煤矸石干式返井工艺及系统的制作方法

1.本发明属于煤矿节能环保、煤矸石井下封存的技术领域，具体公开了一种煤矸石干式返井工艺及系统。


背景技术：

2.煤矸石的危害有许多，比如：压占土地、排放有害气体、污染土壤、水体和大气环境、严重影响矿区生态环境和人体健康；长期堆放的矸石山还容易发生自燃、喷爆、滑坡和淋溶水污染灾害等等。
3.国家出台了许多对煤矸石的要求和政策。在国家《煤炭工业污染物排放标准》中煤矸石堆置场环境管理规定中规定：禁止设置永久性矸石山；中华人民共和国国家发展和改革委员会第18号令《煤矸石综合利用管理办法》第十条：禁止建设永久性矸石山堆放场(库)；2022年中国科技协会发布“把煤矸石低成本地质封存技术列为十大工程技术难题”。
4.现阶段煤矸石综合利用的方法主要有：排矸场复垦技术、煤矸石发电技术、煤矸石做建筑骨料技术、煤矸石制砖技术和煤矸石制水泥技术等等。但是这些综合利用技术都有一定的局限性。比如：排矸场复垦技术缺乏国家统一的治理标准，属于先污染再治理，复垦的成本很高，复垦后的土地达不到与当地环境的友好互融；煤矸石发电技术要求煤矿附近要有矸石电厂，煤矸石的热值要与煤矸石电厂的锅炉相匹配，(煤矸石的热值往往达不到锅炉燃烧的要求,需要再进行配煤才能用)，并存在粉煤灰二次污染问题；再比如：煤矸石制砖和煤矸石做建筑骨料要求距离城市不能太远才能保障产品销路，但这些项目往往产生不了经济效益；现有的综合利用手段，最大的问题就是利用矸石量有限，无法消纳煤矿生产的全部煤矸石。


技术实现要素：

5.本发明针对主斜井和主立井分别提供对应的煤矸石干式返井工艺，并针性的发明和总结了“原路返回法”“胶带机复式运输方式”“错位布置法”“高度分段法”“箕斗双向运输技术”“四同时作业法”“井下水平组装式矸石储存装置”，该系统适用于所有井工开采煤矿(见图1)，该发明主要解决三大问题：
6.⑴
解决现有综合利用手段利用矸石量有限，无法消纳煤矿生产的全部煤矸石，最终彻底消除煤矸石地面污染问题；
7.⑵
解决煤矸石返井封存生产成本过高的问题；
8.⑶
使煤矸石返井封存成为一个常态化的生产系统，解决与煤炭生产的干扰问题。
9.1.对发明进行总结和说明：
10.1.1“原路返回法”(见图6、11)—主要解决煤矸石的地面污染问题，原路返回法就是利用已有运煤路线的巷道采用复式运输技术(见图2-3)，使煤矸石原路返回井下，回归自然在地下进行封存，运矸和运煤路线逆向运行，不同之处就是运煤胶带输送机从井底煤仓下部接煤运出，而返井运矸胶带输送机是从主斜井、通风或行人联络巷运到井底煤仓上口
机头硐室 (见图8-10)，这是主斜井矸石返井运输布置的关键环节。
11.1.2“复式运输技术”—就是在一条运输巷道中上下布置二条胶带输送机，它们共用支腿基础，共用机架支腿，而驱动系统、制动系统、胶带、托辊、张紧装置、控制系统、保护系统各自独立，下面为运煤胶带输送机，上面为返井矸石胶带输送机，两机的启、停、运行各自独立互不影响。它的托辊采用挂钩式,方便维护。两机托辊错位布置避开共振区，所以不会产生共振现象。它是降低矸石返井生产成本和排除生产干扰的主要手段。
12.1.3“错位布置法”(见图7)—这是一种布置方法，就是将卸煤和装矸工作横向错位分别进行，是排除两机生产干扰的措施之一。
13.1.4“高度分段法”(见图8-9)—这种方法主要解决井下硐室的高度有限，将矸石胶带机的爬升高度分解为二段，是解决矸石皮带机井下转载和卸矸所采取的措施，也是排除生产干扰的措施之一。
14.1.5“立井箕斗双向运输技术”(见图12、13、14)—该法用于箕斗立井提升，它的设计意图就是“返程不要放空车”，是解决立井煤矸石原路返井的重要措施。
15.1.6“四同时作业法”(见图15-16)—这种设计理念是采用“立井箕斗双向运输技术”以很少的时间代价，使运输效率翻倍的基础。
16.1.7“组装式水平矸石仓”(见图5)—它的功能相当于井底煤仓，它是煤矸石运输系统和充填系统的调节器，该设备是专为矸石返井封存而开发的，也是降低矸石返井生产成本和排除生产干扰的重要手段。
17.1.8胶带输送机是大宗固体散料在短距离最经济的运输方式，这已在煤矿实践中得到证实。
18.1.9运输煤炭的胶带输送机路线一定是最合理的运输线路，这是煤矿设计中多次论证的结果。
19.采取了以上的针对性措施，就很好地解决了煤矸石处理的三大难题。
20.2.主斜井返井系统
21.由于矿井生产系统各异、井下千差万别，在这里给出了比较典型的设计模型以供参考。
22.2.1主斜井井口房是煤炭运输的咽喉要道，是运煤和返矸运输的必经之路，“错位布置方法”主要用于主斜井井口房，排除矸石返井对煤炭生产的干扰；
