杨村煤矿井下矸石系统设计

【摘 要】杨村煤矿井下矸石设计通过带式输送机运输，并采用分时运输的方式，实现掘进工作面至临时排矸场地的连续运输，对系统运输能力进行了校核，可以实现矿井正常生产的同时满足矸石运输的需要。

【关键词】矸石运输系统；煤矸分时运输；矸石运输能力

1 矸石运输方案

目前井下矸石运输方案主要有两类，一是传统矿车运输，副井罐笼提升排矸；二是带式输送机运输，主井箕斗提矸。传统副井排矸特点是技术成熟，缺点是转载环节多、占用设备人员多、运输能力小，而使用带式输送机运输具有运量大、连续性好、转载环节少、运营费用省、事故率低、易于实现集中控制和自动化管理等优点。

杨村矿井按煤与瓦斯突出矿井设计，岩石巷道掘进工程量大，矸石运输量大，设计矸石运输采用带式输送机，为了充分发挥箕斗提升效率高的长处，设计采用箕斗提升矸石，针对不同提升类型提出3个方案：

方案一：主井煤矸分时提升

主井井筒直径φ7.5m，装备二套提升设备，其中一套为一对32t提煤箕斗，负责煤炭提升，另一套为一对32t箕斗，承担分时提煤提矸任务。

此方案优点：主井井筒断面不变，不增加工程量；降低了副井提升的能力，可以实现减少一套提升设备，副井断面由直径8.4m降为7.5m，井筒及提升设备投资降低；煤煤质较好，选煤厂采用块矸入洗，运行成本低。

缺点为管理相对复杂。

方案二：主井煤矸分提

主井井筒直径φ7.5m，装备二套提升设备，其中一套为一对32t提煤箕斗，另一套为一个32t提煤箕斗配一个16t矸石箕斗，担负全矿井的煤炭及矸石提升任务。

此方案优点与方案一相同，且管理相对简单，不涉及分时运输转换问题，但需要增加一个箕斗装载硐室，杨村矿井为千米深井，地压大，岩石破碎，巷道及硐室支护困难，不适合布置2个箕斗装载硐室，设计不予推荐。

方案三：主井煤矸混提

主井井筒净直径φ7.5m，装备二套提升设备，二对32t箕斗，煤矸混提，担负全矿井的煤炭及矸石提升任务。

此方式优点同方案二，井下装载系统和井口卸载系统简单，但地面选煤厂入洗能力增加10%～15%，需要加大设备能力，初期投资加大7000万元；受入洗量增加的影响，选煤厂运行成本增加；由于掘进矸石排入煤流系统，原煤煤质变差。

综上所述，设计推荐方案一，即矸石采用箕斗分时提升，主井其中1对32t箕斗采用分时提升煤与矸石。

2 矸石运输系统设计

矿井矸石运输系统为从岩巷掘进工作面至地面临时矸石山的连续运输系统，分为井下矸石运输系统与地面矸石运输系统2个部分。

2.1 井下矸石运输系统设计

井下矸石运输流程如下：

采区掘进头来矸采区矸石胶带输送机上山采区矸石仓胶带输送机大巷带式输送机（分时运矸）井底矸石仓装载带式输送机（分时运矸）主井（分时提矸）。

为减少一条矸石胶带输送机大巷及胶带机等设备的投资，胶带输送机大巷带式输送机与装载带式输送机采用分时分运原煤与矸石。采区矸石胶带输送机上山带宽1400μμ，带速2.5μ/σ。

2.2 地面主井矸石输送系统设计

地面采用矸石运输流程如下：

主井至毛煤仓带式输送机（分时运矸）毛煤仓上口分岔溜槽至块矸仓带式输送机至落矸仓带式输送机落矸溜槽。

主井负责分时提矸的箕斗提升的毛煤与矸石运至毛煤仓仓顶，毛煤分配入仓，矸石转载去至块矸仓带式输送机。

3 矸石分时运输系统能力校核

3.1 井下矸石运输能力校核

3.1.1 井下矸石运输工作制度

井下矸石运输工作制度采用一天一次，井下在采区均设1个采区煤仓，煤仓容量达1000μ3，可满足井下采区约2η的煤炭生产量。为满足井下分时胶带运输一天转换一次的要求，矸石运输时间需控制在一个生产班时中的2η内（包括原煤与矸石的倒换时间）。

