東榮三礦東一采區(qū)矸石充填設計方案說明19.25

1、東榮三礦東一采區(qū)矸石充填設計方案說明一、采區(qū)概況：東一采區(qū)位于井田的東南部，采區(qū)為一個不對稱的向斜構造，其中東巽采區(qū)邊界：北起工業(yè)廣場煤柱、F19斷層，南部及深部至F10號斷層，淺部至24層煤露頭，采區(qū)平均走向長800m，傾向長1600m，西翼北起DF16斷層，南至DF6號斷層，淺部14、16層至煤層露頭，18層至F10-1斷層，整個采區(qū)呈不規(guī)則形狀，面積1.5 km2?？刹擅簩?4、16、18三個煤層。東一采區(qū)14層煤地質儲量151萬噸（其中二九一農場糧庫壓煤55萬噸），東一采區(qū)16層煤地質儲量418萬噸（其中二九一農場糧庫壓煤226萬噸），東一采區(qū)18層煤地質儲量251萬噸（其中二九一農場

2、糧庫壓煤132萬噸）。24層煤地質儲量266萬噸（其中二九一農場糧庫壓煤112萬噸）。總壓煤量為525萬噸。二、采區(qū)設計：（一）設計依據(jù):根據(jù)實際開采經(jīng)驗，煤礦似膏體自流充填開采技術應滿足幾個條件：1、充填幾何倍線。根據(jù)國內外充填礦山經(jīng)驗，只有當漿體壓頭不足，不能采用管道自流輸送時，才考慮采取加壓輸送方式；管道自流輸送的標準是管路系統(tǒng)充填幾何倍線N小于5，幾何充填管路倍線N按下式計算：N=L/H，其中L為包括彎頭、接頭等管件的換算長度在內的管路總長度,H管道起點和終點的高差。2、一定的流速。因自流充填其動力來自充填管內漿體產生的高低差,因此要求滿管輸送,故充填管徑不宜太大;另外,我們煤礦自流充

3、填選用的充填骨料為破碎后的煤矸石,其粒度相對較大，不同于金屬礦山充填骨料為粉末狀的尾礦,在管道充填中容易發(fā)生沉淀堵管，因此在充填時需滿足較高的流速,充填幾何倍線最好在2.54之間。3、因所謂的似膏體是質量濃度相對較高的漿體，具有較強的流動性；煤礦常用的走向長壁開采法，因上下平巷之間的高差較大，充填漿體會因充填過程中產生的壓差導致檔漿困難、易跑漿；因此，為了提高充填開采能力，充填工作面還需仰斜布置，即工作面切眼水平布置，運輸巷和回風巷沿煤層傾向布置。（二）采區(qū)設計概況：1、工作面必須呈仰斜布置，即切眼沿煤層等高線布置，兩條順槽垂直切眼沿煤層傾向布置。2、充填量為100m³/h，需用矸石

4、8090T，粉煤灰2630T,水泥79T，減水劑0.8T，工作面面長為120m。3、根據(jù)現(xiàn)場頂板狀況充填步距按3.2m，兩天完成一個充填步距（按2小班推進4個循環(huán)，每循環(huán)0.8m；一個小班施工充填擋墻等工作，兩個小班充填，一個小班凝固。凝固一個小班后，拆除擋墻后充填體能夠保持站立）。4、按設計規(guī)范要求，采區(qū)布置三條上山。三條上山分別為軌道、回風及運輸，其中回風巷為沿十六層底板布置，斷面為12，設計總長為1610m；軌道巷為斷面為12，設計總長為2100m；軌道巷為斷面為12，設計總長為1550m。5、首采工作面投產時間按回風巷施工工期需30個月（長度2100m，月單進按70m計算）。（三）采區(qū)

5、能力計算（按月計算）：1、回采能力：面長120m，采高2.7m，容重1.32T/m³，每2天推進4個循環(huán)3.2m。工作面月生產能力=120×2.7×1.32×3.2×15=2萬噸2、充填材料消耗量：1）、充填空間：20000÷1.32=15152m³2）、矸石消耗量（按平均消耗量計算）：15152÷100×85=12878T3）粉煤灰消耗量（按平均消耗量計算）：15152÷100×28=4242T4）、水泥消耗量（按平均消耗量計算）：15152÷100×8=1212

