煤矸石

煤矸石充填技术方案

一、煤矸石充填意义：

1.可以实现煤矸石不升井，减少运输费用，减少地面占地和环境污染。

2.煤矸石充填采空区实现以矸换煤，可以减少地表下沉，使对土地和建筑

物的破坏降到最低，减少赔偿费用。

3.煤矸石充填采空区，减少对顶底板破坏，从而减少顶底板水的涌出，降

低回采工作面水患威胁、提高回采效率、提高煤质和降低排水费用。

4.煤矸石充填采空区，将采空区底板覆盖上密实的充填体，减少瓦斯涌

出，保证回采快速、安全。

5.煤矸石充填采空区，将靠近留巷段的采空区充实，可以保证充填留巷效

果，降低留巷费用。从而实现无煤柱开采，提高煤炭资源回收率，减少巷道掘进

量，缓解采掘接续紧张。

&更有利于分储分运效能的发挥，有利于单轨吊系统的运行和彻底消灭井下

地轨。

7.成熟、高效的充填技术可为受水害威胁的后组煤开采打下坚实的基础。

二、煤矸石充填方式的选择：

㈠泵送膏体充填方式：

1国外膏体充填：

膏体充填技术在国外金属矿山已经有20多年的发展历史。世界上首次膏

体充填试验是1979年在德国格伦德铅锌矿进行的。试验成功以后，膏体充填

技术在澳大利亚、奥地利、加拿大、英国、摩洛哥、葡萄牙、俄罗斯、南非、美

国等国家的金属矿山得到了推广应用。

2国内膏体充填：

⑴“八五”、“九五”期间，甘肃金川有色金属公司与北京有色冶金设计

研究总院合作，利用国家重点科技攻关项目“全尾砂膏体泵送充填工艺及其设备

研究”，在金川二矿区建成了我国第一条主要利用洗选尾砂、棒磨砂和粉煤灰的

膏体充填工艺系统，其中，水泥浆独立泵送，在井下离充填点20-30m处与集料膏

体浆液混合，与水泥浆混合后的膏体充填料浆重量浓度为82%水泥用量平均

280kg/m3,充填体最终抗压强度大于4MPa该套膏体充填工艺系统采用德国施维英

公司生产的KSP-140HDR矿用充填泵，泵送压力13MPa充填能力100m3/h,利用自

制的双轴连续搅拌机制浆，由美国霍尼韦

尔公司生产的TDC-3000型工业集散控制系统实现了计算机控制。该项成果2000

年获得了国家科技进步二等奖，并在铜绿山矿得到推广应用。

⑵河北金牛能源邢东矿自2001年11月投产以来就致力于矸石充填项目研

究，与中国矿业大学合作，经过33个月的探索试验，最终形成了完备的井下矸

石充填系统——把矿井生产中产生的矸石，填到井下那些不能开采的建筑物永久

煤柱里，不但实现矸石不升井，避免占用土地和环境污染，而且还可以把常规方

法不可能采出的煤炭资源采出，提高资源开发率。

⑶山东新汶矿业集团孙村煤矿地表煤矸石充填系统正式生产开工典礼于

2006年9月15日上午举行。中国恩菲电气系统部和矿机专业承担该项目充填

工艺的主体设计、电力、仪表、控制系统等设计工作，并承包了该项目的全部配

电设备、控制系统设备、自动化仪表的集成工作。在短短一个月的时间内，完成

了现场调试工作，并顺利投入生产。该项目采用孙村煤矿生产的废弃物煤矸石为

骨料，配合粉煤灰和水泥为添加物，充填能力80-100m3/h,矿浆浓度为72%该项

目的实施既可以解决煤矸石占地和排放废气的环保问题，也可以利用充填物作为

支撑，替换井下保留的煤柱，是一个环保和经济效益双赢的项目。该项目在国内

煤炭行业是第一家将充填工艺用于工业化生产的煤矿，也是中国恩菲在煤炭行业

承担的第一个充填项目。

⑷山东华恒矿业有限公司自2007年11月份开始调研泵送矸石充填系

统，首先与泰安海天工程机械有限公司合作研发矸石回填泵，在地面做工业性试

验，取得成功。2008年7月确定了泵送矸石充填设备配套及布置方案，在十三

层工作面经过一个月的充填试验，达到预期效果，每小时平均充矸能力50m。208

年9月份华恒矿业公司第二套充填系统应用，实现了矸石不升井。

㈡机械输送、原生矸石充填方式新汶矿区应用比较广泛的其它充填方式

为机械输送方式，一般采用皮带机（需施工专用巷道）、溜子运输矸石，利用抛

