煤炭充填開采技術(shù)在東曲煤礦中的設(shè)計(jì)探究

高文晉

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 古交 030200）

通過技術(shù)創(chuàng)新尋求一種綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的矸石處理方法，建立“地面洗選—井下回填”一體化協(xié)作系統(tǒng)，建立地面矸石破碎、集控、運(yùn)輸與井下采充作業(yè)一體化協(xié)作系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)矸石井下處理，減少固體廢棄物地面堆積對(duì)環(huán)境的污染破壞，改善礦區(qū)周邊生態(tài)與生活環(huán)境，創(chuàng)建地面不建矸石山、無矸石外排的生態(tài)開采示范礦井，為西山礦區(qū)類似條件礦井開采提供重要的前沿技術(shù)探索，開創(chuàng)西山礦區(qū)煤炭資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)和諧發(fā)展的新模式。

1 東曲煤礦充填開采概況

東曲煤礦作為西山煤電集團(tuán)公司所轄主力礦井之一，東曲礦每年產(chǎn)出矸石150萬t，包括初選大粒徑矸石30萬t，小粒徑洗矸120萬t。多年的矸石地面排放、堆積占用了大量土地，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了較大影響，需付出的環(huán)境治理費(fèi)用逐年遞增。當(dāng)前國家要求建設(shè)生態(tài)文明礦區(qū)的引導(dǎo)政策日漸明確，采用傳統(tǒng)的地面堆積處理矸石的方法難以持續(xù)，因此迫切需要通過技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)一種綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的矸石井下處理方法，建立地面矸石破碎、集控、運(yùn)輸與井下采充作業(yè)一體化協(xié)作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)矸石井下處理，減少固體廢棄物地面堆積對(duì)環(huán)境的污染破壞，改善礦區(qū)周邊生態(tài)與生活環(huán)境，創(chuàng)建地面不建矸石山、無矸石外排的生態(tài)開采示范礦井，為西山礦區(qū)類似條件礦井開采提供重要的前沿技術(shù)探索。

為此根據(jù)公司要求，充填開采項(xiàng)目作為兩級(jí)集團(tuán)公司的重點(diǎn)工程，根據(jù)礦井銜接規(guī)劃及目前礦井現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)情況，八采區(qū)為上山開采且矸石運(yùn)輸相對(duì)其他生產(chǎn)采區(qū)距離較近，因此把該采區(qū)作為矸石充填專設(shè)采區(qū)較合適。考慮6～8年長遠(yuǎn)規(guī)劃，將八采區(qū)作為矸石充填專設(shè)采區(qū)，擔(dān)負(fù)全礦矸石井下處置任務(wù)。

2 充填開采關(guān)鍵性技術(shù)

將地面洗煤廠矸石經(jīng)排矸斜井、高抽運(yùn)輸巷、矸石充填工作面軌道順槽運(yùn)至工作面，轉(zhuǎn)載至充填支架回填采空區(qū)。東曲礦充填目的是以處理矸石為主，結(jié)合礦實(shí)際條件，充填系統(tǒng)、技術(shù)、裝備只包括：地面矸石破碎運(yùn)輸系統(tǒng)、井下矸石皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、綜采充填工藝、留巷技術(shù)、充填液壓支架、充填刮板輸送機(jī)。

3 工作面充填系統(tǒng)簡(jiǎn)介

工作面充填工藝：割煤機(jī)采過一段距離后，開始充填工作，充填工藝流程具體工序如下：

矸石充填作業(yè)緊隨采煤作業(yè)進(jìn)行，通過綜采工作面充填設(shè)備，進(jìn)行采空區(qū)充填。矸石面的充填工作主要靠支架下方（靠近采空區(qū)側(cè)）刮板輸送機(jī)和推壓機(jī)共同完成矸石充密充實(shí)作業(yè)。東曲煤礦矸石主要來源于地面洗煤廠、開拓巷道所產(chǎn)生的矸石，通過返矸通道運(yùn)輸至充填工作面返矸皮帶。