23.2.2“高度分段法”主要用于井下转载和卸载，就是把搭接高度分为上下两段，上段解决溜槽的溜矸角度和皮带机爬升角度所需高度问题，下段解决承接胶带机机身高度问题，遇到不能满足工艺要求的硐室，采用局部挑顶、刷扩、起底，这就大大降低了搭接硐室和卸载硐室的高度，大大降低了胶带机的爬升角度，大大降低了建设成本，很好的解决了转载、搭接、卸载硐室的布置问题。
24.2.3返井煤矸石储存
[0025]“井下水平组装式矸石储存装置”的作用类似于井底煤仓，储存返井的煤矸石，调节充填工作面和运输的时间，它布置在运输上山的巷道中，是煤矸石返井生产的重要设备(见图5)。
[0026]
2.4主斜井煤矸石返井路线描述：
[0027]
选煤厂生产的煤矸石经胶带输送机运输到主斜井井口房转载到主斜井复式胶带
机上(见图7)，在通风或行人联络巷转载(见图8)，联络巷内采用常规胶带机(单式)，运到井底煤仓上口机头硐室转载至运输大巷中的返井运矸胶带输送机上(见图10)，经运输大巷、运输上山转至井下水平组装式矸石储存装置内储存(见图6)。
[0028]
井下水平组装式矸石储存装置布置在综采工作面运输平巷和回风平巷之间，这非常有利于煤炭生产和矸石充填工作，避免互相干扰。待充填工作开始后，启动井下水平组装式矸石储存装置中的运矸刮板机将矸石转载至充填运输系统上，直至完成煤矸石的充填工作。
[0029]
本发明提供的主斜井煤矸石干式返井工艺，利用运煤路线已有巷道实施复式运输，运煤路线已有巷道包括运输平巷、回风平巷、运输上山、运输大巷、主斜井井底煤仓、主斜井以及通风或行人联络巷，运输平巷和回风平巷通过运输上山连通，运输上山与运输大巷连通，运输大巷与井底煤仓上口机头硐室相通，井底煤仓上口机头硐室和主斜井通过通风或行人联络巷连通，主斜井与主斜井井底煤仓的下部相通；运煤路线为运输平巷中的运煤机构运出的煤依次经过运输上山中的运煤胶带输送机和运输大巷中的运煤胶带输送机运送至主斜井井底煤仓，由主斜井井底煤仓的下部沿主斜井运输至地面；在连接运输平巷和运输大巷的运输上山、运输大巷和主斜井中布置复式机架，复式机架的上层布置返井运矸胶带输送机，复式机架的下层布置运煤胶带输送机；在主斜井井口房布置井口转载机，与复式机架错位布置；在主斜井与通风或行人联络巷相接处布置转载硐室ⅰ，转载硐室ⅰ高度不足部分根据工艺要求进行局部挑顶、刷扩、起底，在起底的地沟内布置联络巷转载机；在主斜井中的返井运矸胶带输送机上布置进入转载硐室ⅰ的机头溜槽；在连接运输平巷和回风平巷的运输上山中布置井下水平组装式矸石储存装置；地面运输系统运来的矸石由井口转载机转运至主斜井中的返井运矸胶带输送机上，通过机头溜槽卸载至联络巷转载机上，联络巷转载机将矸石转运至运输大巷中的返井运矸胶带输送机上，沿着运输大巷和运输上山中的返井运矸胶带输送机转运至井下水平组装式矸石储存装置中。
[0030]
3.本发明提供一种主立井煤矸石干式返井工艺，利用运煤路线已有巷道实施复式运输，运煤路线已有巷道包括运输平巷、回风平巷、运输上山、运输大巷、运输石门、主立井井底煤仓和主立井，运输平巷和回风平巷通过运输上山连通，运输上山与运输大巷相通，运输大巷与运输石门相通，运输石门与主立井井底煤仓相通，主立井与主立井井底煤仓相通；选择投送矸石的工业场地，在工业场地中布置连接地面和井下的矸石垂直投送井，布置将矸石从矸石垂直投送井投送到运输石门的矸石转运缓冲系统；在运输上山、运输大巷以及运输石门中布置复式机架，复式机架的上层布置返井运矸胶带输送机，复式机架的下层布置运煤胶带输送机，矸石转运缓冲系统中的矸石沿着运输大巷、运输上山的返井运矸胶带输送机转运至回风平巷中的充填运输系统上，然后运送至充填工作面。
[0031]
4.本发明提供了一种主立井煤矸石干式返井工艺(见图11)，应用条件为主立井采用“箕斗双向运输技术”(见图12-14)。
[0032]
4.1设计依据：
[0033]
依据《煤炭工业矿井设计规范》8.1.9第3条规定“主井提升设备应留有10％～20％的富余能力”的规定(在实践中富余能力往往很大，有的富余能力高出2～3倍)。
[0034]“箕斗双向运输技术”就是利用已有的主井工业场地，利用原有的提升系统、立井井架、摩擦轮、箕斗、钢丝绳、主井井口房、立井井筒、井下煤炭装载硐室(包括主立井井底煤
仓、煤炭计重定量斗)都不变的情况下，只需增加矸石计重定量斗2个(设置在井口)、溜井储矸仓1个(设置在井下)和一对曲轨即可。经计算采用此技术对提升设备有利。结果是以很小的时间成本，使生产效率翻倍，完成煤矸石返井封存。
[0035]
