煤矿采区矸石充填设计方案

东荣三矿东一采区砰石充填设计方案说明一、采区概况：东一采区位于井田的东南部,采区为一个不对称的向斜构造,其中东巽采区边界：北起工业广场煤柱、F19断层,南部及深部至F10号断层,浅部至24层煤露头,采区平均走向长800m,倾向长1600m,西翼北起DF16断层,南至DF6号断层,浅部14、16层至煤层露头,18层至F10-1断层,整个采区呈不规那么形状,面积1.5km2o可采煤层14、16、18三个煤层.东一采区14层煤地质储量151万吨〔其中二九一农场粮库压煤55万吨〕,东一采区16层煤地质储量418万吨〔其中二九一农场粮库压煤226万吨〕,东一采区18层煤地质储量251万吨〔其中二九一农场粮库压煤132万吨〕.24层煤地质储量266万吨〔其中二九一农场粮库压煤112万吨〕.总压煤量为525万吨.二、采区设计：〔一〕设计依据:根据实际开采经验,煤矿似膏体自流充填开采技术应满足几个条件：1、充填几何倍线.根据国内外充填矿山经验,只有当浆体压头不足,不能采用管道自流输送时,才考虑采取加压输送方式；管道自流输送的标准是管路系统充填几何倍线N小于5,几何充填管路倍线N按下式计算：N=EL/EH,其中Z2L为包括弯头、接头等管件的换算长度在内的管路总长度,工H管道起点和终点的高差.2、一定的流速.因自流充填其动力来自充填管内浆体产生的上下差,因此要求满管输送,故充填管径不宜太大；另外,我们煤矿自流充填选用的充填骨料为破碎后的煤肝石,其粒度相对较大,不同于金属矿山充填骨料为粉末状的尾矿,在管道充填中容易发生沉淀堵管,因此在充填时需满足较高的流速,充填几何倍线最好在2.5—4之间.3、因所谓的似膏体是质量浓度相对较高的浆体,具有较强的流动性；煤矿常用的走向长壁开采法,因上下平巷之间的高差较大,充填浆体会因充填过程中产生的压差导致档浆困难、易跑浆；因此,为了提升充填开采水平,充填工作面还需仰斜布置,即工作面切眼水平布置,运输巷和回风巷沿煤层倾向布置.〔二〕采区设计概况：1、工作面必须呈仰斜布置,即切眼沿煤层等高线布置,两条顺槽垂直切眼沿煤层倾向布置.2、充填量为100m3/h,需用肝石80~90T,粉煤灰26~30T,水泥7~9T,减水剂0.8T,工作面面长为120m.3、根据现场顶板状况充填步距按3.2m,两天完成一个充填步距〔按2小班推进4个循环,每循环0.8m;一个小班施工充填挡墙等工作,两个小班充填,一个小班凝固.凝固一个小班后,撤除挡墙后充填体能够保持站立〕.4、按?设计标准?要求,采区布置三条上山.三条上山分别为轨道、回风及运输,其中回风巷为沿十六层底板布置,断面为12m\设计总长为1610m;轨道巷为断面为12设计总长为2100m;轨道巷为断面为12m2,设计总长为1550m.5、首采工作面投产时间按回风巷施工工期需30个月〔长度2100m,月单进按70m计算〕.〔三〕采区水平计算〔按月计算〕：1、回采水平：面长120m,采高2.7m,容重1.32T/m3,每2天推进4个循环3.2m.工作面月生产水平=120X2.7X1.32X3.2X15=2万吨2、充填材料消耗量：1〕、充填空间：20000+1.32=15152m32〕、肝石消耗量〔按平均消耗量计算〕：15152+100X85=12878T3〕粉煤灰消耗量〔按平均消耗量计算〕：15152+100X28=4242T4〕、水泥消耗量〔按平均消耗量计算〕：15152+100X8=1212T5〕、减水剂消耗量〔按平均消耗量计算〕：15152+100X0.8=121T三、地面注浆站设计及投资概算：〔一〕、工程主要内容该工程研究主要分为井下充填钻孔、地表局部〔含钻孔〕的充填料浆制备与输送、充填工艺和相关工程.整个工程实施共包括煤肝石充填技术研究、工艺及自动限制设计、钻孔施工、土建设计及施工、设备选型及购置、系统安装及调试运行等六局部.