矸石充填系統(tǒng)在濟(jì)三煤礦的應(yīng)用

馬新亮，宋培卿

兗礦集團(tuán)濟(jì)三煤礦，山東 濟(jì)寧 272169

0 引言

煤矸石是我國(guó)排放量最大的工業(yè)固體廢棄物，成為影響煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的難題。目前，全國(guó)歷年累計(jì)堆放的煤矸石約45億t，占用土地約1.5萬(wàn)公頃，而且堆積量每年還以1.5億t～2.0億t的速度增加。對(duì)人類的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)很大的威脅與危害。為節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)綠色礦山，濟(jì)三礦積極應(yīng)用國(guó)家推廣的煤矸石復(fù)墾及回填礦井采空區(qū)技術(shù)，結(jié)合采場(chǎng)實(shí)際，按照縮短運(yùn)距、就近充填，減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)，保證系統(tǒng)順暢的原則，在矸石量大的十八采區(qū)北區(qū)回風(fēng)巷附近的三角形區(qū)域和北區(qū)輔助運(yùn)輸巷以南附近的狹長(zhǎng)區(qū)域共布置了24條充填巷道，巖石充填巷道達(dá)7715m，既滿足采區(qū)準(zhǔn)備時(shí)間，又滿足生產(chǎn)期間的矸石處理，體現(xiàn)了充填與施工同時(shí)進(jìn)行，互不影響的最大優(yōu)點(diǎn)。

1 充填技術(shù)原理

首先利用房柱式開(kāi)采方法將采區(qū)的煤炭采出，然后利用矸石充填系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填。

2 設(shè)備及配套

矸石充填機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及技術(shù)參數(shù)：

1）矸石充填機(jī)的結(jié)構(gòu)

矸石填充機(jī)由行走部、底架總成、調(diào)平機(jī)構(gòu)，調(diào)偏架、卸載滾筒組、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、拋射皮帶、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成（見(jiàn)圖1）。

2）矸石充填機(jī)工作原理

矸石填充機(jī)以800帶寬皮帶機(jī)為運(yùn)輸工具。SSJ-800皮帶機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)頭位于巷道口，作為受料端；機(jī)尾位于巷道內(nèi)，作為卸料端。填充機(jī)的卸載滾筒組代替SSJ-800皮帶機(jī)的機(jī)尾，與SSJ-800皮帶機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)H架采用間隙銜接。SSJ-800皮帶機(jī)將矸石運(yùn)到的填充機(jī)上料輸送部，上料輸送部再將其卸到拋射皮帶上，拋填到巷道。拋射皮帶可在巷道寬度范圍內(nèi)上下左右擺動(dòng)，能將整個(gè)巷道在寬度范圍內(nèi)填滿矸石。當(dāng)前面填滿后，充填機(jī)向后退移一個(gè)步距（約500mm）。

3）主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高（最小尺寸） 14000mm×2790mm×2250mm；

重量：≈22t；

供電電壓：660/1140V；

拋射皮帶技術(shù)特性：

電動(dòng)滾筒直徑φ500mm，皮帶寬度800mm，帶速3.15m/s，輸送量250t/h；

高度調(diào)整范圍：2.8m～5.5m；

寬度調(diào)整范圍：2.5m～5.5m。

3 試驗(yàn)應(yīng)用情況

試驗(yàn)巷道的基本情況：

1）巷道斷面及支護(hù)方式

十八采一號(hào)充填面為矩形斷面，錨網(wǎng)支護(hù)。巷道頂板采用￠22×2200mm錨桿，角度垂直頂板（兩肩窩角度為75度），間距900mm；兩幫選用￠20×1800mm錨桿，間距800mm，除頂角錨桿外，其余垂直煤幫布置。錨桿均采用加長(zhǎng)錨固，每根錨桿用2支MSCK2350樹(shù)脂錨固劑，排距900mm，頂部按2000×2700的間排距布置雙排錨索加強(qiáng)支護(hù)，錨索規(guī)格：￠18×6200mm。巷道長(zhǎng)約375m、寬5.0m、高3.5m～5.8m。巖性為全煤，頂板為中砂巖，穩(wěn)定無(wú)淋水，巷道底板無(wú)積水。

2）設(shè)備布置及運(yùn)輸方式

濟(jì)三煤礦十八采矸石充填系統(tǒng)示意圖

掘進(jìn)巷道即十八回風(fēng)巷迎頭安設(shè)一部PB-60型耙裝機(jī)，耙裝機(jī)后跟一部SSJ-800型皮帶輸送機(jī)，機(jī)頭搭接在十八采矸石倉(cāng)上口。十八采矸石倉(cāng)下口經(jīng)兩部800帶寬皮帶機(jī)與十八采1號(hào)矸石充填巷聯(lián)接。十八采一號(hào)充填巷內(nèi)安設(shè)一部SSJ-800型可伸縮式皮帶輸送機(jī)，十八采一號(hào)充填巷迎頭安設(shè)一部矸石充填機(jī)，用SSJ-800型可伸縮式皮帶向充填迎頭輸送矸石。矸石運(yùn)輸路線：十八回風(fēng)巷迎頭→耙裝機(jī)→SSJ-800皮帶輸送機(jī)→十八采矸石倉(cāng)→兩部800皮帶機(jī)→十八采一號(hào)充填巷SSJ-800皮帶輸送機(jī)→十八采一號(hào)充填巷矸石充填機(jī)。

