煤炭与化工
Coal and Chemical Industry
第44卷第4期
2021年4月
Vol 44 No.4
Apr. 2021
采矿与井巷工程
煤矿采选充一体化技术研究与应用
张健
（冀中能源股份有限公司邢东矿，河北邢台054000）
摘要：为解决矿井軒石提升难题，邢东矿通过对井下洗选系统、井下軒石充填系统的针对
性研究和不断实践，形成了特有的井下采选充一体化砰石处理系统。通过对2条观测线、158
个观测点的持续观测，各观测点的最大下沉量为-301.9mm，下沉速度值较小，倾斜变形、曲 率变形、水平移动及水平变形对地面建筑物的破坏程度基本属于I 类破坏程度，实现了矿井 绿开采和可持续发展，为具有相同条件的矿井提供了宝贵的经验。关键词：采选充一体化；绿开采；砰石充填 中图分类号：TD82 文献标识码：B 文章编号：2095-5979 （ 2021） 04-0031-03
Research and application of integrated technology
of mining, processing and filling
Zhang Jian
(Xingdong Mine, Jizhong Energy Corporation Ltd., Xingtai 054000, China )
Abstract : In order to solve the problem of mine gangue lifting, Xingdong Mine formed a unique underground Mining,
Processing and filling integrated gangue handling system through the targeted research and
continuous practice of underground washing system and gangue charging system. Through continuous observation of 2 observation lines and 158
observation points, the maximum sinkage of each observation point was -301.9 mm, the value of sinkage speed was small, and the damage degree of tilt deformation, curvature deformation, horizontal movement and horizontal deformation to the surface buildings basically belongs to the damage degree of Class I. It realized the green mining and sustainable
development of the mine, and provided valuable experience for the mines wilh the same conditions.
Key words : integration of mining, processing and filling; green mining; gangue filling
0引 言
近年来，随着“三下”采煤技术的发展，绿 采煤理念日趋重要，而传统的开采方法是通过提升 煤炭至地面再洗选，开采过程中夹带的煤肝石会占 用地表耕地，且容易引发扬尘、自燃甚至崩塌，不 但污染环境且存在安全隐患。因此，如何在开采建
下压煤的同时避免煤肝石升井造成污染，是一项具 有实际生产意义的重要课题H ］。本文以冀中能源股 份有限公司邢东矿为工业背景，根据矿井实际条
件，从井下洗选及肝石就地回填的思路出发，研究 开发了一整套井下预排肝系统及肝石回填系统，对
今后解决该类建下开采问题，及其他类似工程提供 借鉴。
1煤矿井下煤秆分离工艺研究
由于井下围岩压力大，无法施工过大断面的硯
室来满足大型设备布置所需要的空间，因此，井下 的洗选系统必须要根据矿井实际生产能力及井下碉
室的实际断面规格进行拆分，使设备按照功能分别 布置在不同的嗣室，将地面洗煤厂的三维空间布置
改为井下洗选的线性布置。
根据这一特殊要求，通过对工艺与设备的研究
创新，研发了一种井下跳汰洗选的处理煤肝石工
责任编辑：任伟 DOI: 10.i.2021.04.009
作者简介：张 健（1990-），男，河北邢台人，助理工程师。
引用格式：张 健.煤矿采选充一体化技术研究与应用［J ］.煤炭与化工，2021, 44（4）： 31-33.
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艺，配套设备主要有空气跳汰机、分级破碎机、异形排斗式提升机等。这些设备入料粒度及处理能力都能满足矿井生产需求，且设备尺寸相对较小，操作简洁方便，符合井下碉室空间相对较小的要求。整体工艺如图1所示，工作面出来的毛煤通过一个筛缝75mm的篦子，将大块送入分级破碎机进行破碎，小于30mm末煤直接落入末煤仓。落入刮板筛分机的原煤在运输过程中经筛分段(筛缝25 mm)进一步筛分，小于25mm的末煤经刮板筛分机的下层返回末煤仓，上层刮板上的原煤(25~ 200mm)经机头溜入排肝跳汰机进行洗选，分选出合格的块精煤产品和纯肝石。精煤及肝石通过链斗机进行脱水，然后分别落入精煤仓及肝石仓。 工作面毛煤
篦子
摆轴筛分级破碎机
刮板倫分机
柔性空气室跳汰机
肝石精煤溢流
异形双排斗式提升机
浓缩水桶
压滤机
循环水箱
末煤肝石精煤
图1井下跳汰排砰系统工艺流程
Fig.1Underground jigging and gangue removal
system process flow
2井下軒石利用工艺研究
2.1軒石利用方案的确定
