矸石充填技術在邢臺礦區的實踐

摘 要:充填開采是實現煤礦綠色開采的關鍵技術之一。邢臺礦區積極探索、實踐煤矸石井下充填開采工藝，既為煤矸石找到了出路，減少地面沉陷，又釋放了大量建筑物下煤炭資源，使礦區實現了可持續發展。

關鍵詞:邢臺礦區 煤矸石 充填開采

中圖分類號:TD1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0090-02

Practices on mining technology with backfill of coal rejects in Xingtai Mining Area

ZHANG Zi-ping，SUN Sai，ZHANG Zhi-guo，LI Yuan-gang，SHEN Si

(Sino Coal Handan Design and Engineering Corporation Limited，Handan 056031，China)

Abstract:Backfilling mining is one of the key technologies of green mining. Carried out positive exploration and practice in Xingtai mining area coal gangue underground filling mining technology ，not only found a new way for using coal gangue， reducing the ground subsidence， but also released large amounts of coal resources under the buildings. It wasto achieve the sustainable development of mining area.

Key Woeds:Xingtai Mining Area; coal rejects; mining with backfill

1 邢臺礦區簡介

邢臺礦區位于河北省南部的邢臺市、沙河市、內邱縣境內，地處太行山與華北平原交界處，屬于低山、丘陵、盆地與平原的過渡地帶；以平原為主。

邢臺礦區自20世紀70年代大規模開發以來，現已發展成為我國主焦煤生產基地。礦區內村鎮密集而且人口眾多，建筑物下壓煤嚴重。邢臺礦區的開發主體是冀中能源集團冀中股份有限公司。

2 邢臺礦區矸石產生及綜合利用情況

2.1 礦區矸石產生情況

煤矸石是煤炭開采、洗選加工過程中產生的固體廢物。洗選矸石具有一定的熱值，能夠實現再利用；井下掘進矸石多仍采用由井下運輸提升至地面，再向指定區域排放，形成煤炭企業特有的矸石山或矸石堆場。其中矸石山占用大量土地資源，易發生自燃，矸石中含有的硫、磷、碳等幾十種化學成分對大氣、水源、土壤造成不同程度的污染。

邢臺礦區現有5座矸石山，煤矸石堆存量約為2300萬t，占地面積約35hm2；邢臺礦區規劃原煤生產能力1600萬t/a，屆時煤矸石每年產生量將超過250萬t。

2.2 礦區矸石綜合利用情況

跟據河北省國資委要求，從“十二五”起，不再增加地面煤矸石存儲量，到“十二五”末，全省國有煤炭企業將全面消化舊矸石山。這就要求邢臺礦區開拓矸石的綜合利用途徑和方法，實現矸石零排放，并逐步消除原有矸石山。

冀中能源集團冀中股份有限公司于2011年3月份在國內煤炭行業率先提出:從2011年起建設國內首個無矸石山的綠色礦區，用五年時間，消滅邢臺礦區全部5座矸石山。其矸石綜合利用途徑主要包括:

利用矸石充填技術實現井下矸石不再升井，通過矸石對采空區的煤巷進行支撐，有效防止地表沉陷，最大限度地開采煤炭資源。

運用循環發展技術，以矸石為原材料建成以“煤-電-建材”為核心的循環經濟產業鏈，實現污染物的減量化、資源化、再利用。

其中利用充填采煤技術處置矸石，即可減少煤矸石的排放，又可減輕開采沉陷的危害，提高礦井資源回收率，是實現綠色開采的理想途徑和關鍵技術之一。因此，矸石充填開采是解決煤礦環境問題的理想途徑。

3 矸石充填開采工藝的應用實踐

3.1 邢東礦矸石回填巷道工藝實踐

邢東礦地處邢臺市區三環以內，地面村莊密集，密度達1.0個/km3，建筑物下壓煤6000多萬噸，占礦井總儲量的82%。井田范圍內耕地均為基本農田，城市環保要求不能在地面建設矸石山。

建筑物壓煤多和地面無法建矸石山的現實，使邢東礦成功開創了一條井下矸石回填的發展之路——即在煤柱中布置矸石充填巷，首先對矸石充填巷掘進采煤，在永久煤柱中掘進500～600m的煤巷，然后進行矸石回填巷道，采用拋矸機對形成的巷道由內向外充填矸石，保證充填后的地表變形在地表建(構)筑物允許的范圍之內。

矸石回填巷道技術的主要機理為利用巖巷產生的矸石置換出永久煤柱的煤炭資源。合理布置掘進巷道，在巷道變形前完成巷道的充填是矸石回填成功的關鍵。掘進矸石裝車后通過軌道大巷，經運料車場進入充填工程上部車場的矸石倉上口，通過推車機、翻車機翻入矸石倉。經破碎機將矸石粒徑破碎至150mm以下，矸石倉下安裝給料機。矸石通過給料機裝載至可伸縮帶式輸送機的機頭的受料處，再由輸送機運至機尾卸載滾筒處，將矸石卸載到充填部前端的拋射皮帶上，由拋射皮帶將矸石充填至巷道。

