一种煤基固废冒落区处理系统的制作方法

本技术属于矿业工程，具体涉及一种煤基固废冒落区处理系统。

背景技术：

1、煤基固废以煤矸石为代表，通常作为膏体充填采煤或固体充填采煤的主要原料。在长壁工作面为主的壁式开采体系条件下，膏体充填采煤、固体充填采煤受工作面特种支架和采充矛盾的影响，均面临充填产能瓶颈的弊端。若膏体充填和固体充填以采煤为主要目标，充填难以满足高产高效矿井产能的需求，推广应用受限，矸石的规模化消耗得不到保障。若膏体充填和固体充填以消耗矸石为主要目标，在挤占矿井工作面数量指标和产能指标的前提下，长壁工作面充填支架的巨大投资降低了充填消耗矸石的经济可行性。因此通过采煤工作面充填采煤来消耗矸石的方式存在“投资大、产能低，应用受限”的弊端，特别是对于一井一面或一井两面的千万吨级大型矿井，矸石处理量与充填产能的矛盾突出，煤基固废的规模化处理问题亟待解决。

技术实现思路

1、本实用新型旨在克服现有技术中矸石充填采煤处理矸石存在投资大、产能低、应用受限的不足的问题，提供一种煤基固废冒落区处理系统。

2、为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

3、所述煤基固废冒落区处理系统包括地面投料井(1)、井下粗破机(4)、井下污水池(19)和井下箱体(23)；所述地面投料井(1)与井下洗矸缓冲仓(2)连接，所述井下洗矸缓冲仓(2)与a连续计量给料机(3)连接，所述a连续计量给料机(3)与进矸皮带机(7)连接，所述进矸皮带机(7)与高细破碎机(8)连接，所述高细破碎机(8)与转载皮带机(9)连接，所述转载皮带机(9)与连续分筛机(10)连接，所述连续分筛机(10)与成品矸石粉仓(12)连接，所述连续分筛机(10)还与回料皮带机(11)连接，所述回料皮带机(11)与高细破碎机(8)连接，所述成品矸石粉仓(12)与b连续计量给料机(13)连接，所述b连续计量给料机(13)与进料器(14)连接；所述井下粗破机(4)与井下选矸缓冲仓(5)连接，所述井下选矸缓冲仓(5)与c连续计量给料机(6)连接，所述c连续计量给料机(6)与进矸皮带机(7)连接；所述井下污水池(19)与变频给水泵(20)连接，所述变频给水泵(20)与a三通调节阀(21)连接，所述a三通调节阀(21)与a流量计(22)连接，所述a流量计(22)与进料器(14)连接，所述a三通调节阀(21)还与井下污水池(19)连接；所述井下箱体(23)与变频给料泵(24)连接，所述变频给料泵(24)与b三通调节阀(25)连接，所述b三通调节阀(25)与b流量计(26)连接，所述b流量计(26)与进料器(14)连接；所述进料器(14)与连续搅拌机(15)连接，所述连续搅拌机(15)与柱塞工业泵(16)连接，所述柱塞工业泵(16)与井下干线管(17)连接，所述井下干线管(17)与冒落区支管(18)连接，所述冒落区支管(18)连通冒落空隙区(27)。

4、优选地，所述进料器(14)中设有矸石粉通道、水通道、外加剂通道和料幕池(水与外加剂共用料幕池)；所述连续搅拌机(15)包括单级式连续搅拌机和双级式连续搅拌机(具有远程变频控制接口)。

5、优选地，所述成品矸石粉仓(12)的最小容量、井下污水池(19)的最小容量、井下箱体(23)的最小容量、柱塞工业泵(16)的最小能力按如下算法计算得到：

6、成品矸石仓最小容量：

7、井下污水池最小容量：

8、井下箱体最小容量：

9、柱塞工业泵最小能力：qbmin＝(l×hc×dc×c1×c2×c3)/tc；

10、其中，qbmin-最小泵能力，m3/h；l-工作面长度，m；hc-工作面平均采高，m；dc-工作面日进尺，m/d；c1-工作面采出率，％；c2-冒落区空隙率，％；c3-冒落区空隙填充率，％；tc-有效泵送时间，h/d；wg-成品矸石粉含水量，％；cm-制备矸石料浆质量浓度，％；mgmin-矸石粉仓最小容量，t；kt-外加剂相对质量占比，％；γg-成品矸石粉真密度，t/m3；γw-矿井污水真密度，t/m3；γt-外加剂真密度，t/m3；所述外加剂为泵送剂或/和速凝剂。

