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1、东荣三矿东一采区矸石充填设计方案说明一、采区概况：东一采区位于井田的东南部，采区为一个不对称的向斜构造，其中东巽采区边界：北起工业广场煤柱、F19断层，南部及深部至F10号断层，浅部至24层煤露头，采区平均走向长800m，倾向长1600m，西翼北起DF16断层，南至DF6号断层，浅部14、16层至煤层露头，18层至F10-1断层，整个采区呈不规则形状，面积1.5 km2。可采煤层14、16、18三个煤层。东一采区14层煤地质储量151万吨（其中二九一农场粮库压煤55万吨），东一采区16层煤地质储量418万吨（其中二九一农场粮库压煤226万吨），东一采区18层煤地质储量251万吨（其中二九一农场
2、粮库压煤132万吨）。24层煤地质储量266万吨（其中二九一农场粮库压煤112万吨）。总压煤量为525万吨。二、采区设计：（一）设计依据:根据实际开采经验，煤矿似膏体自流充填开采技术应满足几个条件：1、充填几何倍线。根据国内外充填矿山经验，只有当浆体压头不足，不能采用管道自流输送时，才考虑采取加压输送方式；管道自流输送的标准是管路系统充填几何倍线N小于5，几何充填管路倍线N按下式计算：N=L/H，其中L为包括弯头、接头等管件的换算长度在内的管路总长度,H管道起点和终点的高差。2、一定的流速。因自流充填其动力来自充填管内浆体产生的高低差,因此要求满管输送,故充填管径不宜太大;另外,我们煤矿自流充
3、填选用的充填骨料为破碎后的煤矸石,其粒度相对较大，不同于金属矿山充填骨料为粉末状的尾矿,在管道充填中容易发生沉淀堵管，因此在充填时需满足较高的流速,充填几何倍线最好在2.54之间。3、因所谓的似膏体是质量浓度相对较高的浆体，具有较强的流动性；煤矿常用的走向长壁开采法，因上下平巷之间的高差较大，充填浆体会因充填过程中产生的压差导致档浆困难、易跑浆；因此，为了提高充填开采能力，充填工作面还需仰斜布置，即工作面切眼水平布置，运输巷和回风巷沿煤层倾向布置。（二）采区设计概况：1、工作面必须呈仰斜布置，即切眼沿煤层等高线布置，两条顺槽垂直切眼沿煤层倾向布置。2、充填量为100m/h，需用矸石8090T，
4、粉煤灰2630T,水泥79T，减水剂0.8T，工作面面长为120m。3、根据现场顶板状况充填步距按3.2m，两天完成一个充填步距（按2小班推进4个循环，每循环0.8m；一个小班施工充填挡墙等工作，两个小班充填，一个小班凝固。凝固一个小班后，拆除挡墙后充填体能够保持站立）。4、按设计规范要求，采区布置三条上山。三条上山分别为轨道、回风及运输，其中回风巷为沿十六层底板布置，断面为12，设计总长为1610m；轨道巷为断面为12，设计总长为2100m；轨道巷为断面为12，设计总长为1550m。5、首采工作面投产时间按回风巷施工工期需30个月（长度2100m，月单进按70m计算）。（三）采区能力计算（按
5、月计算）：1、回采能力：面长120m，采高2.7m，容重1.32T/m，每2天推进4个循环3.2m。工作面月生产能力=1202.71.323.215=2万吨2、充填材料消耗量：1）、充填空间：200001.32=15152m2）、矸石消耗量（按平均消耗量计算）：1515210085=12878T3）粉煤灰消耗量（按平均消耗量计算）：1515210028=4242T4）、水泥消耗量（按平均消耗量计算）：151521008=1212T5)、减水剂消耗量（按平均消耗量计算）：151521000.8=121T三、地面注浆站设计及投资概算：(一)、项目主要内容该项目研究主要分为井下充填钻孔、地表部分（含
