CN112576300B - 一种集约化井下煤矸分离系统及施工方法 - Google Patents

一种集约化井下煤矸分离系统及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集约化井下煤矸分离系统及施工方法，属于煤矿井下煤矸分离及充填技术领域，集约化井下煤矸分离系统包括煤矸分离系统、煤矸运输系统、矸石破碎系统及充填料存储系统；煤矸运输系统包括原煤运输皮带大巷、入洗皮带巷、末煤皮带巷、精煤皮带巷、转运皮带巷、矸石入仓巷；煤矸分离系统包括滚轴筛、颚式破碎机、脉动跳汰机、精煤斗提机、矸石斗提机；施工方法为依次设置精煤皮带巷、精煤处理区、破碎分离区、转运皮带巷、预破碎区、入洗皮带巷及末煤皮带巷。本发明可简化矸石提升系统，有利于安全管理和降低成本，具有减少占用土地，减少固体废弃物污染，促进资源开发与生态环境协调发展等优点。

Description

一种集约化井下煤矸分离系统及施工方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下煤矸分离及充填技术领域，具体的涉及一种集约化井下煤矸分离系统及施工方法。
背景技术
煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括巷道、井硐和采掘面等等。是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域，一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时，一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭，此为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。
“三下压煤”是指建筑物下、铁路下、水体下压煤，矿井受“三下压煤”影响日益严重，且随着矿井的不断延深，矸石提升系统日趋复杂、安全管理难度大、成本逐渐增加，且矸石提升后既增加了地面占用面积，也加大了固体废弃物的污染，影响工作和生活环境。为保证矸石不升井及矿井长远可持续发展，需要对“三下压煤”情况进行系统分析，对井下煤矸分离工艺及系统建设进行研究，并设置集约化井下煤矸分离系统及施工方法。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种集约化井下煤矸分离系统及施工方法，其构成“运、选、分、破、储”一体化、集约化系统，可简化矸石提升系统，有利于安全管理和降低成本，具有减少占用土地，减少固体废弃物污染，促进资源开发与生态环境协调发展等优点。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种集约化井下煤矸分离系统，包括煤矸分离系统、煤矸运输系统、矸石破碎系统及充填料存储系统，
所述煤矸运输系统包括原煤运输皮带大巷、入洗皮带巷、末煤皮带巷、精煤皮带巷、转运皮带巷、矸石入仓巷，所述入洗皮带巷、末煤皮带巷及精煤皮带巷均位于原煤运输皮带大巷的同一侧并分别与原煤运输皮带大巷连通，所述入洗皮带巷背向原煤运输皮带大巷的一端设有预破碎区，所述末煤皮带巷背向原煤运输皮带大巷的一端设有破碎分离区，所述精煤皮带巷背向原煤运输皮带大巷的一端设有精煤处理区，所述预破碎区通过转运皮带巷与破碎分离区连通，所述破碎分离区与精煤处理区贯通，所述破碎分离区背向末煤皮带巷的一端设有矸石入仓巷；
所述煤矸分离系统包括滚轴筛、颚式破碎机、脉动跳汰机、精煤斗提机、矸石斗提机，所述颚式破碎机设有两台，所述滚轴筛包括一级滚轴筛和二级滚轴筛，所述预破碎区设有一台颚式破碎机和连接于该颚式破碎机输出端的一级滚轴筛，所述一级滚轴筛的输出端与转运皮带巷连通；所述破碎分离区设有一台颚式破碎机和连接于该颚式破碎机输出端的二级滚轴筛，所述二级滚轴筛筛下的输出端与末煤皮带巷连通，所述脉动跳汰机连接于二级滚轴筛筛上的输出端，所述矸石斗提机和精煤斗提机分别与脉动跳汰机的两个输出端对应连接，所述精煤处理区内设有与精煤斗提机的输出端连接的精煤脱水筛，所述精煤脱水筛的输出端与精煤皮带巷连通，所述矸石斗提机的输出端与矸石入仓巷的输入端连通；