3）系統(tǒng)試驗(yàn)應(yīng)用情況

該充填系統(tǒng)于先期在十八采1#矸石充填面投入使用，累計(jì)試驗(yàn)340個(gè)工作日，充填總進(jìn)尺1290m。平均月進(jìn)120m，最高達(dá)460m/月。

同時(shí)，發(fā)揮充填優(yōu)勢(shì)，將井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不可回收上井的軟硬垃圾回填到矸石充填巷。

4 防止地面沉降的一些技術(shù)措施

1）使用錨桿、錨網(wǎng)錨索聯(lián)合支護(hù)的充填巷道，錨桿、錨網(wǎng)、錨索支護(hù)是一種永久投入，不再回收，永久起作用的支護(hù)方式。矸石充填入工作面后，即使充填率達(dá)不到要求，巷道有效支護(hù)可以維護(hù)數(shù)十年以上；

2）設(shè)置保護(hù)煤柱。每?jī)蓷l巷道之間預(yù)留5m厚的保護(hù)煤柱，保護(hù)煤柱不但能支撐頂板，還能起到容器壁的作用，固定了矸石的體積，使其受壓時(shí)不發(fā)生大的變化；

3）設(shè)置水泥矸石支撐墻。根據(jù)充填工作面現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況變化，每隔一段距離，可用水泥拌矸石沙子充填巷道，水泥凝結(jié)后強(qiáng)度增加，可對(duì)頂板加強(qiáng)支撐作用。

5 效益分析

5.1 出煤效益分析

按照充填巷道長(zhǎng)度7715m，斷面22.5m2計(jì)算，出煤量為：7715×22.5×1.36=23.6 萬(wàn) t。

按照煤炭?jī)r(jià)格500元，巷道成本每米4500元計(jì)算，直接效益為：23.6×500-7715×4500×10-4=8328萬(wàn)元。

5.2 排矸效益分析

目前矸石進(jìn)入煤流排矸費(fèi)用（井下約5元/t，地面約13元/t）約18元/t。十八采區(qū)矸石量為：5743×17×2.5=24.4萬(wàn)t。排矸費(fèi)用為： 24.4×18=439萬(wàn)元。故此項(xiàng)目直接效益為：8328+439=8767萬(wàn)元。

礦車排矸：

矸石總量：8870×17＝150790m3（含充填系數(shù)）；

每礦車按：1.7 m3計(jì)算，共需礦車數(shù)量：88700輛；

副井提車每鉤按4車計(jì)算，共需提升鉤數(shù)：88700÷4＝22175鉤；

5.3 年效益分析

按照每年巖巷進(jìn)尺5000m，斷面17m2計(jì)算，年矸石量為：5000×17×2.5×10-4=21.2萬(wàn) t。需要施工矸石充填巷道長(zhǎng) 度 為 ：（5000×17×1.6）/（22.5×0.9）=6716m，出 煤 量 為 ：6716×22.5×1.36=20.5萬(wàn)噸。故年效益為：20.5×500+21.2×18-6716×4500×10-4=7609萬(wàn)元。

6 結(jié)論

1）提出把矸石充填在煤巷（位于村莊煤柱下或邊角煤），進(jìn)行井下處理的思路，成功研究與應(yīng)用了在煤巷中進(jìn)行矸石充填的技術(shù)和工藝，矸石充填技術(shù)具有投資小、周期短、能力大、效果好、易于掌握、效益顯著的優(yōu)點(diǎn)；

2）成功研制并完善了集多功能于一體的矸石充填機(jī)，為煤礦井下矸石充填技術(shù)提供了保障。其完全可以勝任矸石充填的一系列工序，并保證充填效果。既能使建筑物下儲(chǔ)煤或礦區(qū)邊角煤得以合理開(kāi)采又能解決井上排矸帶來(lái)的一系列問(wèn)題；

3）濟(jì)三煤礦井下矸石處理，采用井下煤巷充填矸石的方式，以矸石置換煤炭，實(shí)現(xiàn)了矸石不上井的綠色開(kāi)采方式，凈化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，大幅降低成本。矸石不升井，減少地面矸石占地，防止在地面堆積造成環(huán)境污染,保護(hù)自然環(huán)境。為建筑物下采煤開(kāi)拓出一種新的開(kāi)采方式，為濟(jì)寧礦區(qū)實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色開(kāi)采提供了借鑒，具有較大的推廣價(jià)值。