煤矸石井下巷道充填開采可行性分析

趙飛

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)首陽煤業(yè)有限公司山西晉城048400）

0 引言

近年來，有關(guān)煤矸石處置產(chǎn)生的環(huán)保問題日益凸顯，煤矸石主要來源于井下巖巷施工、陷落柱、夾矸、地面原煤洗選等[1-2]。地面排矸場(chǎng)處理煤矸石具有運(yùn)輸不暢、車輛不足、矸石山管理不善易導(dǎo)致停工等缺點(diǎn)，加之排矸場(chǎng)使用周期不長、選址及占地手續(xù)繁瑣，治理成本較高。故國內(nèi)外工程師和學(xué)者開始關(guān)注矸石充填開采技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展[3-4]。

1 工程概況

根據(jù)山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)首陽煤業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)情況，選取巷道充填矸石地點(diǎn)位于二采區(qū)(北翼)西邊界。該區(qū)域（約350 m×600 m）受8#陷落柱、羊頭山地面附屬建筑、玄青湖等因素影響不利回采，難以布置正規(guī)回采工作面回收資源，可作為巷道充填矸石點(diǎn)。充填區(qū)開采15#煤層，巷道埋深103 m～226 m，煤體單軸抗壓強(qiáng)度20 MPa，平均厚度4.3 m，煤層賦存穩(wěn)定，自燃等級(jí)為Ⅱ級(jí)，礦井水文地質(zhì)條件類型中等，屬低瓦斯礦井，煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

對(duì)諧振式陀螺光學(xué)腔靈敏度的研究分析,通過優(yōu)化DQ乘積的方式提升陀螺靈敏度,采用標(biāo)準(zhǔn)MEMS工藝,設(shè)計(jì)制作了直徑8 mm、Q值2.4×106大尺寸楔形諧振腔,可實(shí)現(xiàn)陀螺極限極限靈敏度達(dá)到55 °/h,滿足商業(yè)級(jí)應(yīng)用的需求,為芯片級(jí)、集成化的新型諧振式微光學(xué)陀螺的研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2 巷道充填開采設(shè)計(jì)方案

2.1 巷道布置及施工順序

煤矸石井下巷道充填開采需先井下巷道的布置和施工，給煤矸石的充填提供運(yùn)輸和作業(yè)空間，合理的巷道布置，可優(yōu)化煤矸石充填工藝。結(jié)合15#煤層實(shí)際情況，充填巷采用綜掘機(jī)掘進(jìn)，開口及局部過巖巷段采用炮掘工藝或松動(dòng)爆破法，充填巷斷面為矩形，規(guī)格5 m×4 m，凈斷面積20 m2。巷道支護(hù)方式為“錨噴網(wǎng)梁+錨索”，掘進(jìn)出煤采用（B=800）帶式輸送機(jī)。首陽煤業(yè)二采區(qū)煤矸石充填先期巷道布置及施工順序見圖1。

圖1 充填開采掘進(jìn)巷道布置示意圖

巷道掘進(jìn)順序如下

電影開始了，但大多數(shù)小孩子仍然安靜不下來，一會(huì)兒在幕前看“正電影”，一會(huì)兒又跑到幕后看“反電影”，有時(shí)竟跑到銀幕底下跳起來用手拍打銀幕上的人物……直到被大人呵斥或被放映員用喇叭筒警告多次后，我們才開始靜下來，找一個(gè)地方——或在幕前，或在幕后——隨地坐下，一邊看著電影，一邊從口袋里掏出一把黃豆或花生，放進(jìn)嘴里嘎嘣嘎嘣地咬。

（1）在現(xiàn)有15201探巷打設(shè)密閉，同時(shí)在距二采區(qū)輔助運(yùn)輸巷口95.52 m的位置開口，平行于二采區(qū)膠帶巷施工316.76 m（幫至幫），隨后平行15104回風(fēng)順槽掘進(jìn)輔助運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷，與二采區(qū)輔助運(yùn)輸巷貫通。全部施工完畢后，在15201探巷回風(fēng)繞道前施工雙向風(fēng)門，預(yù)留設(shè)風(fēng)筒敷設(shè)至皮帶運(yùn)輸位置，使掘進(jìn)充填巷道實(shí)現(xiàn)獨(dú)立通風(fēng)，滿足運(yùn)輸及安全需求。