矸石經輸送機完成回填后，再對巷道的矸石回填空隙采用注漿法加以密實回填，使巷道充填率提高。注漿原料為粒徑小于5mm的矸石粉末，通過注漿系統加壓注入矸石回填空隙。

整個回填過程全部在井下完成，煤炭采出率為50～60%，充填率平均為85%。經實際觀測，地面沒有明顯沉陷，地表設施穩定，地面建筑物完好無損，充填開采效果良好。

采用矸石充填技術，使邢東礦實現了矸石不升井、采煤不遷村，有效的避免地表沉陷和矸石地面堆放，還提高了煤炭資源回收率。7年來，邢東礦共計充填矸石30萬m3，置換出煤炭44.9萬噸，直接經濟效益2.8億元，另外環境效益非常可觀。

3.2 邢臺礦矸石固體充填開采工藝實踐

邢臺礦位于邢臺市西南部，礦井剩余儲量大多為邊角煤柱，開采越來越困難。井田內村莊等建、構筑物密集，占壓大量煤炭資源。邢臺礦現有一座矸石山，堆積量為380萬噸，占地面積為8hm2。

自2008年開始，邢臺礦采用矸石(配比粉煤灰)充填至采空區，減少地表沉陷，回采煤炭資源。矸石通過皮帶直接輸送到地面充填站，電廠粉煤灰與矸石按照一定比例混合，通過螺旋給料機到大直徑充填鉆孔，利用自重投放到井下儲料倉，再通過皮帶輸送到工作面機尾，對采后空間進行充填，并由支架上的搗實機構給予夯搗密實，達到支撐頂板的目的。

充填材料選用矸石(粒徑50mm以下)與粉煤灰混合物(以適當比例混合)；充填系統采用豎管投料、皮帶和刮板輸送機運輸；充填工藝在支架后吊裝運矸裝置、配以搗實機構、確定合理步距與采煤工藝配套；增設頂板下沉觀測儀器，在地表和井下綜合觀測地表下沉控制狀況。

邢臺礦首采工作面于2009年5月完成充填開采，回采煤炭11.45萬噸，充填矸石粉煤灰12.6萬噸。根據邢臺礦地測科的觀測結果:大巷底板隨工作面推進下沉最大值為234mm，最大下沉速度約為14mm/d。礦用鐵路實測最大下沉值為95mm，公路實測最大下沉值為71mm，地面建構筑物所受的影響小于三下采煤規程的允許變形值。

第二個工作面于2009年12月投入試采。2010年3月，煤矸石井下充填開采單月產量達到5.1萬噸。截至2011年邢臺礦共充填矸石60多萬噸，相當于現有矸石山的1/6。

在“十二五”期間，邢臺礦將陸續回采第3、4個充填開采的工作面，共安排8個充填開采工作面，估計將有180萬噸矸石充填到井下。采用煤矸石井下充填開采，可以解放大量呆滯煤，使原來各類煤柱的開采成為可能。就邢臺礦而言，可增加煤炭可采儲量5000多萬噸，延長礦井服務年限20年，相當于再造一個邢臺礦。

3.3 東龐礦煤矸石膏體充填開采實踐

為盡快釋放“三下”壓煤，東龐礦正在調研工作面采后矸石膏體充填工藝。該技術將煤矸石、粉煤灰與水泥等材料按比例攪拌成漿，從地面通過鉆孔和管道輸送到井下待充填采場，快速凝固后有效支撐巖層。若煤矸石膏體充填開采技術在東龐礦實驗成功，將為邢臺礦區消滅地面矸石山、加快綠色礦山建設進程提供新的技術支持和實踐經驗。

4 結語

2012年底，冀中能源集團冀中股份有限公司所有礦井應用矸石回填巷道技術，今后不會再產生新的矸石山。同時應用采后矸石充填技術將原有地面矸石山搬回井下“老家”，實現了一邊采煤，一邊充填，地表下沉同比減少22%，使“三下”呆滯資源逐步得到解放，礦井持續發展能力得到極大增強。

邢臺礦區通過煤矸石井下充填開采，減少地面沉降，避免村莊搬遷；同時消滅矸石山，響應國家節能減排的政策，加快綠色礦山建設進程；解放大量“三下”煤炭資源，為企業長期穩定發展奠定基礎。

參考文獻

[1]錢鳴高，許家林，繆協興.煤礦綠色開采技術.中國礦業大學學報，2003，32(4):343～348.

[2]中煤邯鄲設計工程有限責任公司.冀中煤炭基地邢臺礦區總體規劃，2011，7.

[3]郭志杰，姚寶志.邢臺礦矸石與粉煤灰充填開采地表移動規律分析.礦山測量，2010，6(3):82～84.

[4]國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程.北京:煤炭工業出版社，2000.

[5]紀茂峰.井下巷道矸石充填設備的研制與應用.煤炭機電，2006(5):73～78.

[6]胡炳南，張文濤，高慶潮，劉鵬亮.矸石充填巷式開采永久煤柱實驗研究.煤炭科學技術，2006，11(11)46～51.

[7]劉廣利，劉丹.煤礦采空區膏體充填技術概述，科技論壇.

[8]劉志均.煤矸石似膏體充填開采技術研究.煤炭工程，2010(3):29～31.