所述矸石破碎系统包括煤用锤式破碎机，所述煤用锤式破碎机的输入端与矸石入仓巷的输出端连通；所述充填料存储系统包括设于回采工作面内的矸石仓，所述煤用锤式破碎机设于矸石仓的上端口处。
进一步地，所述一级滚轴筛的筛孔孔径为200mm，所述二级滚轴筛的筛孔孔径为25mm。
进一步地，所述矸石破碎系统30包括设于煤用锤式破碎机输出端的筛体，且该筛体的筛孔孔径为20mm。
进一步地，所述矸石仓的深度为12m，直径为6m，容量为210m3。
本发明还提供了一种集约化井下煤矸分离系统施工方法，包括如下步骤：
S1、自分运车场开门施工贯通原煤运输皮带大巷的巷道，该巷道的宽度为3.6m，高度为3m，形成精煤皮带巷；
S2、自分运车场对应精煤皮带巷的端部施工出洗选硐室，施工时分层掘进，巷道的宽度为6.3m、高度为7.1m，形成精煤处理区；
S3、在精煤处理区的端部按0°平推施工，巷道的宽度为6.3m、高度为4m，形成破碎分离区；
S4、在步骤S3中施工至7.6m位置时于巷道右帮按0°平推施工，巷道宽度为4m、高度为4.9m，形成用于设置矸石斗提机的区域；
S5、在破碎分离区的端部继续按0°平推施工，巷道宽度为3.6m，高度为4m，形成转运皮带巷；
S6、在转运皮带巷的端部继续按0°平推施工，施工时分层掘进，巷道宽度为6.0m，高度为7.7m，形成预破碎区；
S7、在预破碎区的左帮施工至贯通原煤运输皮带大巷，形成入洗皮带巷15；
S8、在破碎分离区进行卧底，施工至贯通原煤运输皮带大巷，形成末煤皮带巷。
进一步地，在步骤S8中，末煤皮带巷倾斜施工。
进一步地，在回采工作面规划矸石仓的设置位置，然后施工出连通矸石仓的设置位置与用于设置矸石斗提机的区域的矸石入仓巷。
3.有益效果
(1)本发明包括煤矸分离系统、煤矸运输系统、矸石破碎系统及充填料存储系统，煤矸分离系统包括用于对原煤进行初步破碎的颚式破碎机和一级滚轴筛，可将原煤破碎至200mm以下；包括用于对原煤进一步破碎的颚式破碎机和二级滚轴筛，可将原煤进一步破碎；包括脉动跳汰机，可实现煤与矸石的分离，煤矸运输系统包括入洗皮带巷，可用于将原煤送至预破碎区进行初步破碎；包括转运皮带巷，可将初步破碎后的原煤送至破碎分离区进行再次破碎和分离；包括末煤皮带巷，可将25mm以下的原煤送回原煤运输皮带大巷；包括精煤皮带巷，可将分离出的精煤送至原煤运输皮带大巷；包括矸石入仓巷，可将分选出的矸石送至充填处；相应巷道内设置输送带可实现相应物料的自动输送；矸石破碎系统可实现对矸石的破碎，充填料存储系统用于充填矸石，则本发明可实现充填矸石运输、分选、破碎、储存的一体化和自动化，系统整体结构简单、系统运行稳定可靠，是绿色环保、安全高效的机械化矸石输送系统。
(2)本发明在井下将部分矸石从原煤中分选出来，经破碎后填充到回采工作面内，一方面，减少了需要提升的矸石的量，提高了主井有效提升能力，有利于安全管理和降低成本，提高了矿井经济效益；另一方面，使工业废弃物(粉煤灰、矸石山、矿井废水)得以资源化利用，减少了土地占用，保护了生态环境，促进了资源开发与生态环境协调发展。
(3)本发明在井下进行煤矸分离，可得精煤，精煤送回原煤运输皮带大巷，提高了原煤煤质；将部分矸石用于井下充填，减少地面入洗矸石量，降低了地面洗煤厂的开机时间。
(4)本发明实施井下分矸、运矸一体化运行，配合充填技术，解放井下压煤，挖潜浅部煤柱资源，开采系统及环节简单，经济效益明显，在目前矿井开采现状及国内煤炭市场形势下，对于延长矿井服务年限，最大程度地回收宝贵煤炭资源，提高投资回报率，具有重要的社会效益与经济效益。
综上，本发明构成“运、选、分、破、储”一体化、集约化系统，可简化矸石提升系统，有利于安全管理和降低成本，具有减少占用土地，减少固体废弃物污染，促进资源开发与生态环境协调发展等优点。
附图说明
图1为集约化井下煤矸分离系统的示意图，图中的箭头表示相应巷道内物料的运输方向；
图2为集约化井下煤矸分离系统主要工作过程的简单示意图；
图3为煤矸分离系统装配设备的示意图；
图4为煤矸运输系统的矿建工程示意图。
