深井復(fù)雜條件礦井煤矸運輸實現(xiàn)互聯(lián)互通的研究與實踐

韓柏青

（中煤新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232000）

1 礦井概況

劉莊煤礦位于安徽省阜陽市潁上縣境內(nèi)，核定生產(chǎn)能力1140萬t/a。井田東西走向長16.0km，南北傾斜寬3.5～8.0km。井田內(nèi)共含煤30余層，13層可采煤層，其中5層主要可采煤層。礦井采用立井、集中大巷、分區(qū)開拓、分區(qū)通風、集中出煤的開拓方式。礦井設(shè)計兩個水平，目前正在開采一水平（-762m），二水平（暫定-1000m）尚未開拓。礦井以F25斷層為界劃分為東區(qū)和西區(qū)，東區(qū)工業(yè)場地內(nèi)設(shè)有主井、副井、矸石井和中央風井四個井筒，西區(qū)工業(yè)場地設(shè)有進、回風井兩個井筒。東區(qū)劃分為東一、東二、東三采區(qū)，西區(qū)劃分為西一、西三、西四采區(qū)。

2 礦井提升運輸系統(tǒng)存在的問題

2.1 運煤系統(tǒng)能力大，運量不飽和

東區(qū)膠帶輸送機運煤系統(tǒng)核定生產(chǎn)能力為1198萬t/a，西區(qū)膠帶輸送機運煤系統(tǒng)核定生產(chǎn)能力為962萬t/a，合計為2160萬t/a，劉莊煤礦2013～2017年最高原煤產(chǎn)量為993.13萬t，遠未達到膠帶輸送機運煤系統(tǒng)的運輸能力。

2.2 運矸系統(tǒng)不完善，系統(tǒng)能力不能充分發(fā)揮

矸石井提升能力為150萬t/a。井底車場設(shè)有矸石膠帶系統(tǒng)，但未延深至各采區(qū)，部分掘進矸石仍需要通過副井提升，矸石井和矸石膠帶機系統(tǒng)能力未能充分發(fā)揮。2013年前矸石井年度最高提矸量為49.79萬t，遠未達到設(shè)計提升能力。

2.3 煤矸混運，主井提升負擔重

由于煤矸混運，2013～2017年主井提毛煤（煤矸混合物）量在1000～1100萬t/a左右，主井提升能力接近飽和，增加主井負擔。

2.4 毛煤洗選量大，選煤廠需要二期擴建

大量掘進矸石進入煤流后，造成毛煤含矸量高，需進入選煤廠洗選處理，造成洗選量大，選煤廠洗選能力不足，需要進行擴建。

2.5 商品煤回收率低，煤質(zhì)差

因矸石摻入造成毛煤入洗量大，煤質(zhì)差，商品煤回收率低。

2.6 矸石運輸不連續(xù)，運輸效率低

隨著礦井不斷開拓延伸，矸石運輸距離增長，最遠掘進工作面距離副井約7km，采用礦車運輸矸石存在運輸時間長（單趟約需45min）、運輸不連續(xù)、轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)多、自動化程度低、運輸崗位人員多等缺點，偏遠掘進頭運矸困難，問題越來越突出，制約著生產(chǎn)效率的提高。

礦井自投產(chǎn)以來，運矸問題不能有效解決，造成煤質(zhì)不穩(wěn)定、掘進單進低、工作面接替緊張等問題，需要對礦井運輸系統(tǒng)進行優(yōu)化改造。

3 系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

3.1 井下系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1.1 主系統(tǒng)改造

建立井下運煤運矸系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)通道，使進入運煤系統(tǒng)的矸石能夠分流至運矸系統(tǒng)，實行煤矸分流。

東區(qū)：在東三膠帶大巷與進風石門之間施工出矸聯(lián)巷，鋪設(shè)一臺轉(zhuǎn)載機，在煤倉上口設(shè)置動態(tài)分流裝置，東一、東三采區(qū)的矸石通過分流裝置進入出矸聯(lián)巷，轉(zhuǎn)運至進風石門矸石膠帶機，通過矸石主運輸系統(tǒng)提升至地面。