11、更优选地，井下洗矸缓冲仓(2)、选矸缓冲仓(5)、成品矸石粉仓(12)可采用岩石圆筒仓或岩石矩形仓两种方式；a连续计量给料机(3)、c连续计量给料机(6)、b连续计量给料机(13)可采用变频电机调速带式计量或减速器无极调速带式计量两种方式，具有远程控制接口；高细破碎机(8)可采用无底筛式或反击式两种方式；连续筛分机(10)可采用滚筒式或振动式两种方式；a三通调节阀(21)、b三通调节阀(25)的出料端均为电动调节阀。

12、基于上述煤基固废冒落区处理系统的煤基固废冒落区处理方法包括如下步骤：

13、(1)成品矸石粉制备：地面洗矸通过地面投料井自重落料进入井下洗矸缓冲仓后经a连续计量给料机向进矸皮带机连续计量给料；井下选矸直接进入井下选矸缓冲仓；井下掘矸通过井下粗破机一级破碎后进入井下选矸缓冲仓，经c连续计量给料机向进矸皮带机连续计量给料；进矸皮带机上的矸石进入高细破碎机破碎后经转载皮带机进入连续筛分机后筛上矸石经回料皮带机返回进入高细破碎机循环破碎，筛下矸石直接进入成品矸石仓；另外，成品矸石粉制备作业制度与工作面采煤生产班作业制度相同；

14、(2)矸石粉料浆配料搅拌：成品矸石粉仓内的矸石粉通过b连续计量给料机给料进入进料器；井下污水池内的污水由变频给水泵通过设有a三通调节阀、a流量计的管路进入进料器，通过调节变频给水泵的频率和三通调节阀的回流开度，使得a流量计的指标达到计算值；井下箱体内的外加剂由变频给料泵通过设有b三通调节阀、b流量计的管路进入进料器，通过调节变频给料泵的频率和b三通调节阀的回流开度，使得b流量计的指标达到计算值；通过进料器的各原料进入连续搅拌机完成配料制浆，连续搅拌机可根据进料能力进行变频调控搅拌速度；另外，井下配料搅拌作业制度与工作面检修班作业制度相；

15、(3)矸石粉料浆泵送：连续搅拌机搅拌好的料浆进入柱塞工业泵加压泵送，经井下干线管、冒落区支管进入冒落空隙区，按照由工作面下端头向工作面上端的方向逐个连同冒落区支管，完成料浆向冒落区输送；另外，矸石粉料浆泵送与矸石粉料浆配料搅拌同步作业，与工作面检修班作业制度相同；

16、(4)冒落区支管拖移：当班冒落区空隙充满矸石粉料浆后，停止配料搅拌和泵送，在采煤班随着工作面支架前移同步拖移。

17、优选地，所述地面洗矸、井下选矸的粒度为-50mm，井下掘矸的粒度为-300mm，连续筛分机10的筛上物粒度为+5mm，筛下物粒度为-5mm。

18、优选地，所述冒落区支管平行于长壁工作面方向间隔布置，支管间距为10—15个工作面支架的宽度，单个支管长度为1.2—1.5倍的工作面日进尺，支管由工作面支架底座预留孔洞伸出，出浆口位于冒落区内。

19、更优选地，步骤(2)中所述成品矸石粉仓内的矸石粉通过b连续计量给料机给料进入进料器是根据如下算法计算的给料能力进行给料：

20、成品矸石粉给料能力：

21、步骤(2)所述a流量计的指标达到计算值中的计算值按如下算法得出：

22、矿井水给料能力：

23、步骤(2)所述b流量计的指标达到计算值中的计算值按如下算法得出：

24、外加剂箱最小容量：

25、其中，qb-设计泵送能力，m3/h；qg-成品矸石粉给料能力，t/h；qw-给水能力，m3/h；qt-外加剂给料能力，m3/h；wg-成品矸石粉含水量，％；cm-制备矸石料浆质量浓度，％；kt-外加剂相对质量占比，％；γg-成品矸石粉真密度，t/m3；γw-矿井污水真密度，t/m3；γt-外加剂真密度，t/m3；所述外加剂为泵送剂或/和速凝剂。