首陽煤業(yè)二采區(qū)煤矸石井下充填開采項(xiàng)目，具有一定的創(chuàng)新性，存在諸多技術(shù)難題需要解決，初步估算，需要投入科技研發(fā)費(fèi)用約50萬元。本工程施工巷道工程量為7 388.69 m，均按煤巷進(jìn)行計(jì)算，預(yù)計(jì)可回收原煤218 705.2噸，按照70%精煤率、370元/噸綜合售價(jià)(去除稅收及其他費(fèi)用)計(jì)算，預(yù)計(jì)可實(shí)收5 664.47萬元；預(yù)計(jì)可充填矸石16.4萬噸(綜合原巖、煤矸容重考慮)，處理成本按照30元/噸（包含充填巷道掘進(jìn)、支護(hù)費(fèi)13元/噸、設(shè)備費(fèi)11元/噸、運(yùn)輸費(fèi)4元/噸、其他費(fèi)用2元/噸），可節(jié)省矸石處理費(fèi)用492萬元。掘進(jìn)與充填工程在回收煤炭資源的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生施工費(fèi)用，暫以一期工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，預(yù)計(jì)產(chǎn)生巷道工程費(fèi)3315萬元，充填工程費(fèi)579.14萬元(含電費(fèi)、運(yùn)輸及人員費(fèi)等)；綜合以上計(jì)算，預(yù)計(jì)可產(chǎn)生收益1 770.33萬元。

（3）待15104工作面回采完畢后，為滿足15201工作面布置需求，在距15201探巷西側(cè)20 m自二采區(qū)輔助運(yùn)輸巷由南向北施工一條巷道，取代原南北向巷道的進(jìn)風(fēng)、煤矸運(yùn)輸功能，并將充填輔助巷西巷與原15104回風(fēng)順槽貫通形成獨(dú)立回風(fēng)系統(tǒng)。

2.2 矸石充填工藝

首陽煤業(yè)煤矸石充填系統(tǒng)為循環(huán)式充填，即在皮帶巷（矸石皮帶巷位置）先掘出充填輔助巷，構(gòu)成全風(fēng)壓系統(tǒng)，隨后邊充填邊掘進(jìn)下一條巷道。矸石充填計(jì)劃采用CTS37.5/83型矸石充填輸送機(jī)（拋矸機(jī)）一部，拋射部分（電滾筒）功率11 kW，行走部功率7.5 kW，液壓泵站功率2×45 kW總功率108.5 kW，電壓1 140 V。充填具體流程如下：①號(hào)巷道作為矸石充填巷，矸石從二采區(qū)輔助運(yùn)輸巷經(jīng)皮帶運(yùn)輸；②號(hào)巷道作為掘進(jìn)工作面進(jìn)行平行作業(yè)。以此類推，從北向南逐漸施工充填巷，若施工進(jìn)度超前充填量時(shí)，應(yīng)暫時(shí)予以密閉。煤矸石充填、掘進(jìn)充填巷時(shí)運(yùn)煤（矸）系統(tǒng)靠右側(cè)布置，左側(cè)則滿足運(yùn)送矸石過無軌膠輪車的需求?？紤]煤厚和對(duì)地面的影響等因素，充填矸石巷道間距暫定為20 m。在充填矸石后必須對(duì)地表變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)置換開采后地表的變形特點(diǎn)，對(duì)后續(xù)工程充填矸石巷道間距可適當(dāng)調(diào)整。

圖2 煤矸石充填原理示意圖

巷道矸石充填可利用皮帶機(jī)、拋矸機(jī)等實(shí)現(xiàn)機(jī)械化快速充填。填矸巷皮帶機(jī)頭驅(qū)動(dòng)裝置布置在巷道外頭，皮帶機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，機(jī)尾卸載，將矸石卸載到拋矸機(jī)尾部，經(jīng)拋矸機(jī)拋矸將矸石填充到填矸巷內(nèi)。拋矸機(jī)填滿一段巷道后，要向后移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)，先將填矸巷皮帶機(jī)尾部縮短一定距離，隨即向后移動(dòng)拋矸機(jī)，拋矸機(jī)后移到一個(gè)新位置后繼續(xù)拋矸充填巷道，這樣逐步完成一個(gè)充填循環(huán)，達(dá)到充填巷道之目的。煤矸石充填原理如圖2所示。

