)、煤矸分选设备(6)、返煤皮带(5)和矸石仓(7)；原煤通过正弦筛(2)后末煤直接进入煤仓(3)，块煤通过原煤转载皮带(4)进入煤矸分选设备(6)进行分选，分选后的矸石进入矸石仓(7)，分选后的精煤通过返煤皮带(5)返回煤仓(3)；
所述井下矸石浆体制备系统Ⅱ包括矸石破碎机(9)、矸石转载皮带(8)、矸石上料皮带(10)、研磨制浆机(12)、渣浆泵(13)、存储搅拌池(14)；矸石从矸石仓(7)下口由矸石转载皮带(8)输送至矸石破碎机(9)，将矸石破碎后由矸石上料皮带(10)输送至研磨制浆机(12)进行研磨制浆，制成的矸石浆体由渣浆泵(13)泵送至存储搅拌池(14)中；
所述矸石浆体立体充填系统Ⅲ包括工业充填泵(15)、矸石浆体输送管路及钻机钻具；存储搅拌池(14)中的矸石浆体在工业充填泵(15)的动力作用下将矸石浆体依次输送至辅助运输大巷(21)、工作面运输巷(18)和工作面辅运巷(19)，再经低位灌浆浆体输送管路(16)、邻位注浆浆体输送管路(17)、仰斜钻孔(20)后，最终注入到采空区(26)。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，其特征在于，所述采煤工作面采煤系统和掘进工作面采煤系统原煤首先进行筛选，筛孔尺寸根据煤矸分选设备(6)要求进行确定，筛下末煤直接进入煤仓(3)，筛上块煤进入煤矸分选系统。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，其特征在于，井下煤矸分选系统Ⅰ位于井底煤仓附近，其中正弦筛(2)位于煤仓上方且筛板那个根据需要进行翻转。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，其特征在于，矸石浆体制备系统Ⅱ位于矸石仓下口巷硐内，且矸石破碎机(9)、矸石转载皮带(8)、研磨制浆机(12)、渣浆泵(13)、存储搅拌池(14)呈线性布置。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，其特征在于，述矸石浆体制备系统Ⅱ和矸石浆体立体充填系统Ⅲ所需的水，均来源于矿井水。
6.一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至5中任一项所述的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填系统，包括以下步骤：
1)采煤工作面和掘进工作面由采、掘设备采出原煤后，通过带式输送机将其转载至井底煤仓上口；
2)原煤通过井下连续运输系统到达煤仓上口后，首先通过位于煤仓上方的正弦筛，经筛分后，末煤直接落入煤仓，块煤进入煤矸分选设备进行分选，分选后的矸石进入矸石仓，分选后的精煤返回煤仓；
3)矸石从矸石仓下口由矸石转载皮带输送至矸石破碎机，将矸石破碎后输送至研磨制浆机进行研磨制浆，制成的矸石浆体由渣浆泵泵送至存储搅拌池中；
4)存储搅拌池中的矸石浆体在工业充填泵的动力作用下，通过矸石浆体输送管路将矸石浆体输送至回采工作面巷道或邻近巷道，通过低位灌浆或邻位注浆的方式将其注入采空区中。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿井下选磨泵充一体化矸石浆体充填方法，其特征在于，低位灌浆注浆充填方法中，矸石浆体管路布置在本工作面回采巷道内；邻位注浆充填方法中，矸石浆体管路布置在邻近工作面巷道里，注浆充填时，从区段煤柱向邻近采空区施工仰斜高位注浆钻孔，矸石浆体注入冒落带内。
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