6、T5)、減水劑消耗量（按平均消耗量計算）：15152÷100×0.8=121T三、地面注漿站設計及投資概算：(一)、項目主要內容該項目研究主要分為井下充填鉆孔、地表部分（含鉆孔）的充填料漿制備與輸送、充填工藝和相關工程。整個項目實施共包括煤矸石充填技術研究、工藝及自動控制設計、鉆孔施工、土建設計及施工、設備選型及購置、系統(tǒng)安裝及調試運行等六部分。主要有以下四項：1、煤矸石充填技術研究主要包括：(1)煤矸石作為膠結充填骨料的性能評價；(2)煤矸石似膏體充填材料（煤矸石、摻和細粒料）優(yōu)化配比實驗；(3) 煤矸石似膏體制備工藝技術研究；(4) 輸送工藝技術研究及矸石似膏體制備工藝

7、、井下管道布置方案設計。2、工藝及自動控制設計主要包括：（1）工藝設計：包括充填攪拌站的工藝流程設計、控制系統(tǒng)的軟件編程、收塵設備和廠房配置、機械設備選型及施工圖設計。（2）自動化設計：包括充填系統(tǒng)的供電設計、自動化系統(tǒng)設計、電氣和儀表設備選型及施工圖設計。3、土建設計主要包括充填制備站及破碎系統(tǒng)、供電、供水、采暖、照明等設計。4、設備采購主要包括自動控制設備、攪拌設備、破碎設備、供電設備、運輸設備等。(二)、預期目標1、完成適合煤礦具體開采技術條件和煤矸石特性的煤矸石似膏體制備、充填料配比和系統(tǒng)方案設計，為煤礦煤矸石充填系統(tǒng)施工設計提供依據(jù)；2、系統(tǒng)額定生產能力90-110m3/h，輸送漿體

8、質量濃度70%以上；3、在規(guī)劃時間內確保煤矸石充填系統(tǒng)正常運行，甲方按照乙方給定的充填配比及充填步距等要求進行充填并確保將采空區(qū)充滿充實，地表建筑物損壞等級控制在級以內。(三)、充填工藝流程1、方案設計原則煤矸石充填系統(tǒng)方案設計過程中應遵循如下設計原則：（1）嚴格執(zhí)行合同要求以及國家有關標準、規(guī)定、規(guī)范，保證設計質量；（2）充分利用礦山現(xiàn)有設施，盡量減少工程量，從而節(jié)約基建投資；（3）確保充填制備站的服務范圍和充填能力；（4）保證充填系統(tǒng)在服務年限之內的安全和使用的穩(wěn)定性；（5）充填站布置應盡量緊湊，節(jié)約寶貴的工業(yè)場地；（6）工藝要盡可能簡單可靠；（7）使用過程中易于管理；（8）管道輸送系統(tǒng)運

9、行可靠。2、充填工藝充填制備站的主要功能是將水泥、粉煤灰、煤矸石、減水劑混合料加水制成合格的膠結充填料漿，通過鉆孔和管道輸送至井下待充采場。因此制備站有儲存水泥、粉煤灰、煤矸石、減水劑和水的設施，及保證按配比及濃度給料、給水的計量與輸送設備、攪拌設備等，還有檢測漿體質量及數(shù)量的儀表。(1)、充填料的運輸與儲存系統(tǒng)為滿足管道輸送要求，煤矸石必須進行破碎。破碎后的合格粒度煤矸石儲存于煤矸石堆場內，通過設備向緩沖漏斗供料，經(jīng)圓盤給料機、振動篩、核子秤計量后通過皮帶運輸機轉運到主攪拌桶內；水泥、粉煤灰用散裝罐車運送，通過壓氣卸入立式水泥倉和粉煤灰倉內，經(jīng)倉底插板閥、星形給料機、沖板流量計計量后通過單螺