主要有以下四项：1、煤肝石充填技术研究主要包括：〔1〕煤肝石作为胶结充填骨料的性能评价；〔2〕煤肝石似膏体充填材料〔煤肝石、掺和细粒料〕优化配比实验；〔3〕煤肝石似膏体制备工艺技术研究；〔4〕输送工艺技术研究及肝石似膏体制备工艺、井下管道布置方案设计.2、工艺及自动限制设计主要包括：(1)工艺设计：包括充填搅拌站的工艺流程设计、限制系统的软件编程、收尘设备和厂房配置、机械设备选型及施工图设计.(2)自动化设计：包括充填系统的供电设计、自动化系统设计、电气和仪表设备选型及施工图设计.3、土建设计主要包括充填制备站及破碎系统、供电、供水、采暖、照明等设计.4、设备采购主要包括自动限制设备、搅拌设备、破碎设备、供电设备、运输设备等.(二)、预期目标1、完成适合煤矿具体开采技术条件和煤肝石特性的煤肝石似膏体制备、充填料配比和系统方案设计,为煤矿煤肝石充填系统施工设计提供依据；2、系统额定生产水平90-110m3/h,输送浆体质量浓度70%以上;3、在规划时间内保证煤肝石充填系统正常运行,甲方根据乙方给定的充填配比及充填步距等要求进行充填并保证将采空区充满充实,地表建筑物损坏等级限制在I级以内.(三)、充填工艺流程1、方案设计原那么煤肝石充填系统方案设计过程中应遵循如下设计原那么：(1)严格执行合同要求以及国家有关标准、规定、标准,保证设计质量；(2)充分利用矿山现有设施,尽量减少工程量,从而节约基建投资;(3)保证充填制备站的效劳范围和充填水平；(4)保证充填系统在效劳年限之内的平安和使用的稳定性；(5)充填站布置应尽量紧凑,节约珍贵的工业场地；(6)工艺要尽可能简单可靠；(7)使用过程中易于治理；(8)管道输送系统运行可靠.2、充填工艺充填制备站的主要功能是将水泥、粉煤灰、煤肝石、减水剂混合料加水制成合格的胶结充填料浆,通过钻孔和管道输送至井下待充采场.因此制备站有储存水泥、粉煤灰、煤肝石、减水剂和水的设施,及保证按配比及浓度给料、给水的计量与输送设备、搅拌设备等,还有检测浆体质量及数量的仪表.(1)、充填料的运输与储存系统为满足管道输送要求,煤肝石必须进行破碎.破碎后的合格粒度煤肝石储存于煤肝石堆场内,通过设备向缓冲漏斗供料,经圆盘给料机、振动筛、核子秤计量后通过皮带运输机转运到主搅拌桶内；水泥、粉煤灰用散装罐车运送,通过压气卸入立式水泥仓和粉煤灰仓内,经仓底插板阀、星形给料机、冲板流量计计量后通过单螺旋输送机输送至同一个搅拌桶内,按要求参加减水剂,搅拌形成水泥粉煤灰浆,然后转运到主搅拌桶内.充填站内还设有一台微型空压机,用于向水泥仓、粉煤灰仓底吹气预防堵塞之用.(2)搅拌系统普通搅拌很难破坏微细颗粒固体和水产生的聚凝集合体,因此,需用强力机械搅拌装置.(3)供水系统为保证供水水平,需设置高位水池(根据实际情况可设水池加泵供水弁设一小型水箱代替).(4)检测系统高浓度料浆具有良好性能的浓度范围很小,料浆浓度的变化对充填料浆特性的影响极为敏感.为顺利实现全尾砂高浓度胶结充填,必须建立一套可靠、完善的充填监控系统,实现对料浆浓度、流量及各种物料配比的监测和调节.(5)自动限制系统为保证系统操作简单、可靠,整个系统采用集中自动限制,其中：1)电气、自动化及电气设备集成原那么在充填搅拌站限制系统方案集成设计中遵循以下原那么：限制系统和电气设备本着可靠性、实用性、先进性、经济性、弁有实际工程应用为原那么选择电气、仪表和限制系统设备.限制系统操作力求简单,限制系统维护工作量低；限制方式灵活,满足生产、检修各种限制方式的要求；满足工艺生产的各项要求；所选设备的备品备件购置方便.2)DCS限制系统方案①限制系统层次的划分限制层次框图为生产和经营治理层

