薛立國

（西山煤電東曲煤礦，山西 太原 030200）

1 東曲煤礦矸石填充工程概況

東曲礦目前前期規(guī)劃充填采區(qū)為八采區(qū)的8號煤層，埋深約350m，煤層總厚度在1.52～5.04m之間，平均厚度4.94m，有1～2層夾矸，含矸率相對較高。直接頂為較堅硬的石灰?guī)r，厚度約為3m，基本頂和直接底硬度相對較低，分別為細粒砂巖（厚度6m）和砂質泥巖（厚度4m）。八采區(qū)煤層含矸率40%，年矸石產(chǎn)量約120萬t，大量的矸石地面堆積對礦區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了很大影響。基于目前山西省環(huán)保政策趨嚴，地面排矸受到嚴重限制，因此必須建立“地面洗選—井下回填”一體化協(xié)作系統(tǒng)，實現(xiàn)矸石井下處理，開創(chuàng)西山礦區(qū)煤炭資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護和諧發(fā)展的新模式。

2 矸石運輸系統(tǒng)方案

2.1 地面矸石運輸方案

東曲礦選煤廠的矸石有兩部分，一部分為主洗車間的水洗矸，一部分為準備車間的大塊矸石。目前主洗車間的水洗矸通過1201皮帶機運至水洗矸石倉，倉下為汽車運輸；準備車間的大塊矸石通過261皮帶機運至大塊矸石倉，倉下為汽車運輸。因此地面系統(tǒng)分為兩部分。

大塊矸石維持原有的運輸系統(tǒng)。將現(xiàn)有的1201皮帶機按現(xiàn)在的角度16°向前延伸47m，新建一個水洗倉Φ15×48m，地下5m，倉的容量約為7500t，倉下設有給料機。水洗矸通過管狀皮帶輸送機運至井口，與井下皮帶機搭接，皮帶機的參數(shù)與井下的皮帶機配套，其中管狀皮帶帶寬B=1350mm，管徑Φ350mm，運量Q=800t/h。由于沿路有多處穿過馬路，而且場地上有兩條排洪涵，因此皮帶分地上、地下兩部分，地下為鋼筋砼箱涵結構。

2.2 井下矸石運輸方案

新施工一排矸通道，與井下現(xiàn)有高抽運輸巷貫通，實現(xiàn)了地面矸石入井。其中排矸通道全長2029m，巷道凈寬3.2m（表土段116m，基巖段巖巷486m，煤巷1427m）；高抽運輸巷反向延伸192m，全部為巖巷。為實現(xiàn)井下開拓巷道的大塊矸石不升井，簡化排矸系統(tǒng)，減少排矸費用，可通過在井下施工一大塊矸石破碎轉載斜巷，長210m，巖巷。該方案實現(xiàn)矸石運輸?shù)匠涮罟ぷ髅婀残?部膠帶輸送機。

3 綜采充填工藝及關鍵裝備

矸石充填作業(yè)緊隨采煤作業(yè)進行。首先，啟動工作面的填充刮板輸送機和膠帶輸送機等運輸設備，進行采空區(qū)的填充作業(yè)。利用刮板輸送機和一些推壓機構來一起完成采空區(qū)的填充工作。其次，矸石由地面洗煤廠、井下運矸皮帶、順槽轉載皮帶運至工作面輸送機構，再通過輸送機上的卸料孔將填充材料加入到需要填充的采空區(qū)內。最后，通過推壓裝置將矸石材料推實、接頂。其作業(yè)時序如圖1所示。

圖1 礦井割煤及填充作業(yè)流程

當采煤機開采一定距離后緊接著開始進行矸石填充作業(yè)，其填充作業(yè)流程如下：

（1）各采煤班組依據(jù)規(guī)程循環(huán)采煤（進尺0.8m），每割煤五架后推移支架一個步距，同時檢查填充系統(tǒng)狀態(tài)是否完好后，進行矸石的填充作業(yè)。

（2）啟動填充刮板輸送機和運矸皮帶機，填充順序由輸送機機尾方向朝機頭方向依次填充。首先將填充刮板輸送機機尾的1～5個卸料孔打開，然后進行該段架后采空區(qū)的矸石填充作業(yè)。當?shù)谝粋€卸料孔對應的架后填充區(qū)域填充到規(guī)定的高度后，投料口將會關閉，并啟動推壓機構進行填充料的推壓作業(yè)。

（3）依次類推，當?shù)?～5個卸料孔對應的架后區(qū)域的矸石都填充、推壓完畢后，將會啟動下一次序的卸料孔，周而復始地重復以上作業(yè)直到所有采空區(qū)填充完成。

（4）最后一步待機尾填充完后關閉所有卸料孔，再進行機頭部分的填充作業(yè)，進而結束第一輪的填充作業(yè)，接著再重復上述工藝流程進行第二輪的填充作業(yè)。其填充主要工序如下圖2所示，工藝流程如下圖3、圖4 所示。

圖2 采空區(qū)矸石填充工序

圖3 矸石第一階段填充示意圖

圖4 矸石第二階段填充示意圖

4 項目運行成本分析

通過對東曲煤礦進行實地資料的調查及對開采填充工藝的分析，依據(jù)煤規(guī)字（1996）第501號文頒《煤炭工業(yè)建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》中有關原煤的成本估算，對原矸石系統(tǒng)和新設計的矸石填充開采系統(tǒng)進行了對比分析，經(jīng)估算原矸石系統(tǒng)正常年排矸所產(chǎn)生的單位成本約47.2元/t，新設計的矸石填充系統(tǒng)正常年排矸單位成本約為34元/t。

正常年矸石產(chǎn)生量按160t估算的話，原矸石系統(tǒng)直接和間接所產(chǎn)生的排矸費用約為7980萬元，新設計改造后的矸石填充系統(tǒng)每年直接和間接產(chǎn)生的排矸費用約為6040萬元，這樣的話每年可以節(jié)省1940萬元的開支。因此，從經(jīng)濟層面分析該項目符合技術設計要求，同時可以大大降低排矸成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時也為東曲礦及西山煤電集團公司帶來巨大的社會效益。

5 結束語

（1）煤炭在開采過程中，會伴隨著大量的固體廢棄物的排放，煤矸石的堆放不僅侵占了土地，還一定程度上造成環(huán)境污染，危害生態(tài)安全。煤炭填充開采技術的應用，有效解決了礦井煤矸石等固體廢棄物合理排放的技術難題，保障了礦井生產(chǎn)的正常運行，同時也極大改善了礦井周邊的生態(tài)環(huán)境。

（2）“地面洗選—井下回填”一體化協(xié)作系統(tǒng)的有效實施，為集團公司實現(xiàn)矸石綠色處理以及解決“三下”壓煤問題提供很好的借鑒技術，不僅提高了東曲煤礦的生產(chǎn)效率，而且為山西各礦區(qū)矸石的綠色處理提供了新的技術途徑，應用前景十分廣闊。