6、钻孔）的充填料浆制备与输送、充填工艺和相关工程。整个项目实施共包括煤矸石充填技术研究、工艺及自动控制设计、钻孔施工、土建设计及施工、设备选型及购置、系统安装及调试运行等六部分。主要有以下四项：1、煤矸石充填技术研究主要包括：(1)煤矸石作为胶结充填骨料的性能评价；(2)煤矸石似膏体充填材料（煤矸石、掺和细粒料）优化配比实验；(3) 煤矸石似膏体制备工艺技术研究；(4) 输送工艺技术研究及矸石似膏体制备工艺、井下管道布置方案设计。2、工艺及自动控制设计主要包括：（1）工艺设计：包括充填搅拌站的工艺流程设计、控制系统的软件编程、收尘设备和厂房配置、机械设备选型及施工图设计。（2）自动化设计：包括充
7、填系统的供电设计、自动化系统设计、电气和仪表设备选型及施工图设计。3、土建设计主要包括充填制备站及破碎系统、供电、供水、采暖、照明等设计。4、设备采购主要包括自动控制设备、搅拌设备、破碎设备、供电设备、运输设备等。(二)、预期目标1、完成适合煤矿具体开采技术条件和煤矸石特性的煤矸石似膏体制备、充填料配比和系统方案设计，为煤矿煤矸石充填系统施工设计提供依据；2、系统额定生产能力90-110m3/h，输送浆体质量浓度70%以上；3、在规划时间内确保煤矸石充填系统正常运行，甲方按照乙方给定的充填配比及充填步距等要求进行充填并确保将采空区充满充实，地表建筑物损坏等级控制在级以内。(三)、充填工艺流程1
8、、方案设计原则煤矸石充填系统方案设计过程中应遵循如下设计原则：（1）严格执行合同要求以及国家有关标准、规定、规范，保证设计质量；（2）充分利用矿山现有设施，尽量减少工程量，从而节约基建投资；（3）确保充填制备站的服务范围和充填能力；（4）保证充填系统在服务年限之内的安全和使用的稳定性；（5）充填站布置应尽量紧凑，节约宝贵的工业场地；（6）工艺要尽可能简单可靠；（7）使用过程中易于管理；（8）管道输送系统运行可靠。2、充填工艺充填制备站的主要功能是将水泥、粉煤灰、煤矸石、减水剂混合料加水制成合格的胶结充填料浆，通过钻孔和管道输送至井下待充采场。因此制备站有储存水泥、粉煤灰、煤矸石、减水剂和水的设
9、施，及保证按配比及浓度给料、给水的计量与输送设备、搅拌设备等，还有检测浆体质量及数量的仪表。(1)、充填料的运输与储存系统为满足管道输送要求，煤矸石必须进行破碎。破碎后的合格粒度煤矸石储存于煤矸石堆场内，通过设备向缓冲漏斗供料，经圆盘给料机、振动筛、核子秤计量后通过皮带运输机转运到主搅拌桶内；水泥、粉煤灰用散装罐车运送，通过压气卸入立式水泥仓和粉煤灰仓内，经仓底插板阀、星形给料机、冲板流量计计量后通过单螺旋输送机输送至同一个搅拌桶内，按要求加入减水剂，搅拌形成水泥粉煤灰浆，然后转运到主搅拌桶内。充填站内还设有一台微型空压机，用于向水泥仓、粉煤灰仓底吹气防止堵塞之用。（2）搅拌系统普通搅拌很难破
10、坏微细颗粒固体和水产生的聚凝集合体，因此，需用强力机械搅拌装置。（3）供水系统为保证供水能力，需设置高位水池（根据实际情况可设水池加泵供水并设一小型水箱代替）。（4）检测系统高浓度料浆具有良好性能的浓度范围很小，料浆浓度的变化对充填料浆特性的影响极为敏感。为顺利实现全尾砂高浓度胶结充填，必须建立一套可靠、完善的充填监控系统，实现对料浆浓度、流量及各种物料配比的监测和调节。（5）自动控制系统为保证系统操作简单、可靠，整个系统采用集中自动控制，其中：1）电气、自动化及电气设备集成原则在充填搅拌站控制系统方案集成设计中遵循以下原则：l 控制系统和电气设备本着可靠性、实用性、先进性、经济性、并有实际工