（1）工作面每班按照正規(guī)循環(huán)割煤（循環(huán)進(jìn)尺0.8m），采煤機(jī)割過5架后推移支架一個(gè)步距，隨后檢查支架液壓系統(tǒng)及后運(yùn)輸機(jī)設(shè)備完整情況，準(zhǔn)備開始充填工作；（2）開機(jī)前首先啟動(dòng)工作面充填刮板輸送機(jī)，然后啟動(dòng)返矸皮帶機(jī)；（3）充填工作面充填作業(yè)由機(jī)頭向機(jī)尾方向依次充填，因?yàn)橐圆擅簷C(jī)采過5個(gè)支架為一個(gè)步距，所以打開充填刮板輸送機(jī)機(jī)尾第5個(gè)卸料孔為一個(gè)步距，先對(duì)5個(gè)支架采區(qū)區(qū)域進(jìn)行矸石充填。充填過程為：第一個(gè)卸料孔對(duì)應(yīng)采空區(qū)后方，充填物料與充填運(yùn)輸機(jī)齊平后關(guān)閉第一個(gè)卸料孔，依次類推重復(fù)上述過程，將采空區(qū)充實(shí)填滿；（4）最后關(guān)閉所有卸料孔，對(duì)機(jī)頭部分進(jìn)行充填，結(jié)束第一輪充填工作，開始第二輪充填工作。具體充填工序見圖1及工藝流程圖2、3所示。

圖1 充填作業(yè)工序

圖2 矸石第一充填階段傾向剖面圖

4 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析

4.1 實(shí)現(xiàn)充填投入資金

工程總造價(jià)：20634.61萬元。其中礦建：2915.83萬元，土建：1702.19萬元，設(shè)備：10768.28萬元，材料及安裝：2757.92萬元，其他費(fèi)用：925.56萬元，工程預(yù)備費(fèi)：1349.93萬元。

4.2 矸石充填系統(tǒng)運(yùn)行成本及經(jīng)濟(jì)效益

東曲煤礦設(shè)計(jì)成本估算，主要根據(jù)礦井實(shí)地調(diào)查資料并結(jié)合礦井充填設(shè)計(jì)的返矸，對(duì)礦井采掘開銜接、巷道布置特點(diǎn)及地面設(shè)施等各主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)所消耗的人工、材料、電力等，按煤規(guī)字（1996）第501號(hào)文頒《煤炭工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》中關(guān)于原煤成本估算的具體規(guī)定，估算正常年份原煤生產(chǎn)單位成本為32.66元／t，矸石充填總成本40.08元/t，經(jīng)營成本17.89元/t，具體詳見表1。

圖3 矸石第二充填階段傾向剖面圖

表1 單位成本估算

正常年份，矸石產(chǎn)生量按150萬t計(jì)算，原排矸系統(tǒng)直接和間接產(chǎn)生成本為7819萬元，原矸石排放產(chǎn)生單位成本為46.24元/t，矸石系統(tǒng)改造后采用矸石充填直接和間接產(chǎn)生成本為6013萬元，每年可減少成本支出1905萬元。

5 結(jié)論

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目建設(shè)條件優(yōu)越，技術(shù)上合理可行，同時(shí)項(xiàng)目能有效地降低成本，進(jìn)而提高了企業(yè)的盈利能力，在財(cái)務(wù)上可以接受，在經(jīng)濟(jì)上也合理可行。

5.2 社會(huì)效益

通過技術(shù)創(chuàng)新建立綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的矸石井下處理系統(tǒng)，將為東曲礦帶來以下社會(huì)效益：

（1）礦井實(shí)現(xiàn)洗矸、選矸井下處理，保障礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，改善礦區(qū)周邊生態(tài)與生存環(huán)境。煤炭生產(chǎn)中伴隨著大量的矸石排放，排放的矸石對(duì)地面生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，主要表現(xiàn)為占用土地資源、污染生態(tài)環(huán)境、危害土地資源。當(dāng)前環(huán)保政策趨嚴(yán)，該項(xiàng)技術(shù)的成功實(shí)施，不僅可保障礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，還可解決矸石帶來的一系列危害，提高礦區(qū)生存與生活環(huán)境。

（2）為解決礦井矸石綠色處理和“三下”壓煤?jiǎn)栴}提供技術(shù)借鑒。提前布局矸石充填開采系統(tǒng)，不僅對(duì)東曲礦具有極大的現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)整個(gè)西山公司矸石綠色處理及將來“三下”開采提供借鑒，甚至為山西省各礦區(qū)存在同樣問題的礦山企業(yè)提供了一條新的技術(shù)途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。