矸石充填系統在濟三煤礦的應用

馬新亮，宋培卿

兗礦集團濟三煤礦，山東 濟寧 272169

0 引言

煤矸石是我國排放量最大的工業固體廢棄物，成為影響煤炭工業可持續發展的難題。目前，全國歷年累計堆放的煤矸石約45億t，占用土地約1.5萬公頃，而且堆積量每年還以1.5億t～2.0億t的速度增加。對人類的生態環境帶來很大的威脅與危害。為節約土地、保護環境、發展循環經濟、建設綠色礦山，濟三礦積極應用國家推廣的煤矸石復墾及回填礦井采空區技術，結合采場實際，按照縮短運距、就近充填，減少運輸環節，保證系統順暢的原則，在矸石量大的十八采區北區回風巷附近的三角形區域和北區輔助運輸巷以南附近的狹長區域共布置了24條充填巷道，巖石充填巷道達7715m，既滿足采區準備時間，又滿足生產期間的矸石處理，體現了充填與施工同時進行，互不影響的最大優點。

1 充填技術原理

首先利用房柱式開采方法將采區的煤炭采出，然后利用矸石充填系統對采空區進行充填。

2 設備及配套

矸石充填機的結構、工作原理及技術參數：

1）矸石充填機的結構

矸石填充機由行走部、底架總成、調平機構，調偏架、卸載滾筒組、回轉工作臺、拋射皮帶、液壓系統、電控系統等部分組成（見圖1）。

2）矸石充填機工作原理

矸石填充機以800帶寬皮帶機為運輸工具。SSJ-800皮帶機反向運轉，機頭位于巷道口，作為受料端；機尾位于巷道內，作為卸料端。填充機的卸載滾筒組代替SSJ-800皮帶機的機尾，與SSJ-800皮帶機的標準H架采用間隙銜接。SSJ-800皮帶機將矸石運到的填充機上料輸送部，上料輸送部再將其卸到拋射皮帶上，拋填到巷道。拋射皮帶可在巷道寬度范圍內上下左右擺動，能將整個巷道在寬度范圍內填滿矸石。當前面填滿后，充填機向后退移一個步距（約500mm）。

3）主要技術參數

外形尺寸：長×寬×高（最小尺寸） 14000mm×2790mm×2250mm；

重量：≈22t；

供電電壓：660/1140V；

拋射皮帶技術特性：

電動滾筒直徑φ500mm，皮帶寬度800mm，帶速3.15m/s，輸送量250t/h；

高度調整范圍：2.8m～5.5m；

寬度調整范圍：2.5m～5.5m。

3 試驗應用情況

試驗巷道的基本情況：

1）巷道斷面及支護方式

十八采一號充填面為矩形斷面，錨網支護。巷道頂板采用￠22×2200mm錨桿，角度垂直頂板（兩肩窩角度為75度），間距900mm；兩幫選用￠20×1800mm錨桿，間距800mm，除頂角錨桿外，其余垂直煤幫布置。錨桿均采用加長錨固，每根錨桿用2支MSCK2350樹脂錨固劑，排距900mm，頂部按2000×2700的間排距布置雙排錨索加強支護，錨索規格：￠18×6200mm。巷道長約375m、寬5.0m、高3.5m～5.8m。巖性為全煤，頂板為中砂巖，穩定無淋水，巷道底板無積水。

2）設備布置及運輸方式

濟三煤礦十八采矸石充填系統示意圖

掘進巷道即十八回風巷迎頭安設一部PB-60型耙裝機，耙裝機后跟一部SSJ-800型皮帶輸送機，機頭搭接在十八采矸石倉上口。十八采矸石倉下口經兩部800帶寬皮帶機與十八采1號矸石充填巷聯接。十八采一號充填巷內安設一部SSJ-800型可伸縮式皮帶輸送機，十八采一號充填巷迎頭安設一部矸石充填機，用SSJ-800型可伸縮式皮帶向充填迎頭輸送矸石。矸石運輸路線：十八回風巷迎頭→耙裝機→SSJ-800皮帶輸送機→十八采矸石倉→兩部800皮帶機→十八采一號充填巷SSJ-800皮帶輸送機→十八采一號充填巷矸石充填機。

3）系統試驗應用情況

該充填系統于先期在十八采1#矸石充填面投入使用，累計試驗340個工作日，充填總進尺1290m。平均月進120m，最高達460m/月。

同時，發揮充填優勢，將井下作業現場不可回收上井的軟硬垃圾回填到矸石充填巷。

4 防止地面沉降的一些技術措施

1）使用錨桿、錨網錨索聯合支護的充填巷道，錨桿、錨網、錨索支護是一種永久投入，不再回收，永久起作用的支護方式。矸石充填入工作面后，即使充填率達不到要求，巷道有效支護可以維護數十年以上；

2）設置保護煤柱。每兩條巷道之間預留5m厚的保護煤柱，保護煤柱不但能支撐頂板，還能起到容器壁的作用，固定了矸石的體積，使其受壓時不發生大的變化；

3）設置水泥矸石支撐墻。根據充填工作面現場地質情況變化，每隔一段距離，可用水泥拌矸石沙子充填巷道，水泥凝結后強度增加，可對頂板加強支撐作用。

5 效益分析

5.1 出煤效益分析

按照充填巷道長度7715m，斷面22.5m2計算，出煤量為：7715×22.5×1.36=23.6 萬 t。

按照煤炭價格500元，巷道成本每米4500元計算，直接效益為：23.6×500-7715×4500×10-4=8328萬元。

5.2 排矸效益分析

目前矸石進入煤流排矸費用（井下約5元/t，地面約13元/t）約18元/t。十八采區矸石量為：5743×17×2.5=24.4萬t。排矸費用為： 24.4×18=439萬元。故此項目直接效益為：8328+439=8767萬元。

礦車排矸：

矸石總量：8870×17＝150790m3（含充填系數）；

每礦車按：1.7 m3計算，共需礦車數量：88700輛；

副井提車每鉤按4車計算，共需提升鉤數：88700÷4＝22175鉤；

5.3 年效益分析

按照每年巖巷進尺5000m，斷面17m2計算，年矸石量為：5000×17×2.5×10-4=21.2萬 t。需要施工矸石充填巷道長 度 為 ：（5000×17×1.6）/（22.5×0.9）=6716m，出 煤 量 為 ：6716×22.5×1.36=20.5萬噸。故年效益為：20.5×500+21.2×18-6716×4500×10-4=7609萬元。

6 結論

1）提出把矸石充填在煤巷（位于村莊煤柱下或邊角煤），進行井下處理的思路，成功研究與應用了在煤巷中進行矸石充填的技術和工藝，矸石充填技術具有投資小、周期短、能力大、效果好、易于掌握、效益顯著的優點；

2）成功研制并完善了集多功能于一體的矸石充填機，為煤礦井下矸石充填技術提供了保障。其完全可以勝任矸石充填的一系列工序，并保證充填效果。既能使建筑物下儲煤或礦區邊角煤得以合理開采又能解決井上排矸帶來的一系列問題；

3）濟三煤礦井下矸石處理，采用井下煤巷充填矸石的方式，以矸石置換煤炭，實現了矸石不上井的綠色開采方式，凈化現場作業環境，大幅降低成本。矸石不升井，減少地面矸石占地，防止在地面堆積造成環境污染,保護自然環境。為建筑物下采煤開拓出一種新的開采方式，為濟寧礦區實現礦區資源與環境協調發展的綠色開采提供了借鑒，具有較大的推廣價值。