三级分选煤矿井下采选充一体化生产方法

1.本发明涉及一种三级分选煤矿井下采选充一体化生产方法，属于矿山绿色安全高效开采领域。


背景技术：

2.当前我国生态文明建设仍处于压力叠加、负重前行的关键期，保护与发展的长期矛盾和短期问题交织，生态环境保护结构性、根源性、趋势性压力总体上尚未根本缓解。针对煤炭行业绿色安全高效开采的趋势，矸石井下分选与原位充填是实现节能减排与降本增效的必经之路。
3.存在问题：传统井工煤炭开采中，原煤井上洗选后固体废物堆积形成矸石山，其对地表环境造成极大污染，严重破坏生态环境；与此同时，垮落法处理采空区的煤炭开采方式下，导致地表发生大面积沉陷；针对多数煤矿存在“三下”压煤的情况，充填开采是目前资源回收过程中兼顾环境与地表保护的最佳方式。


技术实现要素：

4.针对矸石山污染环境、传统垮落开采造成地表沉陷、井下作业空间有限、大硐室群难以维护、大型设备难以下井的问题，本发明旨在提供一种三级分选煤矿井下采（掘）选充一体化生产方法，以将矸石进行就地分选与原位充填，其在减少环境污染与地表沉陷的同时可以置换出“三下”压煤，提高经济效益。
5.本发明尤其适用于地下煤炭开采中，巷道掘进工作面出矸量大以及采煤工作面含矸率较高，且井下采空区需要充填的情况。
6.本发明提供了一种三级分选煤矿井下采选充一体化生产系统，包括基于机械臂拣选的一级分选系统、原煤和矸石运输系统、基于跳汰机的二级分选系统。针对掘进工作面纯岩石巷道、半煤岩巷道、充填工作面、非充填工作面的出煤出矸分别进行了煤矸三级分选的流程设计。其中，原煤和矸石运输系统包括破碎机、带式输送机；一级分选系统包括机械臂、矸石转运装置，矸石转运装置是指带式输送机；二级分选系统包括跳汰机、带式输送机、煤泥水处理系统；三级分选系统为洗煤厂及各类设施。
7.所述的二级分选系统，布置在井底车场附近的硐室中，待分选的煤和矸石通过带式输送机运输到跳汰机中分选，产生的煤泥水通过煤泥水处理系统进行处理后排入井底水仓中，分选出的的矸石通过带式输送机送至矸石仓中，其他产品（包括煤）通过运输系统运输至井上三级分选系统进行分选。
8.本发明提供了一种三级分选煤矿井下采选充一体化生产方法，包括以下步骤：第一步，经过破碎处理后，纯岩巷产矸直接运至充填面充填，半煤岩巷、采煤工作面煤矸流在一级分选系统处完成粒径100-350mm矸石的分选，矸石直接运至充填面充填；第二步，煤矸流进入二级分选系统，完成25-350mm粒径矸石的分选（跳汰机即可完成筛分），矸石储存至矸石仓；
第三步，煤矸流进入三级分选系统，彻底完成煤矸分离，矸石连同井上产生的固废通过带式输送机经矸石井运输至矸石仓，矸石仓中的矸石通过矸石运输系统运输至充填面进行充填。
9.针对充填工作面，将采出的原煤破碎，利用带式输送机将其运输到顺槽中的一级分选系统，利用机械臂在输送机上进行第一级拣选，拣选出粒径100-350mm的矸石。选出的矸石直接转移到带式输送机下部返回充填工作面利用抛矸机进行充填，煤和粒径《100mm的矸石通过大巷带式输送机运输到井底车场处分选硐室，在二级分选系统上利用跳汰机进行第二级分选，主要分选粒径25-350mm的矸石。选出的矸石通过带式输送机运输到井底矸石仓，煤和小粒径矸石通过斜井带式输送机运输到三级分选系统在选煤厂进行第三级洗选。洗选后矸石和井上产生的固体废料通过带式输送机从矸石井运输到井下矸石仓中储存，矸石仓中的矸石通过矸石带式输送机运输到充填工作面进行充填。