11、程应用为原则选择电气、仪表和控制系统设备。l 控制系统操作力求简单，控制系统维护工作量低；l 控制方式灵活，满足生产、检修各种控制方式的要求；l 满足工艺生产的各项要求；l 所选设备的备品备件购买方便。2）DCS控制系统方案 控制系统层次的划分控制层次框图为生产和经营管理层 第3层 过程管理层 第2层 直接控制层 第1层 工 业 过 程 现场设备现场设备：现场电动机、检测开关、流量信号、料位信号、执行机构第一层：在直接控制级上，过程控制计算机直接与现场各类控制装置（如变送器、执行机构、记录仪等）相连，对所连接的设备实施监测、控制。同时与第二层计算机连接，接受上层的管理信息，并向上传递装置的工作
12、状态和采集到的实时数据。第二层：在过程管理级上的计算机主要有监控计算机、操作站和工程师站。它综合监视过程各站所有信息，集中显示操作，控制回路组态和参数校正，优化过程处理等。第三层：在生产管理级和经营管理级上的管理计算机通过矿局域网与控制系统连接。可以随时查看到现场的生产运行情况。为地表充填搅拌站纳入矿整个调度系统打下基础。 控制结构及现场总线地表充填搅拌站控制系统采用现场总线结构，以减少传统电缆的使用，提高系统的可靠性，缩短安装时间，加快调试进度。 主控制计算机及接口 主控制计算机采用美国GE公司生产的高可靠性90-30系列PLC，CPU为ICE693CPU374。 主控制计算机的接口是控制系
13、统的重要部分，控制系统接口数量为DI/DO总点数量192点，备用15%左右、AI/AO总点数量48点，备用15%左右。为提高其可靠性，接口选用美国GE公司生产的高可靠性VersaMax产品。 控制系统（DCS）中的人机接口在控制系统中采用日本公司生产的人机接口Pro-face GP，与GE-Fanuc PLC采用以太网通讯连接。 控制系统（DCS）中的上位机在DCS上位机监控软件推荐采用GE-FANUC的Cimplicity软件，上位机通过以太网和主PLC控制系统连接。在上位机监控画面中，采用流程图的形式，显示工艺流程。 控制设备操作台控制柜，内部安装220VAC、24VDC电源、PLC、端子
14、、开关、继电器等；3）自动化仪表主要工艺过程参数检测要实现对充填系统产品的控制，必须检测下列工艺参数：矸石流量检测；水泥流量检测；粉煤灰流量检测；添加水流量检测；水泥仓料位检测；粉煤灰仓料位检测；水池液位检测；搅拌槽料位检测；减水剂料位检测；砂浆流量检测；砂浆浓度检测；充填管道出口流量检测；充填管道出口浓度检测；预留井下充填管道压力检测接口。 工艺调节回路本充填系统中共有10种调节回路：水泥流量调节回路；粉煤流量调节回路；矸石流量调节回路；砂浆浓度调节回路；搅拌槽料位调节回路；添加水流量调节回路；添加减水剂流量调节回路；充填砂浆浓度调节回路；充填物料比例调节回路；充填砂浆流量调节回路； 调节回
15、路控制方法充填搅拌站共计有三种生产物料（煤矸石、水泥、粉煤灰）、水和添加剂。为实现对每个产品输送过程都实现准确和及时的控制，采用传统控制方法与现代控制方法相结合，共同完成对充填系统的控制。对于恒定给料部分采用传统的PID控制方法；对于充填料浆浓度的控制采用智能控制、专家控制、批量控制等方法，并充分利用现代控制器在控制方面所具有的灵活性，共同完成对充填系统的调节控制。 自动化仪表用于测量水泥仓水泥和粉煤灰仓粉煤灰量的超声波料位仪，规格型号为瑞普ASK30米TPS、US514、USK531；用于测量减水剂槽内减水剂量的超声波料位仪，规格型号为瑞普ASK7米US602FP + TM；用于测量搅拌槽内充填浆量的超声波料位仪，规格型号为瑞普ASK 5米US603 + TM；用于测量水泥流量的微机核子秤，规格型号为HC-0900型，包含：放射源、秤体支架、电离室、恒温装置、供