26、本实用新型的物料走向、工作过程和原理已体现在方法步骤中，与现有技术相比，本实用新型解决了膏体充填采煤和固体充填采煤用于处理矸石的弊端，具体有益效果如下：

27、1、冒落区处理矸石，采煤工作面不需特殊充填支架，可采用传统综采液压支架，仅需在支架底座预留管道通孔，对采煤工作面“三机”配套无影响，节省了膏体充填和固体充填特殊支架的费用。

28、2、冒落区处理矸石，料浆出口位于冒落区，成品矸石粉的制备与采煤生产班同步，料浆制备输送与检修班同步，采煤生产与料浆制备输送在时间上和空间上完全错开，互不影响，解决了采充矛盾。

29、3、井下洗矸缓冲仓、井下选矸缓冲仓、成品矸石粉仓可利用矿井已有井巷工程标高布置，存在自然高差，在空间上完全错开，互不影响。

30、4、设置井下选矸缓冲仓，可同时消纳井下选矸和井下掘矸，实现矸石不升井，增加矿井有效提升煤炭量。

31、5、采用连续配料搅拌工艺，设备可沿巷道线性布置，空间高度占用少，不需建设多层充填楼，同等能力条件下，比膏体充填批次搅拌工艺设备数量少，能耗低。

32、6、采用井下建站方式，可与新建矿井井巷工程同步实施。井下建站空间场地自主选择性好，避免了地面建站场地选择受限和征地困难的问题。与地面膏体充填相比，消除了地面钻孔管输送料浆的堵管隐患，安全性高。

33、7、井下料浆制备输送不添加水泥类胶结材料，属于非胶结制备料浆，材料成本低。

34、8、料浆出口远离采煤工作面且有当班冒落矸石的自然阻隔带，矸石料浆对工作面影响小，安全可靠。

35、9、成品矸石粉的制备与采煤生产班同步，“四六制(三班采煤一班检修)”的工作制度时，制备时间为18h，“三八制”(两班采煤一班检修)”的工作制度时，制备时间为16h，成品矸石粉制备时间充裕，可采用小型化设备，投资较少。

36、10、冒落区处理矸石采用非胶结方式，可实现免洗管输送，消除了地面膏体充填多种料浆切换和冲洗管路的弊端。

37、11、设置了变频给水泵和a三通调节阀，消除了批次间歇式工艺水泵频繁启停的不良工况。在变频给水泵变频范围处于稳态条件下，通过a三通调节阀进一步调节回水流量，解决了小流量供水工况下给水泵低频失稳的问题，可实现水的宽范围流量调节。

38、12、设置了变频给料泵和b三通调节阀，消除了批次间歇式工艺外加剂泵频繁启停的不良工况。在变频给料泵变频范围处于稳态条件下，通过b三通调节阀进一步调节外加剂返回流量，解决了小流量工况下变频给料泵低频失稳的问题，可实现外加剂的宽范围流量调节。

39、13、设置了进料器，充分利用水和外加剂的液态原料条件，通过进料器形成液态原料瀑布，隔断了矸石粉在连续搅拌机内粉尘逃逸通道，实现无动力除尘，克服了袋式除尘器在潮湿工况下收尘袋板结糊袋的弊端。

40、14、系统设备配置采用以空间定能力的方法，避免了设备能力浪费，提供了系统设备的针对性和适应性。

41、总之，本实用新型提供了一种煤基固废冒落区处理系统和方法。该系统采用全井下布置方式，矸石的破碎筛分、料浆的制备、料浆的输送排放在空间上互不影响，矸石破碎与采煤班同步、料浆的制备输送与检修班同步，在时间上互不影响，解决了传统膏体充填和固体充填方式处理煤基固废存在采充矛盾的固有弊端。在料浆类型上采用非胶结料浆，保障了低成本处理，实现了设备和方法的统一，减少了系统和设备数量，降低了系统能耗和投资，提高了系统效率和可靠性。