神东矿区特大惊天开采煤矸石处理与利用技术.pdf

煤矿安全 2 0 0 s l o 6 3 神东矿区特大井田开采煤矸石处理与利用技术 张福成 神东煤炭分公司安全监察局通风处，内蒙古部尔多斯0 1 7 2 0 9 摘要介绍了神东煤炭分公司开发出“分层开拓、无盘区划分与立交巷道平交化”的无岩巷布 置技术，从源头上减少了矸石产出量，并开发出废巷充填、贮矸硐室充填等井下处理技术，辅以地 面矸石回填及矸石发电技术，取消了地面矸石山，实现亿吨级矿区矸石零堆放。 关键词分层开拓；无盘区划分；巷道平交；矸石处理 中图分类号T D 8 4 9 ．5文献标识码B 文章编号1 0 0 3 - 4 9 6 X 2 0 0 8 1 0 - 0 0 6 3 - 0 3 l 煤矸石的危害 1 ．1 侵占土地 据统计，国有重点和地方煤矿每年岩巷掘进率 约3 2m ／万t 左右，半煤岩巷掘进率6 0m ／万t 左右， 折合成全岩巷掘进量，每年约2 8 0 万m ，排放矸石约 1 ．7 亿t 。目前，全国累计堆放煤矸石近3 5 亿t ，占 地面积约7 00 0 0h a ，每年还要以1 亿t 的速度排出。 预计到2 0 1 0 年年排矸量将达2 亿t ，年新增占地将 接近6 6 7h a ，这无疑加剧了我国可耕地资源短缺的 局面。 1 ．2 危害人类安全 由于不重视对煤矸石的处理，不合理进行矸石 堆放场地的设计，任其堆放，导致煤矸石堆放极不稳 定，严重威胁着公共安全。 1 ．3 污染水 越来越多的煤矿堆积煤矸石山，不仅压占大量 土地资源，而且经降水和汇水的淋溶和冲刷将矸石 中含有的大量有害物质 尤其是重金属离子 带入 水循环系统中，造成周围环境的水体污染。 1 ．4 煤矸石自燃 煤矸石自燃的实质是矸石山中煤的燃烧，是个 氧化过程。据统计，全国1 0 ％以上煤矸石山在燃 烧，大约2 0 0 座。煤矸石在自燃过程中排放大量烟 尘和有害气体 如S O 、C O 、H S 及氮氯化合物等 ， 对大气、水体环境和土壤造成污染，危害人体健康； 对人类生存环境和条件带来极大的威胁与危害。 2 国内外煤矸石利用与处理现状 2 ．1 国外煤矸石利用与处理 国外对煤矸石的处理与综合利用研究十分重 视，矸石利用率一般在2 0 ％一3 0 ％以上，高者可达 6 0 ％一8 0 ％以上。据资料报道，美国、英国、德国等 西方国家煤矸石的总利用率达9 0 ％以上。美国矿 业局从2 0 世纪7 0 年代开始，对所有的矸石山进行 采样分析，并作出煤矸石综合利用规划。前苏联煤 炭部科技委员会于1 9 8 7 年召开了煤矸石的分类、性 质和综合利用的专题会议，研究了煤矸石分类、性质 和综合利用有关技术、工艺和设备，除了用于发电、 生产砖及多孔轻骨料等建材外，还用含碳较高的煤 矸石生产有机矿物肥料。其他一些国家，如英国、法 国、匈牙利等国家，也对煤矸石利用进行了研究，并 形成了相应的产业链。 国外处理煤矸石的经验主要有两种途径一是 将其掩埋，用于复田造地等，如英国的阿克顿海尔井 工矿，自1 9 8 3 年以来全部将矸石排入与之毗邻的春 野露天采场中用于复田造地；- - 是将其用于发电、制 造建材、铺设道路等，如美国成功研究出直接从燃烧 着的煤矸石中回收热能，法国对煤矸石分选发电、制 作建材。 2 ．2 国内煤矸石利用与处理 1 作为燃料供热发电。我国经过“六五”、“七 五”和“八五”的国家科技攻关，研究成功了利用煤 矸石、煤泥等为燃料的沸腾炉和循环硫化床锅炉燃 烧技术，建设了一批煤矸石发电厂，取得了显著的经 济效益和环境效益。 2 制取化工产品及新型材料。以煤矸石为原 料可制取氯化铝、聚合铝、明矾、白炭黑、水玻璃等， 也可生产农肥、工业填料及合成系列分子筛、高效絮 凝剂等新型材料。 