井下煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術研究與應用

（山西約翰芬雷設計工程有限公司 山西 030001）

利用傳統技術進行采煤工作，不僅煤產量低，而且還由于采空區的塌陷，導致上覆地層劇烈運動，使地面大量沉降，造成地下水枯竭。資源，減少河流的凈流量。土地沙漠化以及其他生態和環境問題實際上對我國煤炭工業的長遠發展實際上是極為不利的。煤矸石充填技術則是煤礦事業發展到一定階段之后誕生的一種新型技術，相較于傳統的煤礦開采技術來說，其是對煤礦開采中沒有價值的矸石的一次再利用，具有技能環保的優點。在煤礦篩分、矸石破碎、充填系統技術應用期間，通過裝煤和采煤液壓支架，固體多孔底卸裝煤輸送機等關鍵設備的有效結合，以及裝煤和采煤技術的并行運行，可以進一步提高煤炭產量，延長礦山使用年限，減少煤炭開采對地面和建筑物的破壞。同時，有效實施綜合機械固體填充技術還可以減少煤矸石等廢物對生態環境的破壞，有效改善礦區周圍的生活和居住環境。

1.井下煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術分析

煤石的地下篩選，運輸，填充和壓實綜合開采技術是煤礦開采技術進步的重要表現形式之一。該技術是對井下廢棄矸石的再利用，在該技術運作過程中，井下采煤-篩分-充填-采煤的閉合開采體系得以順利形成。

(1)井下煤矸分離方法、設備及系統概述

當矸石在地下分離時，可采用移動篩分機的選煤技術進行粗選。具體過程如下：首先對原煤進行相應的分類和篩分，然后將篩分后的物料送至給煤帶式輸送機，將剩余的篩分物輸送至煤帶式輸送機，并使用TDS干選設備進行分選。篩選出的物品進行相應的分選操作，然后借助皮帶機，將廢棄矸石輸送到工作面上，對矸石實施進一步分揀，針對矸石輸送過程中所產生的煤泥水，則可以借助專業的煤泥水工藝將其處理掉。

(2)井下充填采煤系統布置

與常規采掘面相比，回填采掘面增加了回填面。在具體的技術應用中，充填煤工作面可以看作是前部采煤工作面與后部充填工作面的結合。篩分后的煤石從工作面的輸送帶經自動移動的物料輸送機輸送到煤粉水力支撐后懸掛在頂梁下方的煤粉輸送機，然后通過排料孔排至煤層。在該空間中，然后使用安裝在支架后部的搗固機來壓實已排放到填充空間中的填充材料，從而可以壓實最初松散堆積的填充材料，填充物的承載能力得到了有效的提升，并且達到了控制覆巖運動的效果。

2.煤矸石充填系統的關鍵設備

在井下煤矸篩分、矸石破碎和充填系統技術的實施過程中，需要應用的設備多種多樣，主要包括以下幾個方面：

第一個是自夯式充填采礦液壓支架。液壓支架主要由頂梁，立柱，底座，尾梁，尾梁千斤頂，煤礦輸送機，壓實千斤頂，調節千斤頂和壓實板組成。支架的前部和后部布置了兩個位置不等且方向相同的輸送機。前者用于運輸煤炭，后者用于運輸填充材料，以便更好地確保支撐和填充的多種功能。

第二個是多孔底部卸料填充輸送機。刮板輸送機的斜槽的中間板上設有排放孔。輸送溜槽配有插入板和插座，然后可以有效控制固體填充材料的填充范圍，速度和總量。同時，將滑槽連接方法轉換為螺栓連接，以增加連接的強度和靈活性。

第三個是自動移動的煤矸石轉移機。輸送機屬于連接灌裝帶輸送機和多孔底部卸料灌裝輸送機的中間環節。轉運機的機身為框架結構，分為三個部分：水平部分，傾斜部分和動力驅動部分。

3.井下煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術應用方案實施

(1)煤矸篩分破碎設備技術要求及選型

首先，在應用該系統技術時，需要在-550米以下的暗主井上面布置充填巷以及矸石倉，根據風動力充填矸石要求，破碎矸石粒度一般在20-40毫米最為合適，為了進一步減少矸石篩選破碎系統運行時間，可以嘗試應用二級篩選破碎。同時，其對于系統矸石處理能力也提出了較高的要求，每小時處理矸石不能少于120噸，矸石處理后的粒度要在40毫米以下。如果采用一級篩選，則需要在-550暗主井皮帶卸載與-260總回皮帶機尾塔搭接觸安裝以及篩選，主要是將煤炭中的大塊矸石篩出。安裝一部振動篩，要保證振動篩每小時能夠處理80-240噸的煤炭矸石，被篩出的矸石進入矸石破碎系統。