采用主立井矸石返井技术的关键是：煤矸石返井运输不能影响主立井提煤的正常生产，采用本工艺煤矸石的返井量小于矿井的提升富余量(见表3)。这就说明“箕斗双向运输技术”完全可以用于立井煤矸石返井运输和充填。
[0036]
4.2“四同时作业法”[0037]“箕斗双向运输技术”的关键是箕斗装卸的四个同时作业法：既“同时到位、同时卸载、同时装载、同时运行”。“箕斗双向运输技术”以付出很小的时间代价，可使运输效率翻倍(上行提煤、下行放矸)。这种方法适用于提升富余能力较大、底卸式箕斗的改造矿井和新建矿井。配合采用“复式胶带输送机技术”和“井下水平组装式矸石储存技术“是最经济的煤矸石返井处理技术。
[0038]
4.3主立井煤矸石返井路线描述：
[0039]
选煤厂生产的煤矸石经胶带输送机运输到主立井工业场地的矸石缓冲仓内，矸石缓冲仓下的定量式给料机给至井上返矸胶带输送机上，井上返矸胶带输送机转载到矸石计重定量斗内，当箕斗甲到达井口位置时，箕斗甲闸门打开卸煤，关闭箕斗甲闸门，矸石计重定量斗装载矸石，矸石计重定量斗关闭闸门，提升机下放箕斗甲，当箕斗甲到达井下位置时，打开闸门卸矸，关闭闸门，煤炭计重定量斗装煤，煤炭计重定量斗关闭闸门，完成一个工作循环。这个作业过程中甲乙箕斗同时进行，遵循四个同时作业法(见图10)。矸石卸入溜井储矸仓内储存(溜井和储矸仓二者合一)。溜井储矸仓下的转载硐室ⅱ与运输石门接通(见图14)，经运输大巷、运输上山巷转至井下水平组装式矸石储存装置内储存(见图11)。
[0040]
井下水平组装式矸石储存装置布置在综采工作面运输平巷和回风平巷之间，这非常有利于煤炭生产和矸石充填工作，避免互相干扰。待充填工作开始后，启动井下水平组装式矸石储存装置下的运矸刮板机将矸石转载至充填运输系统上，直至完成煤矸石的充填工作。
[0041]
4.4需要说明的几个问题：
[0042]
⑴
目前立井的煤矸石返井方法有二种，一种是采用煤矸石垂直投送系统 井下矸石仓技术，这种技术连续投送,效率高、运营成本低、易管理、但一旦建成就不能变动(充填工作面是变动的)，对投放管要求较高,对矸石的粒度有要求(粒度大容易磨损和堵塞投放管道,管道磨损或堵塞后更换和处理非常困难),初期投资较高，适用于新建矿井和全采全充工作面。
[0043]
第二种方法是利用已有的主立井的提升系统，在不改变主立井提升系统和井筒装备的情况下挖掘主立井的提升潜力，采用“箕斗双向运输技术”，上行提煤，下行返矸，付出很小的时间代价,使运输效率翻倍。这种方法适用于提升富余能力较大、底卸式箕斗的改造矿井,配合采用复式胶带输送机技术是最经济的煤矸石返井处理方法。
[0044]
⑵
煤矸石垂直投送系统是一个独立的生产系统，在施工和生产中对主井没有影响，这是它的主要优势。在此工业场地上所有的设施、设备都需要新建。在“立井箕斗双向运输技术”中，是在主井工业场地进行，一切设施、设备都可以与煤矿共享共用，但在施工和生产中对主井或多或少都有影响，这是它的主要缺点。
[0045]
⑶
在选择“箕斗双向运输技术”前还要明确：煤与煤矸石的比重不同，采用箕斗双向运输技术箕斗不变，下放矸石量不足以充填全部的采空区，既返井矸石量≤煤炭提升量,充填只能够做到全采局充,消纳生产出的矸石。
[0046]
⑷“
箕斗双向运输技术”对煤矿原有的采煤、掘进、通风、供电、排水各大系统没有影响，但是需要新增加“矸石运输充填系统”。
[0047]
本发明提供一种主立井煤矸石干式返井工艺，利用运煤路线已有巷道实施复式运输，运煤路线已有巷道包括运输平巷、回风平巷、运输上山、运输大巷、运输石门、主立井井底煤仓和主立井，运输平巷和回风平巷通过运输上山连通，运输上山与运输大巷相通，运输大巷与运输石门相通，运输石门与主立井井底煤仓相通，主立井与主立井井底煤仓相通，主立井采用箕斗双向运输系统；在立井工业广场内合适位置修建矸石缓冲仓，矸石缓冲仓中布置井上返矸胶带输送机，将井上返矸胶带输送机延伸至胶带机栈桥上，并使井上返矸胶带输送机的机头溜槽对准矸石计重定量斗，可将矸石送至矸石计重定量斗内；在井上受煤仓外搭建胶带机栈桥(钢结构)，在胶带机栈桥支撑上布置矸石计重定量斗，矸石计重定量斗穿过立井井架的空间与立井井筒连通；在井下煤炭装载硐室的下方修建卸矸硐室(采用分段施工法)，在卸矸硐室的下方修建溜井储矸仓，在溜井储矸仓的下方修建转载硐室ⅱ连通运输石门，溜井储矸仓和转载硐室ⅱ之间安装平板闸门，转载硐室ⅱ中布置仓下转载机；修建卸矸溜槽，卸矸溜槽穿过卸矸硐室和立井井筒的筒壁(筒壁采取加固措施)，底端与溜井储矸仓的顶端相接；在连接运输平巷和运输大巷的运输上山、运输大巷以及运输石门中布置复式机架，复式机架的上层布置返井运矸胶带输送机，复式机架的下层布置运煤胶带输送机；在连接运输平巷和回风平巷的运输上山中布置井下水平组装式矸石储存装置；矸石缓冲仓中的矸石由井上返矸胶带输送机的机头溜槽卸载到矸石计重定量斗中，再由矸石计重定量斗卸载到立井井筒中的载矸箕斗里，由载矸箕斗运送至卸矸溜槽，由卸矸溜槽溜到溜井储矸仓内，再溜到转载硐室ⅱ中的仓下转载机上，由仓下转载机转运到运输石门中的返井运矸胶带输送机上，沿着运输大巷和运输上山转运至井下水平组装式矸石储存装置中。