3 生产建筑材料。利用煤矸石可生产建筑材 料，如矸石砖、矸石水泥、轻骨料、空心砌块及陶瓷制 6 4 煤矿安全 酬4 0 7 品。其中煤矸石烧结砖和煤矸石水泥技术已比较成 熟。现在我国用1 0 0 ％煤矸石作原料、不用任何燃 料烧结空心砖技术，在世界上已处于领先水平。 4 复垦土地。改善土壤利用煤矸石作为复 垦采煤塌陷区的充填材料既可使采煤破坏的土地得 到恢复，又可减少煤矸石占地，减少煤矸石对环境的 污染，再造优质农田，重塑矿区环境。 5 工程填筑。煤矸石工程填筑是以获得较高 的充填密实度，使煤矸石地基具有较高的承载力并 保持足够的稳定性为目的。如徐丰公路庞庄矿区段 塌陷区1 ．2k m 长路段的路基，全部采用煤矸石填 筑，使用性能良好。 2 ．3 目前煤矸石处理和利用过程存在的问题 1 综合利用总体水平不高，科技含量整体不 高。特别是一些企业技术装备落后，规模小，竞争力 不足；高科技利用技术推广不足。 2 地区发展不平衡，企业发展不平衡。煤矸 石的综合利用在一些能源紧缺的地方或是资金雄厚 的大企业发展较快，而在一些能源富足地区和小型 企业则利用率不高。 3 大部分的煤矸石在利用特别是煤矸石地面 利用之后，还存在二次污染问题。如煤矸石在发电、 制砖等之后的废渣的排放，仍然会造成水土污染等 环境问题，这些都是亟待解决的问题。 4 在现阶段的煤矸石井下处理中，均未能从 根本上解决矸石问题，不能从系统上、从矿井设计上 考虑煤矸石的井下处理。 3 神东矿区煤矸石处理与利用 3 ．1 无岩巷布置技术 3 ．1 ．1 分层开拓 神东矿区根据煤层赋存和开采技术特征，为最 大量地减少岩巷工程量，对上组煤采用分层开拓，各 自形成独立的生产系统。分层开拓方式可保证辅助 运输无轨胶轮化的实现，煤层大巷与回采巷道直接 相通，取消了矿井传统开拓布置中的井底车场和相 关的岩石绕道，大幅度减少或消除了开拓准备岩石 巷道的工程量。 3 ．1 ．2 无盘区划分 神东矿区具有有利的煤层赋存条件，为了大幅 度简化矿井生产环节，提高矿井集约化生产程度和 矿区建设发展速度，依托创新技术、先进的设备，矿 井取消多盘区划分，直接在主要巷道两侧布置长壁 综采工作面，矿井生产系统划分仅为矿井与工作面 两级，同时，尽可能少掘岩巷，使巷道绝大部分布置 在煤层中 井下巷道9 0 ％为煤巷 。这种布置具有 以下特点和优越性。 1 为辅助运输无轨胶轮化创造了有利条件。 由于无轨胶轮车具有在有一定坡度的巷道内行驶的 特点，井田内煤层大巷的布置方向不受煤层走向的 限制，可以根据开采划分的要求布置，实现全井田的 大巷条带式布置，彻底改变了传统的盘区式布置，简 化了生产系统，节省了挑顶卧底的井巷工程量，减少 了矸石的产出；解决了长距离工作面顺槽辅助运输 问题，使工作面推进长度大大增加，同时增强了对巷 道坡度变化的适应性。 2 先进适用的采掘和运输设备使条带的几何 尺寸发生了根本性的变化，彻底解决了过去辅助运 输顺槽的长度主要受辅助运输设备能力和巷道坡度 限制的问题。 3 大巷条带式布置方式，使得矿井减少了生 产环节，降低了井巷工程量，从而降低了吨煤投资， 提高了建井速度。生产系统简单，降低了生产经营 费用，提高了矿井的效益。 4 将连续采煤机应用于煤巷掘进中，大大提 高了成巷速度，满足了回采工作面快速推进的要求， 同时由于掘进断面大，提高了掘进出煤量，约占矿井 总产量的2 0 ％左右。 5 与岩石大巷相比，煤层大巷不出矸石，省去 了地面矸石占地，减少了矸石所造成的污染。 3 ．1 ．3 立交巷道平交化布置 为了不出或少出矸石，将过去的巷道立交布置 改为平交布置方式，如图1 和图2 所示；立交方式跨 一条巷道需要掘进岩石巷道工程量1 0 0m 左右，出 矸近20 0 0m 3 ／条。 