膏体充填开采工艺在太平煤矿的应用
摘要：解决了薄基岩条件下安全生产和提高开采上限的问题以及村庄下压煤开采问题。

关键词：薄基岩、膏体、充填
山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿位于山东省邹城市太平镇境内，处于兖州煤田西南隅。

于1987年6月动工兴建，1992年简易试生产，设计生产能力30万t/a，经改扩建后，2011年核定生产能力为75万t/a。

主采煤层为3、16上和17煤层，其中3煤层，平均厚度8m左右。

太平煤矿利用膏体充填工艺主要解决了3煤层薄基岩条件下安全生产和提高开采上限的问题以及村庄下压煤开采问题。

膏体充填工艺中的主要流程包括物料准备、料浆制备、管道泵送等几个方面，现将膏体充填工艺在太平煤矿应用简介如下：
一、物料准备
1.河砂准备
膏体充填使用的主要骨料为附近泗河河砂。

2.胶结料准备
胶结料由散装水泥罐车从厂家运输到充填站，装入胶结料圆筒仓备用。

3.粉煤灰准备
粉煤灰由散装水泥罐车从厂家运输到充填站，装入粉煤灰圆筒仓备用。

4.水准备
在地面充填站内打2个水井保证充填所需用水。

水井内的水由1台流量150 m3/h、扬程80 m 的潜水泵经Ф108 mm水管抽至充填站蓄水池备用。

5.电力供应
充填站的电力由太平煤矿井下电网供应，井下6 kV高压电由630变电所通过垂直电缆钻孔接充填站变电站。

二、料浆制备
膏体料浆制备主要由上料系统、称量系统搅拌机、缓冲料浆斗、变频螺旋搅拌输送机、控制系统、除尘系统等组成。

膏体料浆的制备由搅拌系统的控制软件根据材料配比自动完成。

搅拌系统设计生产能力为160 m3/h。

1.配料方式
太平煤矿膏体充填配料包括河砂、粉煤灰、胶结料及水，这些物料的配料过程及其控制如下：
（1）河砂定量供给：利用河砂缓冲仓将河砂在规定的时间范围内称量至设定值，然后由倾斜皮带运送到河砂中途仓。

（2）胶结料定量供给：启动破拱器，利用料仓螺旋给料机在规定的时间范围内使所加物料正好达到设计值。

（3）粉煤灰定量供给：启动破拱器，利用料仓螺旋给料机在规定的时间范围内使所加物料正好达到设计值。

4）水定量供给：在规定时间的配料过程中，利用上水管上的气动蝶阀和小口径蝶阀向称量斗内加水，使水量加到设计值后，关闭蝶阀，停止供水。

2.物料搅拌
太平煤矿充填站共有二级搅拌装置，一是充填料浆的一级搅拌，采用周期式混凝土强制搅拌机；二是充填料浆的二级搅拌，设备为卧式螺旋搅拌输送机。

周期式搅拌机搅拌制作充填料浆的过程是加料、搅拌、出料按周期性循环作业的过程。

待上一批次的膏体料浆放出搅拌机并关闭卸料门后，打开中途仓、粉料称量斗的放料阀，把中途内的河砂及粉料称量斗内的胶结料、粉煤灰放入搅拌机；水称量斗内的水通过打开的底部气动蝶阀及搅拌机加水泵放入搅拌机。

4种物料搅拌到设计搅拌时间后，打开搅拌机卸料门，把搅拌好的膏体料浆放入缓冲料浆斗。

为提高充填料浆的性能，缓冲料浆斗内的充填料浆再经卧式螺旋搅拌输送机进行二次搅拌，再给充填泵供料。

由于卧式螺旋搅拌输送机的能力应与充填泵的能力相一致，当充填泵的输送量发生变化时，应相应通过变频电机调整卧式螺旋搅拌输送机的输送量。

三、管道泵送
制备完成的膏体充填料浆通过充填泵、干线充填管路、工作面充填管路及布料管泵送到工作面充填区。

1.充填泵
泵送设备主要由充填泵及液压包组成。

充填泵的操作工序为：先打开控制柜上的主开关，然后启动液压包，待缓冲料浆斗内的膏体充填料浆到设计料位后再开启充填泵泵送。

对充填控制系统的要求是：搅拌系统和充填泵的运行由控制系统集中控制，并根据缓冲料
浆斗的料位自动控制二次搅拌机、充填泵的泵送速度、一次搅拌机拌料时间间隔，保证整个系统的协调运行，不能出现料浆供应不上或外溢等问题。

2.充填管路
充填管路由干线充填管路、工作面充填管路及布料管、三通、阀门等管路附件组成。

干线充填管路采用规格为Ф203×16 mm无缝钢管，包括内厚8 mm的耐磨层，长度为6 m。

在地面钻孔弯管处及工作面充填管路最高点处设有放气阀，在干线管路末端安装有DN150 mm、PN64闸阀。

工作面充填管路采用规格为Ф168×5 mm的无缝钢管，每节钢管长度为2 m，钢管间采用快速连接件连接。

工作面充填管路通过1节弯管和1节变径管与干线管路连接。

工作面管路上利用三通、闸板阀、布料管伸至充填区，布料管的规格与工作面管路相同。

布料管出口靠近工作面顶板布置，并用钢丝绳与工作面支架固定。

应该特别注意的是，充填管路铺设完毕后，应根据《工业管道工程施工及验收规范》进行强度与密封性水压试验，确保管路系统安全可靠。

四、经济效益分析
采用膏体充填开采技术提高采出率带来的经济收入分析：自2006年5月份利用膏体充填开采技术以来，截止到2012年底生产原煤188万吨。

按照现行的上限岩柱高度要求估算，剩余可进行充填开采可采储量1083.5万吨。

吨煤平均销售单价600元/吨。

已经获得的经济收入为11.3亿元，今后可获得的经济收入为53.7亿元。

参考文献：
（1）中国煤炭工业部主编，《煤炭工业矿井设计规范》，中国计划出版社，1995.10
（2）国家煤矿安全监察局，《煤矿安全规程》，煤炭工业出版社，2001.5
（3）煤矿矿井设计手册编写组，《煤矿矿井设计手册》，煤炭工业出版社，1984.3
（4）徐永圻，《煤矿开采学》，中国矿业大学出版社，1999.10
（5）周荣、严万生，《矿山固定机械》，煤炭工业出版社，1986.9。