[0048]
5.本发明具有以下有益效果：
[0049]
5.1煤矸石采用原路返回法，按照矿井的现有运煤路线，充分利用运煤胶带输送机巷道，采用复式机架，将矿井生产出来的煤矸石再输送到井下进行充填和封存，能够消纳产生的全部煤矸石；
[0050]
5.2返井矸石为干式运输，不需要二次加工(选后矸石粒度在50毫米以下)，相对于湿式不需要二次加工，不需要添加任何配料(水泥、粉煤灰和水等)；
[0051]
5.3充分利用了运煤胶带输送机走廊和巷道的竖向空间，实现煤、矸分运，能够彻底解决煤矸石对地面环境的污染，在一定程度上能减少地面沉降；
[0052]
5.4彻底解决煤矸石污染地面环境、处理成本过高、返井干扰煤炭生产问题，是现阶段最经济的的煤矸石处理与地下封存技术。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0054]
图1为煤矸石干式返井工艺总图；
[0055]
图2为复式机架沿着巷道断面图(上下带宽一致)；
[0056]
图3为复式机架沿着巷道断面图(上下带宽不一致)；
[0057]
图4为采充工作面布置图；
[0058]
图5为图4中b-b方向的剖视图；
[0059]
图6为主斜井煤矸石干式返井工艺的整体布置图；
[0060]
图7为主斜井井口房的矸石返井错位布置图；
[0061]
图8为主斜井和联络巷之间转载硐室ⅰ的布置图；
[0062]
图9为图8中a-a方向的剖视图；
[0063]
图10主斜井井底煤仓上口机头硐室的布置图；
[0064]
图11为主立井箕斗双向运输煤矸石干式返井工艺的整体布置图
[0065]
图12为主立井箕斗双向运输煤矸石干式返井工艺的井口布置图；
[0066]
图13为图12中c-c方向的剖视图；
[0067]
图14为主立井箕斗双向运输煤矸石干式返井工艺的井底布置图；
[0068]
图15为主立井箕斗双向运输煤矸石干式返井工艺中提煤时间分析图；
[0069]
图16主立井箕斗双向运输煤矸石干式返井工艺中双向运输时间分析图。
[0070]
图1-14中图标：1-主斜井井口房，2-井口转载机，3-主斜井，4-巷道中心线，5-运输上山，6-复式机架，7-返井运矸胶带输送机，7.1-返井运矸胶带输送机的机头溜槽，8-运煤胶带输送机，9-井底煤仓上口机头硐室，10
‑ꢀ
通风或行人联络巷，11-转载硐室ⅰ，12-联络巷转载机，13-回风平巷，14
‑ꢀ
井下水平组装式矸石储存装置，15-运输平巷，16-选煤厂输送机，17-运输大巷，18-运输石门，19-运输平巷转载机，20-运输平巷煤炭胶带输送机，21
‑ꢀ
主斜井井底煤仓，22-充填胶带输送机，23-充填转载机，24-检修轨道，25
‑ꢀ
立井井筒，26-箕斗，27-立井井架，28-立井井口房，29-井上受煤仓，30
‑ꢀ
井上给煤机，31-井上煤炭胶带输送机，32-主立井井底煤仓，33-井下煤炭装载硐室，34-井下给煤机，35-井下煤炭胶带输送机，36-煤炭计重定量斗， 37-胶带机栈桥，38-井上返矸胶带输送机，39-胶带机栈桥支柱，40-矸石计重定量斗，41-卸矸硐室，42-溜井储矸仓，43-转载硐室ⅱ，44-仓下转载机， 45-卸矸溜槽，46-卸煤溜槽，47-摩擦轮，48-起重机，49-平板闸门，50-综采工作面51-充填工作面，52-搭接硐室，53-运煤刮板输送机中心线；54
‑ꢀ
充填多孔底卸式刮板输送机中心线；
[0071]
图15中图标：t1-箕斗装煤时间，t2-箕斗在井筒内运行时间，t3-箕斗卸矸石时间，θ-二次提升之间的停歇时间，t1-一次提升时间，t-一次提升全时间；
[0072]
图16中图标：t1-箕斗卸煤时间，t2-箕斗装矸石时间，t3-箕斗在井筒内运行时间，t4-箕斗卸矸石时间，t5-箕斗装煤炭时间，θ-二次提升之间的停歇时间，t1-一次提升时间，t-一次提升全时间。
具体实施方式
[0073]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0074]
实施例1
[0075]