附图标记：1、颚式破碎机；2、一级滚轴筛；3、转运皮带巷；4、末煤皮带巷；5、二级滚轴筛；6、矸石斗提机；7、脉动跳汰机；8、精煤斗提机；9、矸石入仓巷；10、精煤脱水筛；11、煤用锤式破碎机；12、矸石仓；13、精煤皮带巷；14、原煤运输皮带大巷；15、入洗皮带巷；16、预破碎区；17、破碎分离区；18、精煤处理区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
一种集约化井下煤矸分离系统施工方法，包括如下步骤：
1、煤矸运输系统的施工
S1、自分运车场开门施工贯通原煤运输皮带大巷14的巷道，该巷道的宽度为3.6m，高度为3m，形成精煤皮带巷13；
S2、自分运车场对应精煤皮带巷13的端部施工出洗选硐室，施工时分层掘进，巷道的宽度为6.3m、高度为7.1m，形成精煤处理区18；
S3、在精煤处理区18的端部按0°平推施工，巷道的宽度为6.3m、高度为4m，形成破碎分离区17；
S4、在步骤S3中施工至7.6m位置时于巷道右帮按0°平推施工，巷道宽度为4m、高度为4.9m，形成用于设置矸石斗提机6的区域；
S5、在破碎分离区17的端部继续按0°平推施工，巷道宽度为3.6m，高度为4m，形成转运皮带巷3；
S6、在转运皮带巷3的端部继续按0°平推施工，施工时分层掘进，巷道宽度为6.0m，高度为7.7m，形成预破碎区16；
S7、在预破碎区16的左帮施工至贯通原煤运输皮带大巷14，形成入洗皮带巷15；
S8、在破碎分离区17进行卧底，施工至贯通原煤运输皮带大巷14，形成倾斜设置的末煤皮带巷4；
S9、在回采工作面规划矸石仓12的设置位置，然后施工出连通矸石仓12的设置位置与用于设置矸石斗提机6的区域的矸石入仓巷9，即形成如图4所示的煤矸运输系统。
2、煤矸分离系统的设置
如图1-图3所示，在预破碎区16内设置一台颚式破碎机1和连接于该颚式破碎机1输出端的一级滚轴筛2，在破碎分离区17设置一台颚式破碎机1、连接于该颚式破碎机1输出端的二级滚轴筛5以及连接于二级滚轴筛5筛上的输出端的脉动跳汰机7，并将二级滚轴筛5筛下的输出端连通至末煤皮带巷4；然后设置连接于脉动跳汰机7的一个输出端到精煤处理区18的精煤斗提机8，并在精煤处理区18内设置精煤脱水筛10，且精煤脱水筛10的输出端与精煤皮带巷13连通；在相应区域设置与脉动跳汰机7的另一个输出端连接的矸石斗提机6，矸石斗提机6的输出端与矸石入仓巷9连通；在入洗皮带巷15、转运皮带巷3、末煤皮带巷4、精煤皮带巷13、矸石入仓巷9内均设置输送带。
3、矸石破碎系统及充填料存储系统的设置
在回采工作面上所规划的矸石仓12的设置位置设置矸石仓12，并在矸石仓12的上端口处安装煤用锤式破碎机11，并将煤用锤式破碎机11的输入端连接于矸石入仓巷9内输送带的输出端，将煤用锤式破碎机11的输出端与矸石仓12的上端口连通。
上述集约化井下煤矸分离系统的具体工作过程为：
如图1及图2所示，井下原煤主运系统中的煤矸石(即原煤)经卸煤器卸载至入洗皮带巷15，并沿相应输送带输送至预破碎区16，然后原煤经颚式破碎机1破碎，并经一级滚轴筛2筛选，最终得到规格在200mm以下的原煤；200mm以下的原煤经转运皮带巷3内的输送带输送至破碎分离区17，经过另一台颚式破碎机1的进一步破碎，并经二级滚轴筛5筛选，25mm以下的原煤经末煤皮带巷4返回到原煤运输皮带大巷14中，25mm-200mm的原煤进入脉动跳汰机7，原煤在脉动跳汰机7作用下实现煤矸分离，分离出的精煤通过精煤斗提机8进入精煤脱水筛10，精煤在精煤脱水筛10的作用下脱水后通过精煤皮带巷13返回到原煤运输皮带大巷14中，分选出的矸石经矸石斗提机6转载至矸石入仓巷9，经相应输送带被输送至煤用锤式破碎机11内，矸石经过更进一步地破碎后，规格为不大于20mm，满足充填要求，破碎后的矸石直接储存于矸石仓12内，在矸石转运过程中起到缓冲作用，以实现连续充填。
由上述内容可知，本发明构成“运、选、分、破、储”一体化、集约化系统，可简化矸石提升系统，有利于安全管理和降低成本，具有减少占用土地，减少固体废弃物污染，促进资源开发与生态环境协调发展等优点。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种集约化井下煤矸分离系统，其特征在于，包括煤矸分离系统、煤矸运输系统、矸石破碎系统及充填料存储系统，