根據(jù)首陽煤業(yè)最大排矸量需求，按照每年原巖量約12萬噸（4.8萬m3，取原巖密度2.5 t/m3）計(jì)算，即松散體積需要7.2萬m3（巖石膨脹系數(shù)取1.5）。充填巷間保安煤柱為20 m，可布置填矸巷20條，總長5 920 m（平均每條長296 m），加之輔助巷道，預(yù)計(jì)實(shí)際長度為7 300 m（20條矸石充填巷、充填完畢后產(chǎn)生的廢巷，去除非充填區(qū)域），可充填空間為14.7萬m3，實(shí)際可充填9.85萬m3（考慮通風(fēng)斷面，沉降后充填系數(shù)0.67），則在充填范圍內(nèi)可充填約1.4年。根據(jù)充填工藝和設(shè)備能力計(jì)算，主要取決于無軌膠輪車運(yùn)矸石能力，擬采用WC8E無軌膠輪車4輛，按照井下每車每30 min運(yùn)送1次，地面每車每1 h運(yùn)送1次，每日工作時(shí)長20 h，矸石充填系統(tǒng)日處理能力為560 t～1 120 t（取每車最大安全裝載7 t）。必要時(shí)，可臨時(shí)增設(shè)運(yùn)輸車輛，以滿足排矸需求。矸石充填工程有關(guān)參數(shù)見表2。

煤矸石巷道充填開采既提高了礦井產(chǎn)量又避免了資源浪費(fèi)，由于矸石充填方案的設(shè)計(jì)，矸石在井下運(yùn)轉(zhuǎn)，不升坑或部分升坑，減少了矸石山占地、操作人員和機(jī)械設(shè)備。在當(dāng)前國家對(duì)節(jié)能減排提出更高要求的情況下，具有良好的社會(huì)效益。

2.3 矸石充填工程參數(shù)

兔抗人Glut-1多克隆抗體、鼠抗人HIF-1α單抗、兔抗人p-Akt多克隆抗體及兔抗人PI3K-p85亞單位多克隆抗體(均由上海賽默飛世爾公司生產(chǎn))。

表2 矸石充填工程有關(guān)參數(shù)一覽表

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

（2）自20號(hào)充填巷向北掘進(jìn)輔助充填巷Ⅰ-Ⅲ段，施工長度分別為500 m、296.76 m、500 m，施工完畢后在20號(hào)充填巷兩端施工臨時(shí)密閉。臨時(shí)密閉施工完成后，即可開掘進(jìn)1號(hào)充填巷道，完畢后在東側(cè)施工調(diào)節(jié)風(fēng)門。待2號(hào)充填巷道開掘時(shí)，可對(duì)1號(hào)充填巷實(shí)施填矸工序，實(shí)現(xiàn)邊掘進(jìn)邊充填矸石。

3.2 社會(huì)效益

為充分利用地下空間、提高煤炭采出率，在第一期充填巷施工完成后，可在充填巷間煤柱中心線再掘進(jìn)一條充填巷道，作為第二期充填巷，待第二期充填巷施工完成后，充填巷道間距變?yōu)?.5 m。但對(duì)于第二期充填巷施工期間的圍巖穩(wěn)定性、矸石充填體的變形受力情況，以及地表的沉降變形、導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度等問題，需要做專項(xiàng)研究。若條件不滿足，可通過縮小第二期充填巷斷面積，或加強(qiáng)第一期充填巷支護(hù)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

（1）對(duì)山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)首陽煤業(yè)二采區(qū)煤矸石井下充填方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括巷道布置及施工順序、矸石充填工藝和矸石充填工程參數(shù)。

從表 1 可以看出：第一主成分在 X1、X2、X6、X10與X11上具有較大的載荷，說明第一主成分在一定程度上代表著經(jīng)濟(jì)生活水平；第二主成分在X3、X4上具有較大的載荷，說明第二主成分在一定程度上代表著海洋漁業(yè)水平；第三主成分在X7、X8、X9上具有較大的載荷，說明第三主成分在一定程度上代表著居民收入水平。

（2）從經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兩方面對(duì)首陽煤業(yè)二采區(qū)煤矸石井下充填項(xiàng)目進(jìn)行了效益分析，以一期工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，預(yù)計(jì)可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)收益1 770.33萬元，同時(shí)具有良好的社會(huì)效益。

但左小龍實(shí)在不能完成裝盒和測(cè)試的工作了，他只能被勸回去休息。左小龍豎著中指，拖著高溫的軀體在街上低頭艱難步行。突然，他想去看看自己的大摩托車，在烈日下左小龍覺得還是有點(diǎn)冷，他得找些事情來分散注意力。他決定給自己的摩托車取一個(gè)名字。