西區(qū)：在矸石膠帶機巷與主井中煤倉下口之間施工主井中倉出矸聯(lián)巷，利用主井中倉儲存矸石，在主井南倉至中倉上口鋪設(shè)一部轉(zhuǎn)載機，與東西膠帶大巷膠帶機機頭卸載處聯(lián)接，并在煤倉上口卸載處設(shè)置動態(tài)分流裝置，使西區(qū)進入運煤系統(tǒng)的矸石轉(zhuǎn)運至主井中倉，經(jīng)出矸聯(lián)巷、矸石膠帶機巷、矸石井提升至地面。

3.1.2 區(qū)域系統(tǒng)改造

（1）在西一煤倉與西三煤倉上口施工聯(lián)巷，中部施工矸石倉，自兩煤倉至矸石倉各鋪設(shè)1部1.0m皮帶機，兩煤倉上口設(shè)置動態(tài)分流裝置，利用矸石倉實現(xiàn)矸石臨時存儲，實現(xiàn)矸石分時運輸。

（2）通過東三采區(qū)矸石倉、西一矸石倉、西區(qū)掘進翻車機硐室矸石倉、巖巷掘進工作面矸石窖等分區(qū)建立臨時存矸系統(tǒng)，再集中分時進入運煤系統(tǒng)。

（3）回采工作面過斷層期間，采取分割分運措施，在出矸時間采出矸石并集中運輸。

3.2 地面系統(tǒng)優(yōu)化方案

（1）地面主井棧橋改造，實現(xiàn)煤矸系統(tǒng)地面互通。在905矸石皮帶棧橋與102原煤皮帶棧橋之間新建一條皮帶棧橋，使兩個獨立系統(tǒng)連接起來，主井檢修期間可利用矸石井來提升掘進煤及矸石，確保掘進工作面連續(xù)作業(yè)，緩解掘進圍面緊張局面。

（2）改造選煤廠緩沖倉，利用動態(tài)平衡法增加系統(tǒng)緩沖能力。在入洗301皮帶機頭后方增設(shè)分煤器，在分煤器與702皮帶之間增設(shè)下貨溜槽，將緩沖倉原煤經(jīng)過分煤器，再通過下貨溜槽直接進入選煤廠精煤702皮帶，最后由精煤運輸系統(tǒng)將緩沖倉原煤運至產(chǎn)品倉或落地。將主井提煤，一半分流進緩沖倉，另一半分流進產(chǎn)品倉，達到動態(tài)平衡，實現(xiàn)主井連續(xù)提煤。

（3）主運輸系統(tǒng)施行視頻監(jiān)督、調(diào)度統(tǒng)一指揮、分時運輸，通過分時、分運，實現(xiàn)井下煤矸分流。

圖1 劉莊煤礦運煤矸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化示意圖

4 取得效果

（1）主井提矸量減少，運煤能力得到保障

礦井2013、2014年主井提毛煤分別為1100萬t、1099萬t，其中含矸石量分別為108萬t、96萬t，基本滿負荷運行。2017年主井提毛煤896.31萬t，其中矸石量為0，不僅減輕主井負擔，而且為增加原煤、商品煤的產(chǎn)量創(chuàng)造條件。

（2）矸石連續(xù)運輸實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化

2013～2017年矸石井提矸量由17.84萬t增加至77.92萬t，矸石井的提升能力得到有效發(fā)揮。系統(tǒng)改造后，軌道運輸僅需負責物料、人員運輸，運輸量大幅降低，運輸崗位人員減少約1/3。

（3）選煤廠洗選量大幅度降低

優(yōu)化運矸系統(tǒng)后，從井下源頭對摻入煤流系統(tǒng)中的矸石進行分流，大部分末煤達到商品煤煤質(zhì)要求，洗煤量大幅下降。2013～2017年洗煤量由560萬t降低為30.89萬t，原計劃洗煤廠二期擴建工程無需施工。