其次，要做好篩分與破碎系統連接設備的選型工作。同時，在矸石篩分與破碎過程中，如果處理不當則可能會導致資源浪費，即矸石中可能有一定數量具有實用價值的煤炭存在，如果挑揀不合理，如在初步篩分工作結束之后，將矸石放入了快速皮帶上，那么矸石中殘留的大煤塊就無法有效的揀出。因此，初步篩分結束后，最好是將矸石轉入慢速皮帶，減少資源的浪費。

最后，矸石破碎系統的選型也是至關重要的。在選擇矸石破碎機時，可以結合煤礦矸石大小、數量以及形狀等科學合理的選擇。同時還需要考慮矸石破碎機的運行時間，即其破碎一定數量矸石需要花費的時間。矸石破碎機的選型分為一級破碎機和二級破碎機兩個大類。在最好一級破碎機選型工作之后，要實施二級破碎機選型。選型時，需要注意的是不論是一級矸石破碎機還是二級矸石破碎機，都需要從每小時處理矸石重量、運輸皮帶運輸能力、破碎機進料尺寸等方面著手，要保證破碎機能夠最大限度的發揮其價值和作用，使得破碎機系統能夠更加高效的運轉。

(2)矸石充填系統的選擇與應用

為了更好的提高充填質量和速度，針對矸石充填系統必須要正確合理的選擇，要采用充填能力達到80噸每小時的大風量低風壓風動力充填。同時，煤炭開采期間還將會產生大量粉塵，大量粉塵聚集的情況下，容易引發安全事故，如粉塵自燃，同時煤礦工人頻繁接觸粉塵，還會導致塵肺病。因此，在煤礦開采期間，還應當想辦法控制粉塵的危害，如可以充實在充填管路輸出口裝設加工—注水器，減少粉塵出現比例。

4.井下煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術應用的注意事金

在煤礦開采工作實施期間，井下煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術的應用雖然具有節能環保的優點，有助于煤礦事業的可持續發展，但是在相關技術應用期間實際上也對煤礦企業的綜合實力、技術水平等提出了更高的要求，要想有效應用該技術，發揮充填系統技術的作用優勢，還需要把握好以下注意事項。

首先，要做好煤礦探勘工作，了解煤礦煤炭開采工作實施現狀，對采礦環境、機械設備以及作業人員等進行多方考察，分析當前煤礦是否適用充填系統技術，在技術應用期間，有哪些注意事項。

其次，要加強對采煤工作人員的技術培訓，采煤工作人員綜合技術水平的高低直接影響著煤炭開采的質量效果，如果在井下煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術應用期間，負責煤炭開采的施工人員對于該技術的應用原理及方法不夠了解，那么他們可能難以高效的運用該項技術，這樣技術的作用優勢也就難以有效發揮出來。所以說，在充填系統技術應用期間，還需要加強對工作人員的技能培訓，保證他們對該技術已經充分掌握了，然后才能將工作人員安排到相應崗位之上，有序開采煤炭開采工作。而且日常工作中，還需加強對施工技術人員的考核，因此機械設備處在不斷更新換代的過程中，隨著機械設備的老化，以及煤炭開采技術的進步，部分傳統的機械設備可能會被淘汰，而在此過程中如果技術人員不深入的學習與鉆研，可能就無法真正的掌握相關技術，所以說，在培訓的同時加強工作人員考核也是極為有必要的，這樣才能保證施工人員技術水平達到規定要求。

最后，還需保證煤炭開采的安全性，眾所周知，煤炭開采是一項危險系數極高的工作，開采過程中一個微小的失誤，就可能會觸發巨大的安全事故。因此，為了保證煤礦生產的安全性，還需加強對煤炭生產的安全監督，負責安全監督巡查的工作人員要熟練掌握井下煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術應用的重難點，明確技術應用在哪些環節更容易出現安全事故，然后對相關生產環境重點監控，盡可能的杜絕和規避風險，保證煤炭開采的安全性。同時，煤炭開采的安全性事關每一個采掘人員的安全，在監督維護煤炭開采安全性，保證煤矸篩分、矸石破碎、充填系統技術有效運用的過程中，不能僅僅只是從技術設備方面入手，還需提高煤礦開采工作人員的安全意識，促使他們自覺主動的維護生產安全，按照規定要求操作各項機械設備。

簡而言之，隨著煤炭工業的不斷發展和進步，采礦技術也在不斷創新。中國的固體煤開采技術已經從矸石充填，綜合機械固體充填，井下開采，選擇和充填一體化發展到目前的井下煤石篩分、矸石破碎和充填系統技術經歷了很長的過程。它有效地利用了煤矸石和其他廢物，在促進生態環境保護和保護礦區土地方面具有相對積極的作用。隨著相關技術的發展，未來它將朝著更好的方向發展，并發揮更大的價值和作用。