本实施例提供一种主斜井煤矸石干式返井工艺，利用运煤路线已有巷道实施复式运输，运煤路线已有巷道包括运输平巷15、回风平巷13、运输上山5、运输大巷17、主斜井井底煤仓21、主斜井3以及通风或行人联络巷10，运输平巷15和回风平巷13通过运输上山5连通，运输上山5与运输大巷17连通，运输大巷17与井底煤仓上口机头硐室9相通，井底煤仓上口机头硐室9和主斜井3通过通风或行人联络巷10连通，主斜井3与主斜井井底煤仓21的下部相通；
[0076]
在连接运输平巷15和运输大巷17的运输上山5、运输大巷17和主斜井3中布置复式机架6，复式机架6的上层布置返井运矸胶带输送机7，复式机架6的下层布置运煤胶带输送机8；在主斜井井口房1布置井口转载机 2，井口转载机2与复式机架6错位布置；在主斜井3与通风或行人联络巷 10相接处布置转载硐室
ⅰꢀ
11，转载硐室
ⅰꢀ
11高度不足部分根据工艺要求进行局部挑顶、刷扩、起底，在起底的地沟内布置联络巷转载机12；在主斜井3中的返井运矸胶带输送机7上布置进入转载硐室
ⅰꢀ
11的机头溜槽7.1；在连接运输平巷15和回风平巷13的运输上山5中布置井下水平组装式矸石储存装置14。
[0077]
运煤路线为运输平巷15中的运煤机构(包括运输平巷转载机19和运输平巷煤炭胶带输送机20)运出的煤依次经过运输上山5中的运煤胶带输送机8和运输大巷17中的运煤胶带输送机8运送至主斜井井底煤仓21，由主斜井井底煤仓21的下部沿主斜井3运输至地面。
[0078]
井上矸石返井路线为：地面运输系统(利用原有走廊)—主斜井3(利用原有)—通风或行人联络巷10(需新增联络巷转载机12)—运输大巷17 (利用原有)—运输上山5(利用原有)—井下水平组装式矸石储存装置 14—回风平巷13(利用原有)—充填工作面51。具体地，地面运输系统运来的矸石由井口转载机2转运至主斜井3中的返井运矸胶带输送机7上，通过机头溜槽7.1卸载至联络巷转载机12上，联络巷转载机12将矸石转运至运输大巷17中的返井运矸胶带输送机7上，沿着运输大巷17和输上山中5的返井运矸胶带输送机7转运至井下水平组装式矸石储存装置14中。
[0079]
当开展充填工作时，井下水平组装式矸石储存装置14中储存的矸石卸载到回风平巷13中的充填运输系统(包括充填胶带输送机22和充填转载机23)上，然后运送至充填工作面。
[0080]
进一步地，将复式机架6布置在巷道的一侧，巷道的另一侧布置检修轨道24，检修轨道24上布置巡检机器人，巡检机器人通过移动摄像技术对返井运矸胶带输送机7和运煤胶带输送机8进行巡查，并将巡查结果上传调度室。
[0081]
进一步地，运煤胶带输送机8的托辊和返井运矸胶带输送机7的托辊错位布置，避开共振区，避免产生共振现象；井口转载机2和联络巷转载机12为胶带输送机。
[0082]
进一步地，转载硐室
ⅰꢀ
11施工采用返井运矸胶带输送机7机头挑起，联络巷转载机12尾部起底。
[0083]
针对煤矸石返井技术中的降低成本和排除生产干扰两大难题，采取措施如下。
[0084]
1、在设备方面
[0085]
⑴
胶带输送机是大宗固体散料在短距离最经济的运输方式，这已在煤矿实践中得到证实。
[0086]
⑵
运输煤炭的胶带输送机路线一定是最合理的运输线路，这是煤矿设计中论证的结果。
[0087]
⑶
本实施例采用“原路返回法”，在运煤胶带输送机8机架上加改返井运矸胶带输送机7组成复式机架6，基础不变，其它设备部件不变，设备所占面积不变，只需把返井运矸胶带输送机7的机架调高，这样做的优点是胶带输送机走廊和巷道得到充分利用，在改造中对运煤胶带机干扰较少，使得建设投资大大降低。
[0088]
⑷
本实施例采用“箕斗双向运输技术”，利用现有的主立井提升系统和井筒装备，挖掘主立井的运输潜力，以很少的时间代价，换取双倍的提升效率。
[0089]
2、在矿建方面
[0090]
在减小搭接高度方面，本实施例中对转载硐室ⅰ11采取分段法：返井运矸胶带输送机7机头挑起，联络巷转载机12尾部起底，使搭接高度大为降低，高度不足部分根据工艺要求进行局部挑顶、刷扩、起底，分段法可以大大减少搭接高度，使施工和矿建的工程量大大减少，使建设投资降低，并对生产干扰最小。
[0091]
3、减少对煤炭生产干扰
[0092]
⑴
在主斜井生产中运煤路线为上行运输，运矸路线为下行运输，将运煤胶带输送机8和返井运矸胶带输送机7在装载处错位布置，在搭接、卸载处分段布置。
[0093]
⑵
在立井箕斗双向运输中，箕斗的下部卸料，上部装载，闸门的控制由提升机软件控制，装载、运行和卸载各成系统、互为独立。
[0094]
⑶
将运煤胶带输送机8的托辊和返井运矸胶带输送机7的托辊错位布置避开共振区，避免产生共振现象。