10、旋輸送機輸送至同一個攪拌桶內，按要求加入減水劑，攪拌形成水泥粉煤灰漿，然后轉運到主攪拌桶內。充填站內還設有一臺微型空壓機，用于向水泥倉、粉煤灰倉底吹氣防止堵塞之用。（2）攪拌系統(tǒng)普通攪拌很難破壞微細顆粒固體和水產生的聚凝集合體，因此，需用強力機械攪拌裝置。（3）供水系統(tǒng)為保證供水能力，需設置高位水池（根據(jù)實際情況可設水池加泵供水并設一小型水箱代替）。（4）檢測系統(tǒng)高濃度料漿具有良好性能的濃度范圍很小，料漿濃度的變化對充填料漿特性的影響極為敏感。為順利實現(xiàn)全尾砂高濃度膠結充填，必須建立一套可靠、完善的充填監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對料漿濃度、流量及各種物料配比的監(jiān)測和調節(jié)。（5）自動控制系統(tǒng)為保證系統(tǒng)操作簡

11、單、可靠，整個系統(tǒng)采用集中自動控制，其中：1）電氣、自動化及電氣設備集成原則在充填攪拌站控制系統(tǒng)方案集成設計中遵循以下原則：l 控制系統(tǒng)和電氣設備本著可靠性、實用性、先進性、經(jīng)濟性、并有實際工程應用為原則選擇電氣、儀表和控制系統(tǒng)設備。l 控制系統(tǒng)操作力求簡單，控制系統(tǒng)維護工作量低；l 控制方式靈活，滿足生產、檢修各種控制方式的要求；l 滿足工藝生產的各項要求；l 所選設備的備品備件購買方便。2）DCS控制系統(tǒng)方案 控制系統(tǒng)層次的劃分控制層次框圖為生產和經(jīng)營管理層 第3層 過程管理層 第2層 直接控制層 第1層 工 業(yè) 過 程 現(xiàn)場設備現(xiàn)場設備：現(xiàn)場電動機、檢測開關、流量信號、料位信號、執(zhí)行機構

12、第一層：在直接控制級上，過程控制計算機直接與現(xiàn)場各類控制裝置（如變送器、執(zhí)行機構、記錄儀等）相連，對所連接的設備實施監(jiān)測、控制。同時與第二層計算機連接，接受上層的管理信息，并向上傳遞裝置的工作狀態(tài)和采集到的實時數(shù)據(jù)。第二層：在過程管理級上的計算機主要有監(jiān)控計算機、操作站和工程師站。它綜合監(jiān)視過程各站所有信息，集中顯示操作，控制回路組態(tài)和參數(shù)校正，優(yōu)化過程處理等。第三層：在生產管理級和經(jīng)營管理級上的管理計算機通過礦局域網(wǎng)與控制系統(tǒng)連接。可以隨時查看到現(xiàn)場的生產運行情況。為地表充填攪拌站納入礦整個調度系統(tǒng)打下基礎。 控制結構及現(xiàn)場總線地表充填攪拌站控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線結構，以減少傳統(tǒng)電纜的使用，提

13、高系統(tǒng)的可靠性，縮短安裝時間，加快調試進度。 主控制計算機及接口 主控制計算機采用美國GE公司生產的高可靠性90-30系列PLC，CPU為ICE693CPU374。 主控制計算機的接口是控制系統(tǒng)的重要部分，控制系統(tǒng)接口數(shù)量為DI/DO總點數(shù)量192點，備用15%左右、AI/AO總點數(shù)量48點，備用15%左右。為提高其可靠性，接口選用美國GE公司生產的高可靠性VersaMax產品。 控制系統(tǒng)（DCS）中的人機接口在控制系統(tǒng)中采用日本公司生產的人機接口Pro-face GP，與GE-Fanuc PLC采用以太網(wǎng)通訊連接。 控制系統(tǒng)（DCS）中的上位機在DCS上位機監(jiān)控軟件推薦采用GE-FANUC的

14、Cimplicity軟件，上位機通過以太網(wǎng)和主PLC控制系統(tǒng)連接。在上位機監(jiān)控畫面中，采用流程圖的形式，顯示工藝流程。 控制設備操作臺控制柜，內部安裝220VAC、24VDC電源、PLC、端子、開關、繼電器等；3）自動化儀表主要工藝過程參數(shù)檢測要實現(xiàn)對充填系統(tǒng)產品的控制，必須檢測下列工藝參數(shù)：矸石流量檢測；水泥流量檢測；粉煤灰流量檢測；添加水流量檢測；水泥倉料位檢測；粉煤灰倉料位檢測；水池液位檢測；攪拌槽料位檢測；減水劑料位檢測；砂漿流量檢測；砂漿濃度檢測；充填管道出口流量檢測；充填管道出口濃度檢測；預留井下充填管道壓力檢測接口。 工藝調節(jié)回路本充填系統(tǒng)中共有10種調節(jié)回路：水泥流量調節(jié)回路；