矸皮带将矸石抛掷于采空区，或综采支架后方悬吊溜子将矸石卸至采空区。

㈢膏体充填技术相对于机械充填技术的优缺点：

⑴优点：与机械充填相比，系统简单、不需独立的充填运输巷道，占用人

员少、劳动强度低、占用设备少，充矸能力大。

⑵缺点：技术要求比较严格，工艺复杂，管道输送时常常因为大摩擦损失

或高管道压力引起管道堵塞等。

㈣充填方式确定：基于泵送矸石充填能力大、系统简单、效率高的特点，

选择泵送矸石充填技术，进一步研究应用薄煤层综采支架后方连续充填、快速充

填，充实率

高的技术，创出一套适合我矿现场实际的成套技术方案。

三、煤矸石充填技术方案：

（一）工艺流程及设备选择

1.工艺流程

矸石自煤矸仓胶带输送机破碎机*搅拌机输

送泵输送管缓冲仓（接力输送泵_____...输送管）.__..回采

工作面采空区。

即：煤矸石由矸石仓用胶带输送机运至破碎机喂料口进行粉碎，粉碎的矸石

进入搅拌机，搅拌机加水搅拌后，进入输送泵，泵将搅拌好的水和矸石（为防止

堵管和增加充填体的强度需加入适量粉煤灰）经管道将矸石送至回采工作面（或

中间加一台泵接力输送）进行充填。煤矸石破碎前必须应用除铁设备进行除铁。

破碎后的矸石也可以通过溜子或皮带运至搅拌机内。

㈡充填地点、设备布置地点及泵送路线选择

1•充填地点：

选择在2713工作面落差米断层以东，该面自西向东推，边采边冲。

2.设备布置地点：

选择在西翼胶带大巷联络巷（36m，将西翼胶带大巷联络巷扩大，满足设备

安装空间要求，自南向北依次布置破碎机、搅拌机、缓冲水平仓、充填泵。使用

溜子（或电动滚筒皮带）将矸石仓内矸石运至破碎机，破碎后的矸石进入搅拌

机，加水和粉煤灰搅拌后进入缓冲水平仓，水平仓内安设螺旋给料机将搅拌好的

矸石送入充填泵，充填泵向外泵送。

3.充填路线：

充填泵出料管接至西翼回风大巷联络巷（40m,进入西翼回风大巷（60m）,然

后进入二采回风巷（100m，再进入二采回风上山（30n），从二采回风上山和

2713运输巷之间施工联络巷（20n），在联络巷内布置接力泵和缓冲仓，接力泵

出料管经2713运输巷（440m将充填料运至2713工作面（130n）冲入采空区。

4.充填能力

对2713工作面可以实行全面充填或走向条带充填，若实行全面充填，则

系统充填能力需达到100m3/h,若走向条带充填，系统充填能力达到50m3/h

即可。

㈢工作面充填工艺：

1.工作面管路布置：

在综采支架人行道侧布置主充填管路，主管路每隔3.0m采用一段高压软管

（长2.0m）连接，每隔3.0m设一支管，在支管前端设阀门，支管伸入综采支架

后采空区侧。

2.煤矸石充填工艺：工作面推进一个循环，自下而上或自上而下移架时，

打开移架处支管阀

门，开启充填泵，随移架随充填，可同时打开2-3个阀门，利用泵的压力将充

填料填满采空区（支架后方需提前挡设挡矸皮子）。

从充填工艺上看，该充填方式基本上不影响回采工作面的推进速度。

3.留巷煤矸石充填：在工作面端头所留巷道采空区侧利用大块矸石或袋装

矸石垒砌2-3m宽

矸石带，矸石带内使用泵送充填矸石填缝，矸石带靠近巷道侧用喷浆机喷射砼，

砼厚度100-200mm使矸石带矸石成为一个墙体，同时也防止漏风。矸石带以里采

空区内采用综采支架后泵送矸石充填。

㈣泵送矸石充填工作计划：

1.泰安市海天工程机械有限公司与赵官煤矿研究探讨，确定设备及方案，进

行地面模拟试验。

2施工泵送设备车间和联络巷，11月上旬施工完毕。

.进行泵送设备及管路的安装及调试，

4.进行泵送充填现场试验和应用。

四、需要解决的问题：

1.根据贵公司的技术要求进行充填设备的选型及管道的合理选型；

2.合理煤矸石充填工艺的研究

3.设立地面岩移观测站，取得岩移参数对以后的三下采煤提够依据。

泰安市海天工程机械有限公司技术部

联系人：赵坤

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