[0095]
⑷
由于运煤胶带输送机8和返井运矸胶带输送机7为两套独立系统，在装、卸、运行和维护时(采用维护机器人技术)，在检修时间同时进行，也不会造成互相干扰的问题。
[0096]
⑸
采用移动摄像技术进行运煤胶带输送机8和返井运矸胶带输送机7 安全巡检，二机可用一套巡检移动摄像，将巡检结果上传调度室，为检修维护提供技术支持(比如位置、维修对象等等)，巡检机器人随检修轨道车同时维修二机，减少巡检和维修人员和设备。
[0097]
⑹
复式机架6采用插拔式托辊，巡检机器人的伸缩臂可方便更换托辊，减轻工人劳动强度，使安全性更高。
[0098]
⑺
采用井下水平组装式矸石储存装置14，根据充填区位置可以重复使用，降低成本，实时组装，调整运输路线，使运输和充填工作互相协调，减少干扰。
[0099]
由于采取了以上措施可以使煤矸石返井成本降到最低，使煤炭生产和矸石充填做到互不干扰。
[0100]
实施例2
[0101]
本实施例提供一种主立井煤矸石干式返井工艺，利用运煤路线已有巷道实施复式运输，运煤路线已有巷道包括运输平巷15、回风平巷13、运输上山5、运输大巷17、运输石门18、主立井井底煤仓32和主立井，运输平巷15和回风平巷13通过运输上山5连通，运输上山5与运输大巷17相通，运输大巷17与运输石门18相通，运输石门18与主立井井底煤仓32相通，主立井与主立井井底煤仓32相通；选择投送矸石的工业场地，在工业场地中布置连接地面和井下的矸石垂直投送井，布置将矸石从矸石垂直投送井投送到运输石门的矸石转运缓冲系统；(矸石垂直投送井和矸石转运缓冲系统为现有技术)；在运输上山5、运输大巷15以及运输石门18中布置复式机架6，复式机架6的上层布置返井运矸胶带输送机7，复式机架6的下层布置运煤胶带输送机8，矸石转运缓冲系统中的矸石沿着运输大巷17和运输上山5的返
井运矸胶带输送机7转运至回风平巷13中的充填运输系统上，然后运送至充填工作面。
[0102]
主立井矸石投料井返井路线：地面运输系统(新建)—矸石垂直投料井(新建)—井下矸石缓冲仓(新建)—运输大巷17(利用原有)—运输上山5(利用原有)—回风平巷13(利用原有)—充填工作面51。
[0103]
实施例3
[0104]
本实施例提供一种主立井煤矸石干式返井系统，包括箕斗双向运输系统和井下复式运输系统。
[0105]
箕斗双向运输系统包括提升机、立井井筒25、箕斗26、立井井架27、立井井口房28、井上受煤仓29、井上给煤机30、井上煤炭胶带输送机31、主立井井底煤仓32、井下煤炭装载硐室33、井下给煤机34、井下煤炭胶带输送机35、煤炭计重定量斗36、矸石缓冲仓、胶带机栈桥37、井上返矸胶带输送机38、胶带机栈桥支柱39、矸石计重定量斗40、卸矸硐室41、溜井储矸仓42、转载硐室
ⅱꢀ
43、仓下转载机44和卸矸溜槽45。立井井口房28 内安装有起重机48。
[0106]
立井井筒25的筒壁上穿设有卸煤溜槽46；两个箕斗26设置在立井井筒25中；立井井架27围绕立井井筒25设置，立井井架27上安装有摩擦轮47；立井井口房28和井上受煤仓29位于立井井筒25的两侧；提升机上的钢丝绳绕过摩擦轮47与箕斗26连接；井上受煤仓29位于卸煤溜槽46 的下方；井上给煤机30位于井上受煤仓29的下方，给煤机溜槽朝向井上煤炭胶带输送机31；井下煤炭装载硐室33位于主立井井底煤仓32的下方，与立井井筒25连通；井下给煤机34、井下煤炭胶带输送机35和煤炭计重定量斗36均设置在井下煤炭装载硐室33中；井下给煤机34位于主立井井底煤仓32的下方，给煤机溜槽朝向井下煤炭胶带输送机35；井下煤炭胶带输送机35的机头溜槽对准煤炭计重定量斗36；胶带机栈桥37设置在井上受煤仓29外；矸石计重定量斗40设置在胶带机栈桥37上，穿过立井井筒25的筒壁；井上返矸胶带输送机38由矸石缓冲仓延伸至胶带机栈桥37上，机头溜槽对准矸石计重定量斗40；卸矸硐室41位于井下煤炭装载硐室33 的下方，溜井储矸仓42位于卸矸硐室41的下方；转载硐室
ⅱꢀ
43位于溜井储矸仓42的下方，与运输石门18连通，与溜井储矸仓42之间安装平板闸门49；仓下转载机44设置在转载硐室
ⅱꢀ
43中；卸矸溜槽45穿过卸矸硐室 41和立井井筒25的筒壁，底端与溜井储矸仓42的顶端相接。
[0107]
井下复式运输系统包括复式运输机和井下水平组装式矸石储存装置14；复式运输机包括复式机架6、设置在复式机架6上层的返井运矸胶带输送机 7以及设置复式机架6下层的运煤胶带输送机8；复式运输机设置在连接运输平巷15和运输大巷15的运输上山5、运输大巷17以及运输石门18中；井下水平组装式矸石储存装置14设置在连接运输平巷15和回风平巷13的运输上山5中。