所述煤矸运输系统包括原煤运输皮带大巷（14）、入洗皮带巷（15）、末煤皮带巷（4）、精煤皮带巷（13）、转运皮带巷（3）、矸石入仓巷（9），所述入洗皮带巷（15）、末煤皮带巷（4）及精煤皮带巷（13）均位于原煤运输皮带大巷（14）的同一侧并分别与原煤运输皮带大巷（14）连通，所述入洗皮带巷（15）背向原煤运输皮带大巷（14）的一端设有预破碎区（16），所述末煤皮带巷（4）背向原煤运输皮带大巷（14）的一端设有破碎分离区（17），所述精煤皮带巷（13）背向原煤运输皮带大巷（14）的一端设有精煤处理区（18），所述预破碎区（16）通过转运皮带巷（3）与破碎分离区（17）连通，所述破碎分离区（17）与精煤处理区（18）贯通，所述破碎分离区（17）背向末煤皮带巷（4）的一端设有矸石入仓巷（9）；
所述煤矸分离系统包括滚轴筛、颚式破碎机（1）、脉动跳汰机（7）、精煤斗提机（8）、矸石斗提机（6），所述颚式破碎机（1）设有两台，所述滚轴筛包括一级滚轴筛（2）和二级滚轴筛（5），所述预破碎区（16）设有一台颚式破碎机（1）和连接于该颚式破碎机（1）输出端的一级滚轴筛（2），所述一级滚轴筛（2）的输出端与转运皮带巷（3）连通；所述破碎分离区（17）设有一台颚式破碎机（1）和连接于该颚式破碎机（1）输出端的二级滚轴筛（5），所述二级滚轴筛（5）筛下的输出端与末煤皮带巷（4）连通，所述脉动跳汰机（7）连接于二级滚轴筛（5）筛上的输出端，所述矸石斗提机（6）和精煤斗提机（8）分别与脉动跳汰机（7）的两个输出端对应连接，所述精煤处理区（18）内设有与精煤斗提机（8）的输出端连接的精煤脱水筛（10），所述精煤脱水筛（10）的输出端与精煤皮带巷（13）连通，所述矸石斗提机（6）的输出端与矸石入仓巷（9）的输入端连通；
所述矸石破碎系统包括煤用锤式破碎机（11），所述煤用锤式破碎机（11）的输入端与矸石入仓巷（9）的输出端连通；所述充填料存储系统包括设于回采工作面内的矸石仓（12），所述煤用锤式破碎机（11）设于矸石仓（12）的上端口处。
2.根据权利要求1所述的一种集约化井下煤矸分离系统，其特征在于，所述一级滚轴筛（2）的筛孔孔径为200mm，所述二级滚轴筛（5）的筛孔孔径为25mm。
3.根据权利要求1所述的一种集约化井下煤矸分离系统，其特征在于，所述矸石破碎系统（30）包括设于煤用锤式破碎机（11）输出端的筛体，且该筛体的筛孔孔径为20mm。
4.根据权利要求1所述的一种集约化井下煤矸分离系统，其特征在于，所述矸石仓（12）的深度为12m，直径为6m，容量为210m3。
5.一种如权利要求1所述的集约化井下煤矸分离系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、自分运车场开门施工贯通原煤运输皮带大巷（14）的巷道，该巷道的宽度为3.6m，高度为3m，形成精煤皮带巷（13）；
S2、自分运车场对应精煤皮带巷（13）的端部施工出洗选硐室，施工时分层掘进，巷道的宽度为6.3m、高度为7.1m，形成精煤处理区（18）；
S3、在精煤处理区（18）的端部按0°平推施工，巷道的宽度为6.3m、高度为4m，形成破碎分离区（17）；
S4、在步骤S3中施工至7.6m位置时于巷道右帮按0°平推施工，巷道宽度为4m、高度为4.9m，形成用于设置矸石斗提机（6）的区域；
S5、在破碎分离区（17）的端部继续按0°平推施工，巷道宽度为3.6m，高度为4m，形成转运皮带巷（3）；
S6、在转运皮带巷（3）的端部继续按0°平推施工，施工时分层掘进，巷道宽度为6.0m，高度为7.7m，形成预破碎区（16）；
S7、在预破碎区（16）的左帮施工至贯通原煤运输皮带大巷（14），形成入洗皮带巷（15）；
S8、在破碎分离区（17）进行卧底，施工至贯通原煤运输皮带大巷（14），形成末煤皮带巷（4）。
6.如权利要求5所述的集约化井下煤矸分离系统的施工方法，其特征在于，在步骤S8中，末煤皮带巷（4）倾斜施工。
7.如权利要求5所述的集约化井下煤矸分离系统的施工方法，其特征在于，在回采工作面规划矸石仓（12）的设置位置，然后施工出连通矸石仓（12）的设置位置与用于设置矸石斗提机（6）的区域的矸石入仓巷（9）。
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