煤礦開采矸石充填技術與應用

羅廷義

【摘 要】隨著煤礦開采年限延長，儲量逐年減少，相應的環境問題凸顯：地面塌陷、地裂縫以及由此引發居民房屋破壞，由于地裂縫導通采空區，建筑物破壞、矸石堆積占地，地下水水位下降等。因此減少煤炭開采對生態環境的破壞，實現綠色開采顯得日益重要。本文對彝良縣文家溝煤礦矸石充填方案進行了分析，確定了矸石充填的工藝流程，并對矸石充填的關鍵步驟以及輸送機設備性能進行了詳細闡述。彝良縣文家溝煤礦利用井下矸石做為充填體，力圖解決保護生態環境及可持續發展的需要，矸石不升井，防止在地面堆積造成環境污染，改善井下矸石提升造成的礦井輔助運輸緊張，形成了彝良縣文家溝煤礦充填開采新模式，取得了良好成效，對本縣區其他礦井實現綠色開采具有借鑒意義。

【關鍵詞】矸石充填;充填設備;工藝流程

緒 論

煤矸石是煤礦排放量最大的工業固體廢棄物，隨著煤炭需求量逐年增加，煤矸石排放量也在不斷增長，已經成為影響煤炭工業可持續發展的一大難題。文家溝煤礦工業廣場選址受河流和大山的制約，無法滿足儲煤和堆矸石，目前的煤礦生產條件， 煤炭開采過程中的矸石排放量大約為原煤的10%～20%;每年累計堆放的煤矸石約4萬噸以上，占用大量土地。積極發展煤矸石綜合利用處理，是節約土地、保護環境、發展礦區循環經濟、建設綠色礦山的重大舉措。積極推廣煤矸石復墾及回填礦井采空區技術，走礦產資源開發利用與生態環境協調發展的綠色礦業之路，率先實現“低開采、高利用、低廢棄”集約化經營的行業可持續發展目標，建設綠色煤炭工業體系。本文就煤礦如何實現綠色開采以及矸石充填設備在綠色開采技術中的應用進行分析，并提出建議。

1、礦區概況

文家溝煤礦位于彝良縣城北東59°方向，直距約56km處，行政區劃屬彝良縣牛街鎮。礦區位于廟壩向斜南翼東段，礦區為二疊系上統宣威組煤系地層（P2x），走向北東，傾向北西的單斜構造，傾角40～59°。礦井范圍內構造比較簡單，沒有發現地層褶曲構造情況，以及較大落差的斷層。受向斜的影響，節理裂隙發育。采煤方法為走向長壁分段密集支柱采煤法后退式開采，普通機械化開采工藝，矸石充填法處理采空區。

2、開采技術體系

從廣義資源的角度講，在礦區范圍內的煤炭、地下水、瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床，都應該是經營這個礦區的開發對象而加以利用。

煤礦綠色開采以及相應的開采技術，在基本概念上是從廣義資源的角度上來認識和對待煤、矸石、水等一切可以利用的各種資源?；境霭l點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響，目標是取得最佳的經濟效益和社會效益。針對煤礦中地表塌陷、地下水位下降、矸石排放，綠色開采技術主要包括以下內容：

1）水資源保護-形成“保水開采”技術;

2）地表與建筑物保護-形成充填與條帶開采技術;

3）減少矸石排放—綜合利用技術

總之，綠色開采的內涵是減少采煤對環境的破壞，形成一種使資源與環境相互協調的開采技術。首先要改革開采技術，減輕對水土的破壞和地表的擾動，減少廢棄物排放，實現循環經濟。其中，通過礦山廢棄物的資源化利用矸石回填，實現巖層控制，減少對水土破壞和地表擾動，達到保護地面建筑物的目的，實現開采技術改革。

3、文家溝煤礦井下矸石充填的必要性

（1）井下矸石充填減少地面矸石占地，保護自然環境，具有良好的社會效益。

目前文家溝煤礦每年巖巷總進尺在1000 m左右，半煤巖巷在1500 m左右，半煤巖多就近進入煤流系統，巖巷掘進矸石4萬t/a。目前文家溝煤礦地面矸石山位于礦井工廣西南部，存在許多問題：矸石裝車地點分散，排矸汽車需穿越礦井工廣，矸石大量灑落，嚴重影響該礦衛生環境;征地手續辦理困難;安全管理薄弱;矸石山已經高達25.5 m，且無擴展余地，汽車爬坡運輸已達極限狀態，影響礦井安全生產。