[0108]
煤炭运输路线为：运输平巷4中的运煤机构运出的煤依次经过运输上山5中的运煤胶带输送机8和运输大巷17中的运煤胶带输送机8运送运输石门18，再由运输石门18的运煤机构转运至立井井底煤仓32。
[0109]
主立井箕斗双向运输返矸石井路线为：地面运输系统—立井工业广场矸石缓冲仓(新建)—主立井(利用原有)—溜井储矸仓42(新建)—转载硐室ⅱ43(新建)—运输石门18(利用原有)—运输大巷17(利用原有) —运输上山5(利用原有)—井下水平组装式矸石储存装置14—回风平巷 13(利用原有)—充填工作面51。具体地，矸石缓冲仓中的矸石由井上返矸胶带输送机38的机头溜槽卸载到矸石计重定量斗40中，再由矸石计重定量斗40卸载到
立井井筒25中的载矸箕斗里，由载矸箕斗运送至卸矸溜槽45，由卸矸溜槽45溜到溜井储矸仓42，再溜到转载硐室ⅱ43中的仓下转载机44上，由仓下转载机44转运到运输石门18中的返井运矸胶带输送机7上，沿着运输大巷17和运输上山5转运至井下水平组装式矸石储存装置14中。
[0110]
两个箕斗中，载矸箕斗和载煤箕斗是根据内容物的种类命名，并非固定不变的，如甲箕斗装矸石时称为载矸箕斗，乙箕斗装煤炭则称为载煤箕斗，反之甲箕斗装煤炭时为载煤箕斗，乙箕斗装矸石则为载矸箕斗。
[0111]
当开展充填工作时，井下水平组装式矸石储存装置14中储存的矸石卸载到回风平巷13中的充填运输系统上，然后运送至充填工作面。
[0112]
实施例4
[0113]
本实施例提供一种主立井煤矸石干式返井工艺，利用运煤路线已有巷道实施复式运输，运煤路线已有巷道包括运输平巷15、回风平巷13、运输上山5、运输大巷17、运输石门18、主立井井底煤仓32和主立井，运输平巷15和回风平巷13通过运输上山5连通，运输上山5与运输大巷17相通，运输大巷17与运输石门18相通，运输石门18与主立井井底煤仓32相通，主立井与主立井井底煤仓32相通，主立井采用箕斗双向运输系统；在井上受煤仓29外搭建胶带机栈桥37，在胶带机栈桥37上布置矸石计重定量斗40，矸石计重定量斗40穿过立井井筒25的筒壁；在立井工业广场内修建矸石缓冲仓，矸石缓冲仓下布置井上返矸胶带输送机38，将井上返矸胶带输送机38延伸至胶带机栈桥37上，并使井上返矸胶带输送机38的机头溜槽对准矸石计重定量斗40；在井下煤炭装载硐室33的下方修建卸矸硐室41，在卸矸硐室41的下方修建溜井储矸仓42，在溜井储矸仓42的下方修建转载硐室
ⅱꢀ
43连通运输石门18，溜井储矸仓42和转载硐室
ⅱꢀ
43之间安装平板闸门49，转载硐室
ⅱꢀ
43中布置仓下转载机44；修建卸矸溜槽45，卸矸溜槽45穿过卸矸硐室41和立井井筒25的筒壁，底端与溜井储矸仓42的顶端相接；在连接运输平巷15和运输大巷17的运输上山5、运输大巷17 以及运输石门18中布置复式机架6，复式机架6的上层布置返井运矸胶带输送机7，复式机架6的下层布置运煤胶带输送机8；在连接运输平巷15 和回风平巷13的运输上山5中布置井下水平组装式矸石储存装置14。
[0114]
进一步地，如图16所示，控制箕斗双向运输系统，一根绳上两个箕斗26遵循四同时作业法：使两个箕斗26井上井下同时到位，井下矸石和井上煤炭同时卸载(井下卸矸，井上卸煤)t1＝t4，井下煤炭和井上矸石同时装载(井下装煤，井上装矸)t2＝t5，以及井上井下同时双向运行，可得到结论：箕斗双向运输时间比单向运输时间只增加了矸石的装卸时间(t2、t4)，但是提升效率确增加了一倍。
[0115]
箕斗26装卸工作流程如下表所示。
[0116][0117]
说明：1.井下需要增加二对曲轨设备；2.提升机控制程序只需增加步骤 4、5、6、7项；3.箕斗遵循四同时工作程序。
[0118]
进一步地，将复式机架6布置在巷道的一侧，巷道的另一侧布置检修轨道24，检修轨道24上布置巡检机器人，巡检机器人通过移动摄像技术对返井运矸胶带输送机7和运煤胶带输送机8进行巡查，并将巡查结果上传调度室，调度室根据巡查结果控制巡检机器人是否对返井运矸胶带输送机7 和运煤胶带输送机8进行检修。
[0119]
针对煤矸石返井技术中的降低成本和降低生产干扰两大难题，采取措施如下。
[0120]
1、在矿建方面
[0121]
⑴
充分利用已有的主立井设施设备(采用立井箕斗双向运输技术)，充分挖掘提升潜力，以很少的时间代价，使提升效率翻倍。
[0122]
⑵
在立井箕斗双向运输技术中采用溜、储合一的储矸仓技术,可以减少井下矸石仓的投资。
[0123]
2、减少对煤炭生产干扰
[0124]
