東曲煤礦矸石填充方案設(shè)計(jì)研究

薛立國(guó)

（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(hào)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(duì)較高。直接頂為較堅(jiān)硬的石灰?guī)r，厚度約為3m，基本頂和直接底硬度相對(duì)較低，分別為細(xì)粒砂巖（厚度6m）和砂質(zhì)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(duì)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(yán)，地面排矸受到嚴(yán)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(shí)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(hù)和諧發(fā)展的新模式。

2 矸石運(yùn)輸系統(tǒng)方案

2.1 地面矸石運(yùn)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(zhǔn)備車間的大塊矸石。目前主洗車間的水洗矸通過1201皮帶機(jī)運(yùn)至水洗矸石倉(cāng)，倉(cāng)下為汽車運(yùn)輸；準(zhǔn)備車間的大塊矸石通過261皮帶機(jī)運(yùn)至大塊矸石倉(cāng)，倉(cāng)下為汽車運(yùn)輸。因此地面系統(tǒng)分為兩部分。

大塊矸石維持原有的運(yùn)輸系統(tǒng)。將現(xiàn)有的1201皮帶機(jī)按現(xiàn)在的角度16°向前延伸47m，新建一個(gè)水洗倉(cāng)Φ15×48m，地下5m，倉(cāng)的容量約為7500t，倉(cāng)下設(shè)有給料機(jī)。水洗矸通過管狀皮帶輸送機(jī)運(yùn)至井口，與井下皮帶機(jī)搭接，皮帶機(jī)的參數(shù)與井下的皮帶機(jī)配套，其中管狀皮帶帶寬B=1350mm，管徑Φ350mm，運(yùn)量Q=800t/h。由于沿路有多處穿過馬路，而且場(chǎng)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(jié)構(gòu)。

2.2 井下矸石運(yùn)輸方案

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

3 綜采充填工藝及關(guān)鍵裝備

矸石充填作業(yè)緊隨采煤作業(yè)進(jìn)行。首先，啟動(dòng)工作面的填充刮板輸送機(jī)和膠帶輸送機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備，進(jìn)行采空區(qū)的填充作業(yè)。利用刮板輸送機(jī)和一些推壓機(jī)構(gòu)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(yùn)矸皮帶、順槽轉(zhuǎn)載皮帶運(yùn)至工作面輸送機(jī)構(gòu)，再通過輸送機(jī)上的卸料孔將填充材料加入到需要填充的采空區(qū)內(nèi)。最后，通過推壓裝置將矸石材料推實(shí)、接頂。其作業(yè)時(shí)序如圖1所示。

圖1 礦井割煤及填充作業(yè)流程

當(dāng)采煤機(jī)開采一定距離后緊接著開始進(jìn)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(jìn)尺0.8m），每割煤五架后推移支架一個(gè)步距，同時(shí)檢查填充系統(tǒng)狀態(tài)是否完好后，進(jìn)行矸石的填充作業(yè)。

（2）啟動(dòng)填充刮板輸送機(jī)和運(yùn)矸皮帶機(jī)，填充順序由輸送機(jī)機(jī)尾方向朝機(jī)頭方向依次填充。首先將填充刮板輸送機(jī)機(jī)尾的1～5個(gè)卸料孔打開，然后進(jìn)行該段架后采空區(qū)的矸石填充作業(yè)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)卸料孔對(duì)應(yīng)的架后填充區(qū)域填充到規(guī)定的高度后，投料口將會(huì)關(guān)閉，并啟動(dòng)推壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行填充料的推壓作業(yè)。

（3）依次類推，當(dāng)?shù)?～5個(gè)卸料孔對(duì)應(yīng)的架后區(qū)域的矸石都填充、推壓完畢后，將會(huì)啟動(dòng)下一次序的卸料孔，周而復(fù)始地重復(fù)以上作業(yè)直到所有采空區(qū)填充完成。

（4）最后一步待機(jī)尾填充完后關(guān)閉所有卸料孔，再進(jìn)行機(jī)頭部分的填充作業(yè)，進(jìn)而結(jié)束第一輪的填充作業(yè)，接著再重復(fù)上述工藝流程進(jìn)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(xiàng)目運(yùn)行成本分析

通過對(duì)東曲煤礦進(jìn)行實(shí)地資料的調(diào)查及對(duì)開采填充工藝的分析，依據(jù)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)》中有關(guān)原煤的成本估算，對(duì)原矸石系統(tǒng)和新設(shè)計(jì)的矸石填充開采系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)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(shè)計(jì)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(fèi)用約為7980萬元，新設(shè)計(jì)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(fèi)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(jì)層面分析該項(xiàng)目符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)可以大大降低排矸成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為東曲礦及西山煤電集團(tuán)公司帶來巨大的社會(huì)效益。

5 結(jié)束語

（1）煤炭在開采過程中，會(huì)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(shù)的應(yīng)用，有效解決了礦井煤矸石等固體廢棄物合理排放的技術(shù)難題，保障了礦井生產(chǎn)的正常運(yùn)行，同時(shí)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(shí)施，為集團(tuán)公司實(shí)現(xiàn)矸石綠色處理以及解決“三下”壓煤?jiǎn)栴}提供很好的借鑒技術(shù)，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(shù)途徑，應(yīng)用前景十分廣闊。