15、粉煤流量調節(jié)回路；矸石流量調節(jié)回路；砂漿濃度調節(jié)回路；攪拌槽料位調節(jié)回路；添加水流量調節(jié)回路；添加減水劑流量調節(jié)回路；充填砂漿濃度調節(jié)回路；充填物料比例調節(jié)回路；充填砂漿流量調節(jié)回路； 調節(jié)回路控制方法充填攪拌站共計有三種生產物料（煤矸石、水泥、粉煤灰）、水和添加劑。為實現(xiàn)對每個產品輸送過程都實現(xiàn)準確和及時的控制，采用傳統(tǒng)控制方法與現(xiàn)代控制方法相結合，共同完成對充填系統(tǒng)的控制。對于恒定給料部分采用傳統(tǒng)的PID控制方法；對于充填料漿濃度的控制采用智能控制、專家控制、批量控制等方法，并充分利用現(xiàn)代控制器在控制方面所具有的靈活性，共同完成對充填系統(tǒng)的調節(jié)控制。 自動化儀表用于測量水泥倉水泥和粉煤灰倉

16、粉煤灰量的超聲波料位儀，規(guī)格型號為瑞普ASK30米TPS、US514、USK531；用于測量減水劑槽內減水劑量的超聲波料位儀，規(guī)格型號為瑞普ASK7米US602FP + TM；用于測量攪拌槽內充填漿量的超聲波料位儀，規(guī)格型號為瑞普ASK 5米US603 + TM；用于測量水泥流量的微機核子秤，規(guī)格型號為HC-0900型，包含：放射源、秤體支架、電離室、恒溫裝置、供電系統(tǒng)、信號放大裝置等；用于測量煤粉流量的微機核子秤，規(guī)格型號為HC-1200型，包含：放射源、秤體支架、電離室、恒溫裝置、供電系統(tǒng)、信號放大裝置等；用于測量減水劑流量的電磁流量計，規(guī)格型號為西門子DN15 7MQ575-1-1-AA

17、、7ME5038；用于測量水流量的電磁流量計，規(guī)格型號為西門子DN100 7MQ575-1-1-JA、7ME5038；用于測量充填礦漿的流量的電磁流量計，規(guī)格型號為西門子DN125 配置雙頻勵磁；7ME5038；用于測量充填礦漿的濃度的核輻射濃度計，規(guī)格型號為FMG60；用于充填礦漿控制的電動管夾閥，規(guī)格型號為美國紅閥5200E系列，DN117（內徑）；用于煤矸石計量的皮帶秤，規(guī)格型號為ICS20-1-XR2001F-AO-650。4)配電和電動機（MCC）方案根據(jù)本項目具體情況，低壓配電柜主要供電設備是電動機和變頻器，本著合理、經(jīng)濟、適用、可靠原則，故采用智能MCC方案，方便設備布置和電氣接

18、線。 智能MCC柜根據(jù)本項目的具體情況，采用 VersaMax接口柜與配電設備配合的方式。在低壓配電室設置1#控制柜，完成接收和控制電動機的各種信號。 調速智能MCC柜變頻器選用ABB設備，為防止諧波干擾，變頻器進線安裝進線電抗器。針對與控制系統(tǒng)連接，每個變頻器配置Profibus-DP通訊接口。變頻器直接安裝在低壓柜內，與控制系統(tǒng)采用Profibus-DP現(xiàn)場總線連接。 智能MCC柜與控制系統(tǒng)的聯(lián)系智能MCC柜與控制系統(tǒng)之間采用工業(yè)現(xiàn)場總線通訊方式，通訊規(guī)約是采用標準的工業(yè)現(xiàn)場總線規(guī)約Genius。通訊介質采用屏蔽雙絞線。 現(xiàn)場控制箱現(xiàn)場控制箱設有按鈕、信號燈、集中/就地選擇開關，在控制箱上