近年来，利用肝石回填技术进行三下采煤主要有3种模式。一是采用巷采充填采煤技术，以岩巷、半煤岩巷掘进过程中产生的肝石或者煤炭中的肝石等作为充填材料，通过在井巷保护煤柱、条带开采留设煤柱等煤柱中掘进充填巷，采出部分煤炭，再利用肝石充填输送机将秆石充入充填巷，达到置换煤炭资源、控制地表沉陷、实现肝石不出井的目的。二是采用条带开采结合充填开采的采煤技术，通过保证条带工作面的宽度小于上覆岩层的初次垮落布局，来避免地表沉陷。这一采煤工艺通过减少充填空间，极大地降低充填成本。三是采用综采工艺与秆石机械化充填工艺相结合的综采肝石充填采煤方法肌为提高采区回采率和开采效率，综合考虑煤炭资源回收率、矿井开采强度、地表沉降以及机械化开采的要求，选择秆石充填采空区综合机械化采煤工艺为肝石利用方案。2.2歼石处理工艺
2.2.1秆石粒径级配选择
不同粒径级配的肝石在堆积成型效果及受压时的压缩率差异较大，为了得到最佳充填效果，在肝石充填过程中，需要合理选择秆石粒径级配。通过
测试A(0~13mm)、B(13~25mm)、C(25-50 mm)、D(50~100mm)4种不同粒径秆石在不同条件下的堆积角大小，发现肝石颗粒越小，压实堆积角越大；添加水后，堆积角增大，肝石颗粒越
小，增大越明显；不同大小颗粒的肝石混合，颗粒小的秆石占比例越大，加水后堆积角越大；起粘结作用的主要是10mm以下的肝石。根据实验结果，充填采用颗粒不大于50mm的肝石(13mm以下
的最好不少于30%)，肝石混合比例采用A(0~13 mm):B(13~25mm):C(25~50mm)=4:
4:2，这样肝石堆积角较大，且肝石堆积较密实。
丝光机根据现场实测，实验室与理论分析研究，确定
充填肝石小于150mm混合粒径级配即可。同时要求破碎肝石不再进行二次筛分。
2.2.2井下秆石充填运输系统
为节约成本，采用秆石仓装罐，经罐装运输至翻罐笼，再由刮板输送机运输至水平祚仓的方式，实现肝石由洗选系统运输至充填系统的目的。通过固定在工作面充秆水平机尾的耙岩机，将水平酢仓中的肝石运输至充肝皮带，再经充肝皮带运输至工作面充填。
在充秆皮带机尾，设计1个自移式转载设备，如图2所示，可将充肝皮带上的充填料运输到充填开采输送机的机尾上。自移式转载机与充秆皮带机尾有3m的重叠长度，在这3m距离内，只是移动自移式转载机，而不移动充肝皮带机尾，避免频繁移动充秆皮带机尾影响到充填采煤的效率。
导料槽电机滚筒前架后架皮带
图2自移式转载设备结构原理示意
Fig.2Self-moving transfer equipment structure principle 2.2.3秆石充填系统及工艺
采空区肝石充填工作主要由肝石运输机及充填捣实机构共同完成。秆石经充秆皮带及自移式转载机运至工作面架后肝石充填运输机上，再通过SGZ-730/132X2型填肝输送机将肝石运输至待填充区域，通过卸料孔将秆石卸载至采空区，最后通过
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张健：煤矿采选充一体化技术研究与应用
2021年第4期
捣实机构将肝石充分捣实并完全接顶。
大肠杆菌培养基为提高肝石充填的自动化程度和砰石充填的质
量，节省人力成本，在肝石充填工作面安装充填支 架电液自动控制系统，通过自动协调匹配或人工远
程干预方式，在工作面现场操作无人条件下实现 “秆石回填自动控制”生产工艺流程，通过支架压
力传感器、角度传感器、行程传感器以及落料高度 检测传感器将数据传回中央控制器，依靠控制程序
实现对秆石充填率和压实度的条件判断，保证了充 填效果达到设定要求。充填之间电液系统提高了充 填作业效率和工作面整体推进速度，节约了用工成
本，提高了充填效果。
3工程应用
邢东矿将矿井工作面采出的毛煤通过井下洗选 系统筛选，跳汰出的肝石经罐装运输至1200采区
肝石充填工作面集中回填，在井下直接形成_整套 完整的采煤、洗选、充填、采煤循环链，实现了邢
东矿采选充一体化工艺体系。自2012年11月开始
在1200采区东翼实施肝石充填工作面回采，至今
发电机冷却器
共完成2个工作面的回采。可实现每月出煤4 500
t，处理砰石5 4001，实现降低毛煤灰分4%。
为检验充填效果，在邢东矿1200东翼工作面 附近建立了 2条观测线、158个观测点的地表移动
观测站，充填工作面回采至今，通过对各观测站的 持续观测，各观测点的最大下沉量为-301.9 mm,
vvs/x/vx/vvvvvvvvx/vx/vs/wwvwws/x/s/x/wwwwwx/wwwwvwws/wwwwwwwwwwwwx/wwwww
(上接第30页)
6结论
(1) 通过现场调研，对巷道围岩的变形特征
进行观察和分析，得出深部巷道破碎围岩具有顶板
下沉明现显，巷道帮角破碎，巷帮收缩明显，底板 突起和煤岩交界面滑移等特征。应加强顶板、两帮 及关键部位的支护强度，并通过注浆加固保证巷道 围岩的整体性和强度。
(2) 高强度预应力中空注浆锚杆对破碎围岩
能够起到主动支护作用，增大预应力和注浆压力，
可以使支护体强度得到明显的提高。由PO42.5硅 酸盐水泥和10%的FZ-H800注浆专用水泥基外加
剂配制新型注浆材料，能够减弱由于水泥的干缩对 围岩强度的影响，使破碎围岩形成一个整体，提高 其承载能力和强度。
(3) 采用“预应力注浆锚杆+锚索+金属网
+喷浆+注浆”联合支护方式后，对现场进行监测
和观察得出，其支护方式对深部巷道破碎围岩有着
下沉速度值较小，倾斜变形、曲率变形、水平移动
及水平变形对地面建筑物的破坏程度基本属于[类
破坏程度。
4结语
煤矿井下采选充一体化技术研究是一项将肝石 处理、三下压煤回收、耕地保护等多种矛盾有效协
调的手段，这一工艺技术可实现井下直接洗选、充大理石测量平台
填，避免地表沉陷及肝石升井带来的环境污染等问 题。在解放建下煤量的同时，节省巨额拆迁费用，
同时还减少了井下污水排放，减小对环境的污染。 对改进村企关系、建设和谐社会具有重要意义，为
类似矿井提供了一条可供借鉴的模式，具有推广应 用价值。
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较好的控制，使巷道顶板和两帮围岩的整体性和稳 定性得到提升。
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