⑴
在主立井提升中箕斗同时上下(煤上、矸下)，反向运输，箕斗到位后固定不动，采取控制闸门的开闭技术，箕斗下面卸载后，上面装载，错位布置，装和卸两套系统各自独立，只需在提升机控制上采取措施，所以不会对生产产生干扰现象。
[0125]
⑵
采用移动摄像技术进行运煤胶带输送机8和返井运矸胶带输送机7 安全巡检，二机可用一套巡检移动摄像，将巡检结果上传调度室，为检修维护提供技术支持(比如位置、维修对象等等)，巡检机器人随检修轨道车同时维修二机，减少巡检和维修人员和设备。
[0126]
⑶
采用井下水平组装式矸石储存装置1，根据充填区位置可以重复使用，降低成本，实时组装，调整运输路线，使运输和充填工作互相协调，减少干扰。
[0127]
实施例5
[0128]
本实施例对实施例2和实施例4提供的两种主立井煤矸石返井工艺进行可行性分析和成本分析。
[0129]
1、可行性分析
[0130]
实施例2所述工艺是采用煤矸石垂直投送技术 井下矸石仓技术，这种技术连续投送，效率高、运营成本低、易管理、但一旦建成就不能变动(充填工作面是变动的)，对投放管要求较高,对矸石的粒度有要求(粒度大容易磨损和堵塞投放管道,管道磨损或堵塞后更换和处理非常困难),初期投资较高(见表1、2)，适用于新建和已建矿井。
[0131]
实施例4所述工艺是利用已有的主立井的提升系统，在不改变主立井提升系统和井筒装备的情况下挖掘主立井的提升潜力，采用箕斗双向运输技术，上行提煤，下行返矸，
付出很小的时间代价(见表3),可使运输效率翻倍。这种方法适用于提升富余能力较大、底卸式箕斗的改造矿井,配合采用复式胶带输送机技术是最经济的煤矸石返井处理方法。
[0132]
表1-立井煤矸石返井技术方案比较表
[0133]
表2-垂直投放技术与箕斗双向运输技术占地面积分析表
[0134][0135]
结论：矸石垂直投送井的选址非常重要，它远离主副井工业场地，是一个独立的煤矸石返井充填生产系统，在施工和生产中对主井没有影响，这是它的主要优势。在此工业场地上所有的设施、设备都需要新建。在立井箕斗双向运输技术中，是在主井工业场地进行，一切设施、设备都可以与煤矿共享共用，但在施工和生产中对主井或多或少都有影响，这是它的主要缺点。
[0136]
从表1、2中可以看出两个技术方案各自优势，在进行矸石返井充填设计中需要根据实际情况选择。
[0137]
主立井是煤矿生产系统的“咽喉”，直接关系到煤矿的生产效益和经济运行，要把选煤厂生产的煤矸石返回井下，系统在井口需要增加箕斗装载设备，在井下需要增加箕斗卸载设施，一装一卸都需要休止时间。依据《煤炭工业矿井设计规范》8.1.9第3条规定“主井提升设备应留有10％～20％的富余能力”的规定(在实践中富余能力往往很大，有的富余能力高出2～ 3倍)，采用立井箕斗双向运输技术的前题是不能影响煤炭提升的正常生产，要
有保护环境也是煤矿提高经济效益的理念，要有社会和生态保护的责任意识，从富余能力中挤出煤矸石的返井时间。
[0138]
表3-立井箕斗装卸时间分析表
[0139][0140]
说明：1.煤矸石在原煤中占比按平均15％计
[0141]
2.箕斗装卸时间根据《矿井煤炭设计规范》按1s/t计。
[0142]
3.工作制度按330d/a，18h/d计
[0143]
结论：从表中可以看出煤矸石日装卸时间都不超过1小时，小于矿井的预留富余提升能力10％～20％小时，所以煤载矸箕斗返井技术在时间上可行。
[0144]
在选择箕斗双向运输技术前还要明确：煤与煤矸石的比重不同，采用箕斗双向运输技术箕斗不变，下放矸石量不足以充填全部的采空区，既返井矸石量≤煤炭提升量，充填只能够做到全采局充，消纳生产出的矸石(见表 1、3)。
[0145]
2、成本分析
[0146]
(1)成本分析计算
[0147]
煤矸石返井充填可以采用类比法(参照运煤运输路线)，在此给出估算方法。
[0148]
煤矸石返井技术的成本主要组成：
[0149]
①
一次性设备投资(运输设备 充填设备)
[0150]
②
人工费
[0151]
③
机械费(电费 维修费)
[0152]
当实施项目确定后，由于采用的“原路返回法”就可以类比运煤路线计算出运输设备的费用，再加上充填所需的费用，可以大致估算出煤矸石的返井成本。
[0153]
表4-煤矸石返井技术成本分析表
[0154]
项目垂直投放技术箕斗双向运输技术备注一次性胶带机投资需要重新设计采用复式运输技术 人工费较多较少见表3电费较多较少见表3设备维修费较多较少见表3
[0155]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。