_0过程治理_0过程治理层第1层现场设备现场设备：现场电动机、检测开关、流量信号、料位信号、执行机构第一层：在直接限制级上,过程限制计算机直接与现场各类限制装置〔如变送器、执行机构、记录仪等〕相连,对所连接的设备实施监测、限制.同时与第二层计算机连接,接受上层的治理信息,弁向上传递装置的工作状态和采集到的实时数据.第二层：在过程治理级上的计算机主要有监控计算机、操作站和工程师站.它综合监视过程各站所有信息,集中显示操作,限制回路组态和参数校正,优化过程处理等.第三层：在生产治理级和经营治理级上的治理计算机通过矿局域网与限制系统连接.可以随时查看到现场的生产运行情况.为地表充填搅拌站纳入矿整个调度系统打下根底.②限制结构及现场总线地表充填搅拌站限制系统采用现场总线结构,以减少传统电缆的使用,提升系统的可靠性,缩短安装时间,加快调试进度.③主限制计算机及接口主限制计算机采用美国GE公司生产的高可靠性90-30系列PLC,CPU为ICE693CPU374主限制计算机的接口是限制系统的重要局部,限制系统接口数量为DI/DO总点数量192点,备用15%左右、AI/AO总点数量48点,备用15%左右.为提升其可靠性,接口选用美国GE公司生产的高可靠性VersaMax产品.④限制系统〔DCS〕中的人机接口在限制系统中采用日本公司生产的人机接口Pro-faceGP,与GE-FanucPLC采用以太网通讯连接.⑤限制系统〔DCS〕中的上位机在DCS上位机监控软件推荐采用GE-FANUC的Cimplicity软件,上位机通过以太网和主PLC限制系统连接.在上位机监控画面中,采用流程图的形式,显示工艺流程.⑥限制设备操作台限制柜,内部安装220VAC、24VDC电源、PLC、端子、开关、继电器等；3〕自动化仪表①主要工艺过程参数检测要实现对充填系统产品的限制,必须检测以下工艺参数：・肝石流量检测；・水泥流量检测；・粉煤灰流量检测；・添加水流量检测；・水泥仓料位检测；粉煤灰仓料位检测；水池液位检测；搅拌槽料位检测；减水剂料位检测；砂浆流量检测；砂浆浓度检测；充填管道出口流量检测；充填管道出口浓度检测；预留井下充填管道压力检测接口.②工艺调节回路本充填系统中共有10种调节回路：水泥流量调节回路；粉煤流量调节回路；肝石流量调节回路；砂浆浓度调节回路；搅拌槽料位调节回路；添加水流量调节回路；添加减水剂流量调节回路；充填砂浆浓度调节回路；充填物料比例调节回路；充填砂浆流量调节回路；③调节回路限制方法充填搅拌站共计有三种生产物料〔煤肝石、水泥、粉煤灰〕、水和添加剂.为实现对每个产品输送过程都实现准确和及时的限制,采用传统限制方法与现代限制方法相结合,共同完成对充填系统的限制.对于恒定给料局部采用传统的PID限制方法；对于充填料浆浓度的限制采用智能限制、专家限制、批量限制等方法,并充分利用现代限制器在限制方面所具有的灵活性,共同完成对充填系统的调节限制.④自动化仪表用于测量水泥仓水泥和粉煤灰仓粉煤灰量的超声波料位仪,规格型号为瑞普ASK30米TPS、US514、USK531;用于测量减水剂槽内减水剂量的超声波料位仪,规格型号为瑞普ASK7米US602FP+TM;用于测量搅拌槽内充填浆量的超声波料位仪,规格型号为瑞普ASK5米US603+TM;用于测量水泥流量的微机核子秤,规格型号为HC-0900型,包含：放射源、秤体支架、电离室、恒温装置、供电系统、信号放大装置等；用于测量煤粉流量的微机核子秤,规格型号为HC-1200型,包含：放射源、秤体支架、电离室、恒温装置、供电系统、信号放大装置等；用于测量减水剂流量的电磁流量计,规格型号为西门子DN157MQ575-1-1-AA、7ME5038;用于测量水流量的电磁流量计,规格型号为西门子DN1007MQ575-1-1-JA、7ME5038;用于测量充填矿浆的流量的电磁流量计,规格型号为西门子DN125配置双频励磁；7ME5038;用于测量充填矿浆的浓度的核辐射浓度计,规格型号为FMG60;用于充填矿浆限制的电动管夹阀,规格型号为美国红阀5200E系列,DN117〔内径〕；用于煤肝石计量的皮带秤,规格型号为ICS20-1-XR2001F-AO-650.4〕配电和电动机〔MCC〕方案根据本工程具体情况,低压配电柜主要供电设备是电动机和变频器,本着合理、经济、适用、可靠原那么,故采用智能MCC方案,方便设备布置和电气接线.