10.针对非充填工作面（非充填工作面的矸石需要转运至充填工作面充填），将采出的原煤通过破碎机破碎，利用顺槽带式输送机将其运输到顺槽中的一级分选系统利用机械臂在输送机上进行第一级拣选，基本拣选出粒径100-350mm的矸石。选出的矸石通过矸石带式输送机运输到充填工作面利用抛矸机进行充填，煤和粒径《100mm的矸石通过大巷带式输送机运输到井底车场处分选硐室，在二级分选系统上利用跳汰机进行第二级分选，主要分选粒径25-350mm的矸石。选出的矸石通过带式输送机运输到井底矸石仓，分选后的煤矸流通过斜井带式输送机运输到三级分选系统在选煤厂进行第三级洗选。洗选后矸石和井上产生的固体废料通过带式输送机从矸石井运输到井下矸石仓中储存，矸石仓中的矸石通过矸石带式输送机运输到充填工作面进行充填。
11.针对半煤岩巷道，将掘进面掘出的原煤通过破碎机破碎，利用顺槽带式输送机将其运输到顺槽中的一级分选系统利用机械臂在输送机上进行第一级拣选，基本拣选出粒径100-350mm的矸石。选出的矸石通过矸石带式输送机运输到充填工作面利用抛矸机进行充填，煤和粒径《100mm的矸石通过大巷带式输送机运输到井底车场处分选硐室，在二级分选系统上利用跳汰机进行第二级分选，主要分选粒径25-350mm的矸石。选出的矸石通过带式输送机运输到井底矸石仓，煤和小粒径矸石通过斜井带式输送机运输到三级分选系统在选煤厂进行第三级洗选。洗选后矸石和井上产生的固体废料通过带式输送机从矸石井运输到井下矸石仓中储存，矸石仓中的矸石通过矸石带式输送机运输到充填工作面进行充填。
12.针对纯岩巷道，掘进出矸通过破碎机破碎后通过矸石带式输送机直接运输到充填工作面进行充填。
13.本发明的有益效果：本发明可有效完成原煤中大块矸石的井下分选；分级分区域分选可以合理安排井下空间，不需要大硐室即可实现高效分选，同时降低硐室维护和大块矸石运输成本；处理地面固废，避免地面矸石堆积污染环境并及时对采空区进行充填，减少地面沉降。
附图说明
14.图1是本发明的充填面采选充一体化系统示意图；图2是非充填面采选充一体化系统示意图；图3是半煤岩巷掘选充一体化系统示意图；
图4是纯岩巷顺槽掘进中矸石处理示意图；图5为一级分选系统和二级分选系统联用过程示意图；图6为二级分选系统的工艺流程图；图7为纯岩巷顺槽掘进中矸石处理流程图。
15.图中：1-带式输送机，2-破碎机，3-一级分选系统，4-二级分选系统，5-三级分选系统，6-矸石仓，7-充填工作面，8-跳汰机，9-煤泥水处理系统。
具体实施方式
16.下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
17.如图5~7所示，本发明提供了一种三级分选煤矿井下采选充一体化生产系统，包括基于机械臂拣选的一级分选系统、原煤和矸石运输系统、基于跳汰机的二级分选系统。针对掘进工作面纯岩石巷道、半煤岩巷道、充填工作面、非充填工作面的出煤出矸分别进行了煤矸三级分选的流程设计。其中，原煤和矸石运输系统包括破碎机2、带式输送机1；一级分选系统3包括机械臂、矸石转运装置（即带式输送机1）；二级分选系统包括跳汰机8、带式输送机1、煤泥水处理系统9；三级分选系统5为洗煤厂及各类设施（现有煤厂具备的设施，本发明附图中未示出具体设备）。