（4）回收率提高，煤質(zhì)穩(wěn)定

優(yōu)化運矸系統(tǒng)后，從源頭降低了進入主井提升系統(tǒng)的矸石量，洗煤量降低，減少了煤泥量，大大提高了煤炭資源回收率，煤質(zhì)也得到穩(wěn)定。2017年較2013年，商品煤回收率提高4.62%，原煤煤質(zhì)提高735cal/g，商品煤煤質(zhì)提高209cal/g。

（5）瓦斯抽排巷單進顯著提高

優(yōu)化運矸系統(tǒng)后，瓦斯抽排巷推廣應(yīng)用巖巷綜掘，單進水平逐步提高，由2013年97.1m/月提高至2016年170.3m/月，最高實現(xiàn)380m/月。2017年基本與順槽掘進工期同步，瓦斯抽排巷不再制約工作面接替。

（6）主井檢修不再制約掘進工作面正常生產(chǎn)

地面主井棧橋改造投用后，實現(xiàn)煤矸系統(tǒng)地面互通，礦井檢修期間實現(xiàn)多提煤約1.5萬t，多進尺約1000m。

（7）礦井年回采推進度明顯下降

系統(tǒng)改造后，在工作面長年產(chǎn)量穩(wěn)定的前提下，年度工作面回采總推進度大幅降低，經(jīng)統(tǒng)計2017年較2013年年推進度減少約1700m，有效緩解接替壓力，具體見表1。

（8）地軌運輸量大幅減少

經(jīng)統(tǒng)計，系統(tǒng)改造后地軌運輸量減少約50%，運輸事故率明顯下降，安全效果十分明顯。

（9）實現(xiàn)矸石封閉裝車外運

主井、矸石井實現(xiàn)聯(lián)通后，矸石可通過選煤廠動篩進入產(chǎn)品倉。利用火車裝運，直接外運至塌陷區(qū)回填，實現(xiàn)矸石廢物利用的同時，有效解決地面矸石山等環(huán)保問題。

表1 2013～2017年工作面推進度統(tǒng)計表

5 效益測算

（1）優(yōu)化系統(tǒng)投入成本，見表2。

表2 優(yōu)化系統(tǒng)投入項目及成本統(tǒng)計表

（2）系統(tǒng)優(yōu)化取得效益如下：

① 選煤廠洗煤量減少，降低洗選成本。2013～2017年洗煤量由560.06萬t降低為71.68萬t，洗煤費用也由2770萬元降低為355萬元，降低成本約2415萬元，而且今后每年均可以降低不少于2000萬元的洗煤成本。

② 通過主井提升至選煤廠的矸石量大大減少，選煤廠洗矸、排矸帶走煤泥量相應(yīng)減少，間接增加了商品煤的產(chǎn)量。

③ 洗煤廠二期擴建工程不需要再施工，降低投資成本。

④ 主井檢修時，矸石井可正常提煤矸，掘進工作面正常掘進，增加年度掘進工程量，緩解接替壓力。

⑤ 主井短期內(nèi)出現(xiàn)故障，矸石井可輔助提煤。

⑥ 矸石連續(xù)運輸，提高運輸效率，降低地軌礦車運輸量，有效減少運輸崗位人員，且運輸事故率大幅降低，安全效果明顯。

⑦ 地面煤矸系統(tǒng)連通，實現(xiàn)矸石封閉裝車，直接外運利用，取消地面矸石山，有效解決環(huán)保難題。

6 結(jié) 語

通過對劉莊煤礦運輸系統(tǒng)優(yōu)化，實行煤矸分時、分流、網(wǎng)絡(luò)化、連續(xù)運輸，最大限度地實現(xiàn)系統(tǒng)集中控制，從源頭保證煤質(zhì)穩(wěn)定，降低煤炭洗選成本，提高系統(tǒng)運輸保障能力，且有效減少崗位人員，降低運輸事故率，保證安全效果，為礦井安全高效可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，同時為其他類似礦井提供重要的指導，具有很高的借鑒價值。