①智能MCC柜根据本工程的具体情况,采用VersaMax接口柜与配电设备配合的方式.在低压配电室设置1#限制柜,完成接收和限制电动机的各种信号.②调速智能MCC柜变频器选用ABB设备,为预防谐波干扰,变频器进线安装进线电抗器.针对与限制系统连接,每个变频器配置Profibus-DP通讯接口.变频器直接安装在低压柜内,与限制系统采用Profibus-DP现场总线连接.③智能MCC柜与限制系统的联系智能MCC柜与限制系统之间采用工业现场总线通讯方式,通讯规约是采用标准的工业现场总线规约Genius.通讯介质采用屏蔽双绞线.④现场限制箱现场限制箱设有按钮、信号灯、集中/就地选择开关,在限制箱上可以完成就地启动、停止、检修等功能.集中限制：设备运行或停止由限制系统完成；就地限制：设备运行或停止由按钮发出指令,通过现场总线通讯完成.就地限制优先权大于集中限制,现场遇到紧急情况可以通过选择就地方式停止设备运行.⑤自动化仪表设备低压配电室进线柜〔进线开关1000A〕1台,备用回路150A两路、100A两路；低压配电室电动机低压柜：45kW、37kW;低压配电室电动机低压柜：11kW、7.5kW、2.2kW、1.5kW、0.75KW;低压配电室变频器低压柜：11kW、11kW；低压配电室变频器低压柜：5.5kW;变频器低压柜：变频器ACS800〔驱动11kW电动机〕,配置进线电抗器和通讯模块；变频器低压柜：变频器11kW〔驱动电动机〕,配置进线电抗器和通讯模块；变频器低压柜：变频器5.5kW〔驱动电动机〕,配置进线电抗器和通讯模块；现场限制箱及限制室仪表电源柜等.〔5〕管路系统高浓度胶结充填料浆,通过钻孔和管道输送至待充采场,通过带快速接头的塑料软管进行采场充填.〔五〕、地面系统根据煤矿地面实际情况,地面充填制备系统和肝石破碎系统可单独布置,也可将两系统建在一起.其中充填制备站主要包括充填钻孔〔2个钻孔,选用耐磨内衬钢管,其中1个正常生产,另1个备用〕；主厂房〔选用钢架结构〕,长约20米,宽约14.5米,设计为三层；水泥和粉煤灰的储仓采用立式钢结构形式,搅拌站设水泥和粉煤灰立式仓各1个,水泥和粉煤灰的用散装罐车运输,采用外委的方式,散装罐车将水泥和粉煤灰运输至充填搅拌站后,由罐车自带压气将水泥和粉煤灰由水泥仓以及粉煤灰仓顶部送入仓内,水泥和粉煤灰仓顶设除尘器、料位计、检修门;为了水泥和粉煤灰计量方便,还需设计60吨位地磅房一处(根据实际情况确定)；高位水池(选用钢架结构,能满足约2小时的充填用水量)配电室(总有效负荷为650KW左右,其中因破碎机负荷较大,为预防采用低压供电接线复杂选用高压供电)、送料走廊及储料棚(钢架结构)等.肝石破碎系统主要包括原肝运输系统、破碎系统、筛分系统、储存系统等.止匕外,为了解决充填站、破碎站、肝石山等地取肝、送料等需购置铲车等.(六)、井下充填地表充填制备站制成的符合要求的水泥、粉煤灰、煤肝石浆体沿充填钻孔进入井下充填管道.井下管道安装与布设时,应注意以下问题：(1)保证合理的充填倍线；(2)在正常情况下,水平巷道中,管路布设应有一定的下向坡度,不允许出现反向输送和充填；(3)尽量减少弯道、接头,由于在这些部位,流速容易放缓,局部阻力增大,易造成堵管,绝对预防锐角弯道的存在；(4)管道连接最好使用快速接头；(5)作为事故处理举措之一,随充填管道同时布设水管；(6)沿程要保证良好的照明和通风条件；(7)保证安装质量,包括钻孔的垂直度、垂直管道的偏移度、水平管道的起伏度应严格限制,由于安装质量不好,不仅会加大管道磨损、降低管道使用寿命,而且容易造成堵管.