18.图1为充填工作面顺槽中一级分选系统工作示意图，工作面产生的煤和矸石通过破碎机2破碎后经带式输送机1运输至顺槽末端的一级分选系统3进行分选，分选出的100-350mm矸石经带式输送机底部运回充填工作面7进行充填，分选后的煤矸流通过带式输送机1运输至二级分选系统进行分选。如图1所示，对于充填工作面，将采出的原煤通过带式输送机1运至破碎机2破碎后利用带式输送机1将其运输到顺槽中的一级分选系统3，并利用其搭载的机械臂在输送机上进行第一级拣选，拣选出粒径100-350mm左右的矸石。选出的100-350mm矸石直接由带式输送机1运输返回充填工作面7利用抛矸机进行充填，煤和粒径《100mm的矸石通过带式输送机1运至井底车场处的分选硐室，在二级分选系统4上利用跳汰机8进行二级分选，主要分选粒径25-350mm的矸石。选出的粒径》25mm的矸石通过带式输送机运输到井底矸石仓中储存，煤和粒径《25mm的矸石通过带式输送机1运输到选煤厂所在的三级分选系统上进行洗选。洗选出的矸石和井上产生的固体废料通过带式输送机1从矸石井运输到井下矸石仓中储存，矸石仓中的矸石通过带式输送机1运输到充填工作面7进行充填。
19.图2为非充填工作面顺槽中一级分选系统工作示意图，工作面产生的煤和矸石通过破碎机2破碎后经带式输送机1运输至顺槽末端的一级分选系统3进行分选，分选出的100-350mm矸石经带式输送机运输至充填工作面进行充填，分选后的煤矸流通过带式输送机1运输至二级分选系统进行分选。针对非充填工作面的矸石，需要转运至充填工作面充填，其余流程同上述充填工作面分选流程相同。
20.图3为半煤岩巷道顺槽掘进中一级分选系统工作示意图，工作面产生的煤和矸石通过破碎机2破碎后经带式输送机1运输至顺槽末端的一级分选系统3进行分选，分选出的100-350mm矸石经带式输送机运至充填工作面进行充填，其他产品通过带式输送机1运输至二级分选系统进行分选。对于半煤岩巷道，其余流程同上述充填工作面分选流程相同。
21.图4为纯岩巷道顺槽掘进中矸石处理示意图，如图4和7所示，对于纯岩巷道，掘进
出矸通过带式输送机1运输到破碎机2，破碎后再通过带式输送机1直接运输到充填工作面7进行充填。
22.本发明提供的一种三级分选煤矿井下采选充一体化生产方法，具体包括以下步骤：第一步，经过破碎处理后，纯岩巷产矸直接运至充填面充填，煤矸流在一级分选系统3处完成粒径100-350mm矸石的分选，矸石直接运至充填工作面7充填；（对应的是1-2-1-3-1-7的流程，带式输送机有两层，上层出，下层进，需要机械臂把上层的矸石放到下层。）第二步，煤矸流进入二级分选系统4，完成25-350mm粒径矸石的分选，矸石储存至矸石仓6；（对应的是3-1-4-1-6的流程）第三步，煤矸流进入三级分选系统5，彻底完成煤矸分离，矸石连同井上产生的固废通过带式输送机经矸石井运输至矸石仓，矸石仓中的矸石通过矸石运输系统运输至充填工作面7进行充填。（对应的是4-1-5的流程）如图6所示，二级分选系统4，布置在井底车场附近的硐室中，待分选的煤和矸石通过带式输送机1运输到跳汰机8中分选，产生的煤泥水通过煤泥水处理系统9进行处理后排入井底水仓中，分选出的的矸石通过带式输送机1送至矸石仓6中，其他产品（包括煤）通过运输系统运输至井上三级分选系统进行分选。
23.本发明对原有的运输系统进行改进，增加矸石运输系统，保证每级分选出的矸石都能运输到充填工作面完成作业。该系统可以满足井下作业空间有限，采（掘）选充协调进行的要求，通过洗选分级的方式减轻了每一步的分选压力，提高了分选效率，同时井上分选出的固体废弃物通过矸石运输系统运输到井下，满足了需要大量物料进行充填的需求，解决了占地与污染环境的问题。该系统可实现地下深部资源的安全高效绿色开采，防治地表沉陷。