图1 巷道立交示意图 3 ．1 ．4 工作面无矸过断层 工作面遇到断层时，在断层两侧预先掘出设备 撤出巷道和安装巷道，结合快速搬家技术，迅速跨过 断层，如图3 所示。 1 在工作面所处的断层一盘，预先掘出l 号 设备撤出辅巷和2 号设备撤出巷，在断层另一盘，新 煤矿安全 2 0 0 s l o 6 5 J J - J 剖面图 图2 巷道平交示意图 图3 工作面无矸过断层巷道布置示意图 掘切眼 3 号巷道 。 2 工作面推到l 号巷道后，将设备调向。 3 经过1 、2 巷道的联络巷进入2 号设备撤出 巷道，沿设备撤出巷分别进入工作面两侧顺槽。 4 设备经工作面顺槽，进入断层另一盘的3 号切眼进行安装，开始新的作业循环。 3 ．2 井下煤矸石处理技术 大巷开拓延伸、平巷开口段及胶带机头硐室施 工等处有时必须掘进岩石工程量，为了实现在井下 消化处理全部矸石，实现矸石不出井，就必须开发井 下矸石处理技术。 1 废巷充填。充分利用矿井原有的废弃巷道 和采空区作为充填空间。如利用两平巷间的联络废 巷作为充填空间。局部少量矸石可就近堆放在联络 巷内，并进行封闭，如图4 所示。 1 一连采机；2 一锚杆机；3 一运煤车．4 一破碎机．5 一铲车； 6 输送机；7 一挡风墙；8 一局部通风机．9 一风筒；1 0 一贮矸巷 图4 双巷道间的联络废巷贮矸示意图 2 资源化利用。少部分矸石可用作工程填筑 材料 如铺路面等 、喷浆的石料及井下防爆岩粉， 实现资源化利用。 3 贮矸硐室充填。在永久煤柱内开掘井下贮 矸硐室，实现煤与矸石置换，如图5 所示。 图5 贮矸硐室实现煤与矸置换示意 此外，对于地面发热量较高的洗选煤矸石，可以 直接或掺和少量原煤用于发电；对于地面掘进矸石 可用于地沟回填和土地复垦。 3 ．3 取消矸石山的综合效益 若按传统生产方式，神东煤炭分公司8 矿9 井， 将掘进2 0 8 万m 的岩石巷道，出矸石约80 0 0 万t ， 占地约60 0 0h a 。 通过采用分层开拓、无盘区划分、无岩巷布置、 煤矸置换等技术，减少或取消了岩巷掘进，吨煤出矸 率由2 0 ％降到5 ％，其中井下处理矸石约2 ．5 ％、煤 矸石发电占2 ％、地面矸石回填等约占0 ．5 ％，实现 了地面零堆放，彻底消灭了矸石山，获经济效益1 1 7 多亿元，并杜绝了矸石堆放所带来的环境污染。 作者简介1 张福成 1 9 7 2 一 ，男，1 9 9 6 年毕业于山西矿 业学院通风安全专业，现任中国神华能源股份公司神东煤炭 分佘司安全监察局通风处副主任工程师o 收稿日期．2 0 0 8 一0 4 一勰；责任编辑梁绍权 神东矿区特大井田开采煤矸石处理与利用技术神东矿区特大井田开采煤矸石处理与利用技术 作者张福成， ZHANG Fu-cheng 作者单位神东煤炭分公司安全监察局通风处,内蒙古鄂尔多斯,017209 刊名 煤矿安全 英文刊名SAFETY IN COAL MINES 年，卷期2008，3910 被引用次数0次 相似文献1条相似文献1条 1.期刊论文 牛瑞芳.NIU Rui-fang 神东矿区井下无岩巷布置与矸石处理技术 -陕西煤炭2008,““5 煤矸石是煤炭开采和洗选过程中的废弃物,是目前排放量最大的工业固体废弃物之一,对环境造成极大危害.为此神东公司开发出“分层开拓、无盘区 划分与立交巷道平交化“的无岩巷布置技术,从源头上减少了矸石产出量,并开发出废巷充填、贮矸硐室充填等井下处理技术,辅以地面矸石回填及矸石发 电技术,取消了地面矸石山,实现亿吨级矿区矸石零堆放. 本文链接 授权使用黑龙江科技学院hljkjxy，授权号ec582a58-d350-46e7-bf29-9e1100a648a5 下载时间2010年10月16日