〔七〕投资概算地面注浆站分为破碎系统和充填系统两局部,根据三矿场地实际情况,这两个系统别离布置,其中破碎系统设在肝石山南侧；充填系统〔注浆站〕设在二九一粮库至七连方向公路300m处北侧,占地长约120m,宽约80m,面积约9600nf.投资总费用约3186万元.其中：1、破碎系统能够满足每天800T以上5mm以下肝石的破碎量,破碎机2台,滚动筛2台,运料皮带5部,40T溜子1部,破碎机根底、运料皮带根底,滚动筛设备根底,除铁器3台,储料库一处〔容积大于1500m3〕,共需投资费用约500万元.2、肝石充填系统费用2686万元.其中：⑴主厂房260万元〔长X宽X高约为19X14X12米,采用钢筋混凝土条形根底、钢架结构、彩钢板墙面,共分为三层,为增加各层地板的稳固性,选用钢格板结构〕；⑵储料仓160万元〔储料仓选用厚度为24cm钢板加固制成,直径5米,高度13.7米,容积250立方X2,分别用来储存水泥和粉煤灰；为了减少占地,增加结构紧凑性,主厂房和储料仓设计合二为一,将储料仓架设在主厂房之上,总高度约为24.7米,并加设了避雷装置〕；⑶受料槽30万元〔钢筋混凝土结构,长X宽X深约为5X4X4米〕；⑷送料皮带走廊35万元〔长约20米,全封闭钢架结构〕；⑸配电室30万元〔传混结构,长X宽X高约为12X7X4米〕；⑹储料棚120万元〔长X宽X高约为32X24X5.5米为钢架结构,有效容积2000立方以上,用来储存破碎后的煤肝石〕；⑺自动限制设备396万元〔包括限制设备及软件260.5万元；自动化仪表设备90.5万元；自动化仪表电控设备45万元〕；⑻充填制备系统送料、搅拌及收尘设备150万元〔包括小175mm双管螺旋喂料机1套；小300mm双管螺旋喂料机1套；高浓度搅拌槽1套；除尘器3台,储气罐1个,小型空压机1台、减水剂装置1套,圆盘给料机1套,皮带1套,钻孔排气装置1套〕；⑼配电所供电设备60万元〔包括开关柜、限制柜及变压器等〕；〔10〕系统安装200万〔包括自动限制设备安装；搅拌设备安装；除尘设备安装；送料皮带安装；圆盘给料机安装；水泥、粉煤灰、肝石下料漏斗安装；室内供水管路安装；避雷装置安装等〕.〔11〕地面水池〔长X宽X深约为7X7X5米,钢筋混凝土结构〕、高位水箱〔钢结构,容积约8立方〕及供水管路安装等35万元.〔12〕钻孔130万元〔套管2趟,选用陶瓷耐磨内衬钢管,外径146mm,管壁10+3mm,约320米/个〕〔13〕地基勘察费5万元〔钻孔4个,约100米〕；、〔⑷充填站供暖锅炉及厂房120万元.⑮铲车〔3辆〕80万元；〔16〕井下管路及安装55万元〔一趟2寸水管,一趟4寸充填管〕.⑰似膏体充填材料配比研究及整体方案400万元.〔18〕似膏体充填地表工程〔包括供电、供暖、照明、排水等〕设计及井下管路工程设计100万元.⑲技术效劳费、培训费等80万元.〔20〕其他费用240万元,其中地表土地购置费150万元,场地围墙及办公场所50万元,场地平整费用10万元,质检、监理等30万元.3、井下巷道费用1275万元.采区设计变更,增加一条全岩总回风巷2100米,4000元/M,增加840万元；增加一条全煤皮带运输巷1450米,3000元/M,增加435万元.4、采区设计变更后,因需仰斜布置,造成一局部三角煤柱无法开采,但采用充填开采方式,相邻工作面之间不用留设煤柱,因此,采区变更前后,采区回采率变化不大.四：充填运营费用测算〔以月为周期进行测算〕1〕、破碎后肝石每吨按20元计算〔含运费〕,月消耗量12878T,费用为25.7万元2〕粉煤灰每吨70元计算,月消耗量〔按平均消耗量计算〕4242T,费用29.7万元3〕、水泥每吨430元,月消耗量1212T,费用49万元4〕、减水剂每吨按700元计算,月消耗量为121T,费用为8.5万元.5〕、工业