煤礦井下采選充采一體化關鍵技術研究

郭二鵬

摘 要：本文主要介紹了煤礦井下采選充填一體化生產技術，并分析其急需解決的技術問題難點，對煤礦井下采選充采一體化生產系統布置進行了詳細的分析，并結合井下煤矸分選系統和充填采煤系統布置及工藝，對采選充填一體化生產技術進行了研究。

關鍵詞：固體充填開采；采選充采；一體化

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

0 緒論

傳統的頂板垮落采煤方式，在開采后將頂板進行垮落，會造成地表沉陷、矸石排放等環境問題，同時，在開采“三下”壓煤時，傳統的頂板垮落采煤方式也存在諸多問題，不能滿足煤礦綠色開采的理念。所以，綜合機械化固體充填采煤技術已逐步被人們所重視，并在實際運用中取得了較好的經濟社會效益，但綜合機械化固體充填采煤技術仍需將井下原煤混矸提升至地面，在經洗選后由投料機運送至工作面進行填充作業，礦井輔助提升和地面洗煤廠壓力較大，成本較高。

1 煤礦井下采選充采一體化技術原理

采選充采一體化生產模式，是指在井下建立煤矸分選系統，將矸石破碎后，利用綜合機械化固體充填采煤技術處理采空區的技術。其將采煤、煤矸分選、固體充填三部分結合，在井下完成“采、分、充、采”的循環閉合開采體系，其主要包括井下煤矸分選系統和井下固體充填采煤系統兩部分。這種生產模式具有很大的優勢，一方面，能夠有效提升“三下”壓煤資源的利用率，大大地減輕了地面洗煤廠的工作負擔；另一方面，還能對矸石進行有效處理，對塌陷問題予以有效控制，起到一定的環境保護作用。

2 井下采選充采一體化技術難點

（1）井下煤矸分選系統。由于井下地質條件、環境、空間等與井上存在較大區別，所以地面選煤廠所運用的分選工藝與設備無法運用到井下作業中。為了有效滿足井下作業要求，應對地面分選設備進行適當簡化，改進系統工藝，可通過模塊化設計方法，實現井下有效運輸管理。具體而言，井下煤矸分選系統的技術難點如下：與原有運輸系統的協調，巷道及安裝硐室的布置；相關分選設備的研發及分選技術的選擇；與綜合機械化固體充填采煤相配套；用水及煤泥水的處理。

（2）井下固體充填采煤系統。綜合機械化固體充填采煤技術工藝系統主要包括采煤和充填，首先進行采煤作業形成充填空間，在不干擾采煤作業的前提下開始充填作業，并能及時控制采空區頂板垮落、具有一定的承載強度。具體而言，井下固體充填采煤系統的技術難點為：初始承載強度不合理；采煤系統與矸石充填系統銜接存在一定困難；充填空間不合理；矸石充填物料在輸送方面存在一定難度。

3 井下采選充采一體化系統布置

3.1 井下煤矸分選系統布置

目前應用較為廣泛、工業應用成熟的煤矸分選技術有重介質選煤、跳汰選煤、干法選煤等。動篩跳汰分選技術以其工藝布置簡單、分選率高、體積小用水量少等特點，使用較為廣泛，井下動篩跳汰分選系統主要有直接布置方式和輔助布置方式兩種。

（1）直接布置方式。是將動篩跳汰分選系統在原煤集中運輸巷等空間內，直接布置在原煤運輸的方向上，這種布置方式易操作、環節少、投入少，但其對礦井運輸系統干擾較大，如果出現故障，將使整個礦井的原煤運輸系統出現問題，且對煤矸分選設備性能及管理要求極高。

（2）輔助布置方式 。是在原煤運輸巷道附近，與巷道直交或斜交方向重新掘進一條分選巷道和硐室，井下煤矸分選系統獨立于原煤運輸系統布置在分選巷道及硐室內，這種布置方式具有便于維修、對原煤運輸干擾小、適應性強的優點，但是需要掘進分選巷道及硐室，投入較大。

3.2 井下充填采煤系統布置

從工作實質上講，井下充填采煤工作面由充填、采煤兩個工作面結合而成，以此實現兩者的同時作業。固體充填采煤工作面在綜采工作面后部增加了矸石充填系統，回風順槽內增加充填物料輸送系統，固體充填采煤系統主要包括：地面運輸系統、投料系統、井下運輸系統和工作面充填采煤作業系統。

（1）地面運輸系統。地面運輸系統是將地面的矸石從矸石山經破碎、篩分后輸送至投料系統上口，其是充填工作面的第一步，是保證地面矸石輸送至井下的關鍵。地面輸送系統主要包括裝載機、膠帶輸送機、篩分機、破碎機四部分

（2）投料系統 。投料系統作為井下與地面的接連通道，是井下充填采煤系統中的重要組成部分之一。地面矸石在經過篩選、破碎與存儲等環節后，在地面運輸系統的工作下將其輸送到投料井的井口位置，矸石被投放至投料井內經過緩沖裝置緩沖后進入井下充填矸石儲料倉，工作面進行充填作業時將其通過料倉下部給料機放出，再運至充填采煤工作面，以供充填作業使用。

（3）井下運輸系統 。井下運輸系統是將由投料井運輸至井下的矸石，在矸石運輸皮帶的運輸下到達充填系統工作面。通過對膠帶輸送機的運用，實現了矸石的連續輸送，以此滿足充填系統工作面對矸石的需求，保證了充填工作的正常實施。可以說，井下運輸系統對保證充填采煤系統的正常運行起到不可取代的作用。

（4）工作面充填采煤作業系統。該系統是保證充填采煤工作順利進行的關鍵系統，主要由兩部分構成其工作面。第一部分為采煤工作面，其工作原理類似于一般采煤工作面；第二部分為充填工作面，主要包括自移式充填物料轉載機、充填采煤液壓支架與多孔底卸式充填輸送機等。

4 結論

本文介紹了煤礦井下采選充填一體化生產技術，并分析其急需解決的技術問題難點，對煤礦井下采選充采一體化生產系統布置進行了詳細的分析，結合井下煤矸分選系統和充填采煤系統布置及工藝，對采選充填一體化生產技術進行了研究。

參考文獻：

[1]孫傳堯，宋振國.地下采選一體化系統的研究及應用概況[J]. 礦冶，2017（01）：1-6.

[2]李鵬.兩硬近距離薄煤層工作面沿空矸石充填留巷研究[J].中國煤炭，2017（01）：67-71+88.

[3]郭萬忠.兩硬薄煤層綜采工作面礦壓規律分析[J].煤炭科學技術，2016（10）：107-111.

[4]楊所武.煤礦井下采選充采一體化工藝與技術研究[J].山東煤炭科技，2016（02）：21-22+24.

[5]劉振宇.薄煤層綜合機械化開采技術研究[J].煤炭與化工，2015（12）：66-68.