（2）井下矸石充填減少井下矸石運輸提升量，緩解了礦井輔助運輸緊張狀況。

文家溝煤礦目前以無軌膠輪車運輸為主、軌道運輸、皮帶排矸為輔的輔助運輸形式。無軌膠輪車運輸形式在開采初期距離井底車場較近的一采區、四采區發揮了較好的作用：運輸連續、機動靈活、方便快捷，對采掘工作面的液壓支架及大型設備的搬遷運輸效率高，人員占用少，基本實現了井下的連續、快速、高效的運輸。但是隨著開采范圍的擴大，運距加大，巖石巷道的增加，矸石量增大，以及大量的支護材料和人員運輸等問題，無軌膠輪運輸方式越來越難以滿足礦井大量的、長距離的輔助運輸需要。

所以采取井下矸石充填，可有效解決采區的就近井下矸石處理，緩解礦井輔助運輸壓力。

（3）井下矸石充填，減少排矸量，降低噸煤成本，提高了礦井經濟效益。

目前文家溝煤礦地面排矸方式采用汽車運輸，排矸成本較高，每年的排矸費用約為500多萬元。采區矸石井下充填處理，可大量減少矸石上井，減少井上、井下矸石運輸費用，提高礦井的經濟效益。通過矸石充填可以實現煤矸石不升井，減少運輸費用，減少地面占地和環境污染;煤矸石充填采空區實現以矸換煤，可以減少地表下沉，使對土地和建筑物的破壞降到最低，減少賠償費用;煤矸石充填采空區，減少對頂底板破壞，從而減少頂底板水的涌出，降低回采工作面水患威脅、提高回采效率、提高煤質和降低排水費用;煤矸石充填采空區，將采空區底板覆蓋上密實的充填體，減少瓦斯涌出，保證回采快速、安全;煤矸石充填采空區，將靠近留巷段的采空區充實，可以保證充填留巷效果，降低留巷費用。從而實現無煤柱開采，提高煤炭資源回收率，減少巷道掘進量，緩解采掘接續緊張;更有利于分儲分運效能的發揮，有利于單軌吊系統的運行和徹底消滅井下地軌;成熟、高效的充填技術可為受水害威脅的后組煤開采打下堅實的基礎。

4、矸石充填工藝流程及設備應用

為了降低充填成本，充分利用廉價、性能優良的充填材料煤矸石，文家溝煤礦率先通過對礦井原有開采設備改造，形成了一套獨立完整的原生矸石充填系統。該系統充填為機械輸送方式，一般采用皮帶機、刮板機運輸矸石，利用拋矸皮帶將矸石拋擲于采空區，拋矸皮帶對矸石的加速度成噴射狀進入采空區，提高了充填密實度，減緩了采空區的下沉速度和下沉量。

4.1.工藝流程

矸石礦車翻車機矸石倉倉底給矸機膠帶輸送機刮板輸送機回采工作面倒開刮板輸送機拋矸皮帶采空區

即：矸石由礦車運至矸石倉口翻車機翻入矸石倉，通過倉底給矸機裝入膠帶輸送機運輸，經轉載刮板輸送機運至工作面，經過工作面倒開刮板輸送機溜尾卸載至拋矸皮帶，高速運行的拋矸皮帶對矸石加速度后拋入采空區進行充填。矸石不做任何加工處理，塊度控制在Φ300mm之內就可實現原生矸石充填。

4.2.設備應用

設備的總體結構：

可伸縮帶式輸機的機頭布置在充填巷道外端，為受料端。充填部布置在充填巷道內端，為卸料拋填端。矸石由矸石倉給料機裝載到皮帶機機頭受料處，再由輸送機運至機尾卸載滾筒處，將矸石卸載到布置在充填部前端的拋射皮帶上，由拋射皮帶將矸石拋射到充填巷道。當巷道內端迎頭填滿后，充填部向后退移一個步距（500mm）。輸送機的儲帶與自動張緊裝置能將松弛的膠帶自動張緊，使矸石充填設備繼續工作。

5、結語

總之，煤礦井下矸石充填，符合礦井發展循環經濟，保護生態環境及可持續發展的需要，對于維持礦井正常生產、緩解井下輔助運輸壓力，提高經濟和社會效益都是十分必要的。

參考文獻：

[1]老于：《煤礦采空區充填技術》，肥城礦業集團培訓中心，2011年第1期

[2]張和生，《采礦引起的地質災害及其對礦區生態環境的影響》

[3]曹輝、張佳琳：《煤礦采空區充填工藝及進展》中國礦大力學與建筑工程學院。

（作者單位：云南省昭通市彝良縣煤炭工業局）