19、可以完成就地啟動、停止、檢修等功能。集中控制：設備運行或停止由控制系統(tǒng)完成；就地控制：設備運行或停止由按鈕發(fā)出指令，通過現(xiàn)場總線通訊完成。就地控制優(yōu)先權大于集中控制，現(xiàn)場遇到緊急情況可以通過選擇就地方式停止設備運行。 自動化儀表設備低壓配電室進線柜（進線開關1000A）1臺，備用回路150A兩路、100A兩路；低壓配電室電動機低壓柜：45kW、37kW；低壓配電室電動機低壓柜：11kW、7.5kW、2.2kW、1.5kW、0.75KW；低壓配電室變頻器低壓柜：11kW、11kW；低壓配電室變頻器低壓柜：5.5kW；變頻器低壓柜：變頻器ACS800（驅動11kW電動機），配置進線電抗器和通訊模塊

20、；變頻器低壓柜: 變頻器11kW（驅動電動機），配置進線電抗器和通訊模塊；變頻器低壓柜: 變頻器5.5kW（驅動電動機），配置進線電抗器和通訊模塊；現(xiàn)場控制箱及控制室儀表電源柜等。（5）管路系統(tǒng)高濃度膠結充填料漿，通過鉆孔和管道輸送至待充采場，通過帶快速接頭的塑料軟管進行采場充填。 (五)、地面系統(tǒng)根據(jù)煤礦地面實際情況，地面充填制備系統(tǒng)和矸石破碎系統(tǒng)可單獨布置，也可將兩系統(tǒng)建在一起。其中充填制備站主要包括充填鉆孔（2個鉆孔，選用耐磨內襯鋼管，其中1個正常生產，另1個備用）；主廠房（選用鋼架結構），長約20米，寬約14.5米,設計為三層;水泥和粉煤灰的儲倉采用立式鋼結構形式,攪拌站設水泥和粉煤灰

21、立式倉各1個，水泥和粉煤灰的用散裝罐車運輸，采用外委的方式，散裝罐車將水泥和粉煤灰運輸至充填攪拌站后，由罐車自帶壓氣將水泥和粉煤灰由水泥倉以及粉煤灰倉頂部送入倉內,水泥和粉煤灰倉頂設除塵器、料位計、檢修門；為了水泥和粉煤灰計量方便，還需設計60噸位地磅房一處（根據(jù)實際情況確定）；高位水池（選用鋼架結構，能滿足約2小時的充填用水量）、配電室（總有效負荷為650KW左右，其中因破碎機負荷較大，為避免采用低壓供電接線復雜選用高壓供電）、送料走廊及儲料棚（鋼架結構）等。矸石破碎系統(tǒng)主要包括原矸運輸系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)等。此外，為了解決充填站、破碎站、矸石山等地取矸、送料等需購置鏟車等。(

22、六)、井下充填地表充填制備站制成的符合要求的水泥、粉煤灰、煤矸石漿體沿充填鉆孔進入井下充填管道。井下管道安裝與布設時，應注意以下問題：（1）保證合理的充填倍線;（2）在正常情況下，水平巷道中，管路布設應有一定的下向坡度，不允許出現(xiàn)反向輸送和充填；（3）盡量減少彎道、接頭，因為在這些部位，流速容易放緩，局部阻力增大，易造成堵管，絕對避免銳角彎道的存在；（4）管道連接最好使用快速接頭；（5）作為事故處理措施之一，隨充填管道同時布設水管；（6）沿程要保證良好的照明和通風條件；（7）保證安裝質量，包括鉆孔的垂直度、垂直管道的偏移度、水平管道的起伏度應嚴格控制，因為安裝質量不好，不僅會加大管道磨損、降低

23、管道使用壽命，而且容易造成堵管。（七）投資概算地面注漿站分為破碎系統(tǒng)和充填系統(tǒng)兩部分，根據(jù)三礦場地實際情況，這兩個系統(tǒng)分離布置，其中破碎系統(tǒng)設在矸石山南側；充填系統(tǒng)（注漿站）設在二九一糧庫至七連方向公路300m處北側，占地長約120m，寬約80m，面積約9600。投資總費用約3186萬元。其中：1、破碎系統(tǒng)能夠滿足每天800T以上5mm以下矸石的破碎量，破碎機2臺，滾動篩2臺，運料皮帶5部，40T溜子1部，破碎機基礎、運料皮帶基礎，滾動篩設備基礎，除鐵器3臺，儲料庫一處（容積大于1500m³），共需投資費用約500萬元。2、矸石充填系統(tǒng)費用2686萬元。其中：主廠房260萬元（長&#