3.1.2 矸石运输量

杨村矿井设计生产能力500万τ/α，采用立井多水平开拓，一水平标高-945μ，以2个采区2个综采工作面保证矿井产量。井下矸石量按每个采区2个岩巷综掘头考虑，1天一翼采区矸石量为410μ3，则全矿井2个采区矸石量共820μ3。

每个采区各设置1个矸石仓，直径为8m，容量约750m3，采区来矸在采区矸石仓中可有一天的缓冲储存时间。

3.1.3 分时运输带式输送机能力校核

采区来矸进入采区矸石仓后，需经胶带输送机大巷带式输送机分时分运至矸石仓，分时运输的时间不应影响矿井正常生产。分时运输所需时间包括矸石运输时间，大巷胶带机清空时间及配仓刮板输送机清空时间。

选取运输距离最长的西翼采区进行校核，西翼运输大巷胶带输送机主要参数如下：

输送量Q=2450t/h，带宽B=1400mm，带速v=3.55m/s，最终铺设长度为6890m（后期采用带式输送机搭接方式接续）。

采区一天矸石量为410m3，约700t，运矸状态下矸石运输时间（以一次运完采区一天矸石量计）：

带式输送机运矸时间：

t1= =0.29h

原煤与矸石倒换需清空带式输送机上物料，以免造成煤与矸石混合，清空时间：

t2= =0.539h

矸石仓上口配仓刮板输送机机长100m，运行速度1m/s，清空时间：

t3= =0.028h

另考虑系统调整时间t4=0.3h。

井下运矸时间：

t=t1+2×t2+2×t3+t4

=0.29+2×0.539+2×0.028+0.3

=1.724h

则井下矸石分时运输所需时间为1.724h，小于井下一个生产班时中的2h矸石运输时间（包括原煤与矸石的倒换时间），满足煤炭正常生产要求。

另经核算，采区煤仓中储存的煤炭可以在正常生产时间内运完。

3.1.4 主井提升能力校核

矿井主井布置两套提升系统，其中一套提升原煤，另一套提升为分时提运矸石和原煤，井底设2个直径10m井底煤仓，容积达1570m3，用于煤炭的缓冲，仓下设2条装载皮带，一条正常装煤作业，另一条可分时装运煤与矸石。由于矸石的提升必然影响矿井煤炭提升能力，因此，还需计算矸石提升所占用的时间，校核主井提升能力。

主井及地面矸石运输制度为一天转换一次。

井底矸石仓容量：直径10m，有效高度20m，有效容积1570m3，储存矸石量约为2670t。

井底装载输送机技术参数：带宽B=1200mm，带速v=2.5m/s，运距L=136m，运量Q=1100t/h。

地面至毛煤仓带式输送机技术参数：带宽B=1400mm，带速v =3.15m/s，运距L=260m，运量Q=1100t/h。

提矸状态下矸石运输时间（以一班运完井底矸石仓所储存矸石计）：

装载带式输送机运矸时间：

t1= =2.4h

主井32t箕斗提升时间：t1’=3h（以提升2670t矸石计）

取提矸时间：t1=3h

原煤与矸石倒换需清空带式输送机上物料，以免造成煤与矸石混合，清空时间：

t2= =0.023h

考虑系统调整时间t3=0.5h

井下运矸时间：

t=t1+2×t2+t3

=3+2×0.023+0.5

=3.546h

则矿井井底矸石通过主井及地面分时胶带运输的时间为3.6h（包括原煤与矸石的倒换时间）。

经计算，扣除一天的提矸时间，矿井1对32t提煤箕斗及1对分时提煤、矸箕斗总提升能力为7.2M t/a（含1Mt/a矸石），满足矿井年提升5Mt/a煤炭的要求。

4 结语

针对杨村矿井掘进矸石量较大的特点，采用带式输送机运输矸石，并采用分时运矸的方式，解决了井下矸石运输问题，且节约投资，取得较好的经济效益，同时使矿井辅助运输量大幅度降低，为矿井辅助运输改革创造了条件。

【参考文献】

[1]张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.