膏体充填优化系统预防堵管

膏体充填优化系统预防堵管

解飞翔

解飞翔（淄博矿业集团公司岱庄煤矿）

摘要：矸石膏体充填开采，就是在建筑物下压煤条带开采后遗留的条带煤柱中，留设3～5m窄煤柱沿空送巷布置工作面，采用粉碎煤矸石、粉煤灰、专用胶结料和水配置成不泌水的牙膏状浆体，通过充填泵管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内，实现村庄不搬迁，安全开采建筑物下遗留条带煤柱。

关键词：充填开采膏体充填优化系统预防堵管

0引言

岱庄煤矿是淄博矿业集团有限责任公司（以后简称淄矿集团）在济宁北建设的第二对大型现代化矿井，矿井地面村庄稠密，已形成连片的村庄群，井田内平均每平方公里1.2座村庄，每个采区地面均有多个村庄压煤。村庄压煤量大、面广，加上矿井地处济宁市区城乡结合部的优越地理位置条件，压煤村庄无处可迁。尽管矿井采用条带垮落法开采法能够满足岱庄煤矿不迁村采煤对地表沉陷变形的要求，但是却丢失了50%以上宝贵的煤炭资源。如果不对遗留条带煤柱进行充填开采，矿井储量和寿命都将缩短到原来的50%左右，并且造成开拓布局不合理，经济效益差等弊端。同时，随着济宁市城区和周边农村的发展，矿井压煤量不断增加，矿井服务年限大大缩短。因此，为提高资源回收率，延长矿井服务年限，实现企业可持续发展，寻求一种科学可行的技术途径实施遗留条带煤柱开采是十分必要的。

1制约膏体充填的瓶颈问题—堵管

据统计，国内的已经通过验收的膏体充填项目所发生的大型事故中，堵管问题不仅频率高，而且损失严重

2岱庄煤矿的膏体充填特点

岱庄煤矿膏体充填过程是一个先将矸石破碎加工，然后把矸石、粉煤灰、专用胶结料和水等物料按比例混合搅拌制成膏体浆液，再通过充填泵把膏体浆液输送到井下充填工作面，充填由液压充填支架和辅助隔离措施形成的封闭采空区空间的过程，经过多方案优化以后，设计推荐的充填工艺的流程，可以划分为矸石破碎、配比搅拌、管道泵送、充填体构筑四个基本环节。

3解决堵管的设计方案保证

3.1矸石破碎加工子系统——保护加工合格的骨料

膏体充填对矸石破碎加工的要求有关膏体充填材料配比实验表明，矸石作为膏体充填的骨料，需要有合理的粒级组成，才能够使膏体充填材料既具有良好的流动性能，又具有较高的强度性能，为此对矸石破碎加工有以下要求：①最大粒度小于25mm。确定最大粒度小于25mm，而没有象金川有色金属公司等充填要求的5mm，主要考虑：其一，成品矸石粒度大，节约矸石加工能耗；其二，成品矸石粒度大，有关破碎机、振动筛设备能够适应更高水分的矸石，不易粘堵，系统适应性强；其三，成品矸石粒度大，对充填工作面隔离措施要求较低，有利于缩短隔离墙准备时间，提高有效充填时间，有利于减少隔离辅助材料成本；其四，经过实验，最大粒度小于25mm的矸石膏体同样具有良好的输送性能和浆体不分层、不泌水性能，能够长距离输送。②小于5mm颗粒所占比例40%左右，最少不低于30%，最高不大于50%。

破碎加工以后要能够满足上述要求，一般是按照-5mm、5~25mm两种规格分级、分别存储，然后再按设计比例配合使用。考虑到充填材料允许矸石粗细颗粒比例变化范围较大，为了简化矸石破碎系统，节省投资，本项目矸石只按-25mm一种规格加工，加工出来的矸石中需要控制的-5mm颗粒比例通过调节破碎机出料口大小，改变破碎矸石中-5mm比例来保证，具体调节办法，在破碎机安装调试期间测定出料口大小与出料中-5mm颗粒比重确定。

3.2配比搅拌合格的料浆煤矸石、粉煤灰（矿内、矿外两种）、胶结料和水在使用前贮存方式是：破碎加工好的矸石存放在矸石仓，粉煤灰、胶结料分别存放在各自的圆筒仓内，水来自矿井排水系统，贮存在蓄水池内。按一定的配比进行配比，如果采用长壁工作面全部充填方法，要求充填体28d抗压强度不大于1.0~1.5Mpa。

配比搅拌工艺过程分四步：

第一步，称料。充填各种材料称料同时进行，其中，矸石采用仓下称料斗计量，称好的矸石放入皮带输送机，送到充填楼三层矸石缓冲斗；粉煤灰、胶结料则通过螺旋给料机向各自的称量斗中加料，水则通过水泵从水池向称量斗内供水计量，达到设计值即停止计量。

第二步，投料。在确定搅拌机的放浆口关闭，搅拌机处于空机状态，同时打开称量斗和矸石缓冲斗将称好的各种材料快速投入搅拌机内。投完料后随即关闭各称量斗和矸石缓冲斗闸门。

第三步，搅拌。膏体充填材料中胶结料用量少，需要比一般混凝土更长的搅拌时间才能够制成质量良好的膏体浆液，根据中国矿业大学实践经验，每次搅拌时间设置为50s。

第四步，放浆。当搅拌时间达到50s，将搅拌机放浆口打开，把拌制好的膏体浆液放入料浆斗，供充填泵输送下井。料浆放完以后，随即关闭好放浆门。

为了提高系统制浆能力，在投料完成以后，即进行下一循环称料工作，上一罐料搅拌机拌好前，下一循环已经准备好，如此不断循环，直到设计任务全部完成。

3.3充填泵送合格的物料

膏体充填料浆采用专用充填泵加压管道输送。

在充填系统中，搅拌机搅拌好的料浆先放入浆体缓冲斗，浆体缓冲斗靠浆体自重给充填泵供料，经过充填泵加压后的充填料浆通过管道，由充填站附近的充填钻孔下井，再沿巷道管道输送到充填工作面，在充填工作面采用闸板阀布料、控制采空区充填顺序。

4保证合格骨料、搅拌料浆、泵送物料关键环节——除杂

4.1矸石中所含的杂物类型①金属类：包括井下使用的用来捆绑用的铁丝、钢丝绳，用来焊接的小铁片、掘进设备中的几倒等。②橡胶类：各种电缆绝缘皮、井下胶带输送机皮带、塑料袋等有机物垃圾。③木类：其中有井下用来支护的坑木的碎片、用来支撑的楔子。④危险类的包括掘进队使用未响的雷管等。⑤其他包括井下破碎风筒布类的杂物。

4.2根据杂物类型在原设计方案中系统中的除杂环节①在装载机处派专人除杂。②在受矸石入口处家筛箅子。③在皮带机头家除铁器。④通过强力振动筛分级除杂。⑤通过充填泵入口处和搅拌机下边的格栅来控制物料。

4.3优化后的新增的除杂环节①在破碎车间一楼，高细破碎机一楼增加除杂筛子一台，在成品矸石料上来入仓以前最后把关。②在301、302增加除铁器，矸石骨料在入搅拌机前自动被检。

5效益分析

5.1经济效益减少堵管产生的损失即为效益，按小屯的损失计算为45+15+16+30=106（万），所以产生的直接效益为106万，如果不出现堵管，工作面采煤可以达到一个标准。

5.2社会效益由于减少了堵管环节，大大增强了工艺的可靠性，增强了对于新工艺新技术成功的信心。