24、215;寬×高約為19×14×12米，采用鋼筋混凝土條形基礎、鋼架結構、彩鋼板墻面，共分為三層，為增加各層地板的穩(wěn)固性，選用鋼格板結構）；儲料倉160萬元（儲料倉選用厚度為24cm鋼板加固制成，直徑5米，高度13.7米,容積250立方×2,分別用來儲存水泥和粉煤灰；為了減少占地，增加結構緊湊性，主廠房和儲料倉設計合二為一，將儲料倉架設在主廠房之上，總高度約為24.7米,并加設了避雷裝置）；受料槽30萬元（鋼筋混凝土結構，長×寬×深約為5×4×4米）；送料皮帶走廊35萬元（長約20米，全封閉鋼架結構）；配電室30萬元

25、（磚混結構，長×寬×高約為12×7×4米）；儲料棚120萬元（長×寬×高約為32×24×5.5米,為鋼架結構,有效容積2000立方以上,用來儲存破碎后的煤矸石）；自動控制設備396萬元（包括控制設備及軟件260.5萬元；自動化儀表設備90.5萬元；自動化儀表電控設備45萬元）； 充填制備系統(tǒng)送料、攪拌及收塵設備150萬元（包括175mm雙管螺旋喂料機1套；300mm雙管螺旋喂料機1套；高濃度攪拌槽1套；除塵器3臺 ，儲氣罐1個，小型空壓機 1臺、減水劑裝置1套，圓盤給料機1套，皮帶1套，鉆孔排氣裝置1套）；配電所供

26、電設備60萬元（包括開關柜、控制柜及變壓器等）；系統(tǒng)安裝200萬（包括自動控制設備安裝；攪拌設備安裝；除塵設備安裝；送料皮帶安裝；圓盤給料機安裝；水泥、粉煤灰、矸石下料漏斗安裝；室內供水管路安裝；避雷裝置安裝等）。地面水池（長×寬×深約為7×7×5米,鋼筋混凝土結構）、高位水箱(鋼結構,容積約8立方)及供水管路安裝等35萬元。鉆孔130萬元（套管2趟，選用陶瓷耐磨內襯鋼管，外徑146mm,管壁10+3mm，約320米/個）地基勘察費5萬元（鉆孔4個，約100米）；、充填站供暖鍋爐及廠房120萬元。鏟車（3輛）80萬元；井下管路及安裝55萬元（一趟2寸水管

27、，一趟4寸充填管）。似膏體充填材料配比研究及整體方案400萬元。似膏體充填地表工程（包括供電、供暖、照明、排水等）設計及井下管路工程設計100萬元。技術服務費、培訓費等80萬元。其他費用240萬元，其中地表土地購置費150萬元，場地圍墻及辦公場所50萬元，場地平整費用10萬元，質檢、監(jiān)理等30萬元。3、井下巷道費用1275萬元。采區(qū)設計變更，增加一條全巖總回風巷2100米，4000元/M,增加840萬元；增加一條全煤皮帶運輸巷1450米，3000元/M,增加435萬元。4、采區(qū)設計變更后，因需仰斜布置，造成一部分三角煤柱無法開采，但采用充填開采方式，相鄰工作面之間不用留設煤柱，因此，采區(qū)變更前后，采區(qū)回采率變化不大。四：充填運營費用測算（以月為周期進行測算）1)、破碎后矸石每噸按20元計算(含運費)，月消耗量12878T,費用為25.7萬元2）粉煤灰每噸70元計算，月消耗量（按平均消耗量計算）4242T，費用29.7萬元3）、水泥每噸430元，月消耗量1212T，費用49萬元4）、減水劑每噸按700元計算，月消耗量為121T，費用為8.5萬元。5）、工業(yè)用水每立方按2元計算，月消耗