羅廷義

【摘 要】隨著煤礦開(kāi)采年限延長(zhǎng)，儲(chǔ)量逐年減少，相應(yīng)的環(huán)境問(wèn)題凸顯：地面塌陷、地裂縫以及由此引發(fā)居民房屋破壞，由于地裂縫導(dǎo)通采空區(qū)，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(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采顯得日益重要。本文對(duì)彝良縣文家溝煤礦矸石充填方案進(jìn)行了分析，確定了矸石充填的工藝流程，并對(duì)矸石充填的關(guān)鍵步驟以及輸送機(jī)設(shè)備性能進(jìn)行了詳細(xì)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(hù)生態(tài)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的需要，矸石不升井，防止在地面堆積造成環(huán)境污染，改善井下矸石提升造成的礦井輔助運(yùn)輸緊張，形成了彝良縣文家溝煤礦充填開(kāi)采新模式，取得了良好成效，對(duì)本縣區(qū)其他礦井實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】矸石充填;充填設(shè)備;工藝流程

緒 論

煤矸石是煤礦排放量最大的工業(yè)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(zhǎng)，已經(jīng)成為影響煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一大難題。文家溝煤礦工業(yè)廣場(chǎng)選址受河流和大山的制約，無(wú)法滿(mǎn)足儲(chǔ)煤和堆矸石，目前的煤礦生產(chǎn)條件， 煤炭開(kāi)采過(guò)程中的矸石排放量大約為原煤的10%～20%;每年累計(jì)堆放的煤矸石約4萬(wàn)噸以上，占用大量土地。積極發(fā)展煤矸石綜合利用處理，是節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境、發(fā)展礦區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)綠色礦山的重大舉措。積極推廣煤矸石復(fù)墾及回填礦井采空區(qū)技術(shù)，走礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色礦業(yè)之路，率先實(shí)現(xiàn)“低開(kāi)采、高利用、低廢棄”集約化經(jīng)營(yíng)的行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，建設(shè)綠色煤炭工業(yè)體系。本文就煤礦如何實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采以及矸石充填設(shè)備在綠色開(kāi)采技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，并提出建議。

1、礦區(qū)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(qū)劃屬彝良縣牛街鎮(zhèn)。礦區(qū)位于廟壩向斜南翼東段，礦區(qū)為二疊系上統(tǒng)宣威組煤系地層（P2x），走向北東，傾向北西的單斜構(gòu)造，傾角40～59°。礦井范圍內(nèi)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)地層褶曲構(gòu)造情況，以及較大落差的斷層。受向斜的影響，節(jié)理裂隙發(fā)育。采煤方法為走向長(zhǎng)壁分段密集支柱采煤法后退式開(kāi)采，普通機(jī)械化開(kāi)采工藝，矸石充填法處理采空區(qū)。

2、開(kāi)采技術(shù)體系

從廣義資源的角度講，在礦區(qū)范圍內(nèi)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(yīng)該是經(jīng)營(yíng)這個(gè)礦區(qū)的開(kāi)發(fā)對(duì)象而加以利用。

煤礦綠色開(kāi)采以及相應(yīng)的開(kāi)采技術(shù)，在基本概念上是從廣義資源的角度上來(lái)認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、矸石、水等一切可以利用的各種資源?；境霭l(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開(kāi)采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響，目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。針對(duì)煤礦中地表塌陷、地下水位下降、矸石排放，綠色開(kāi)采技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：

1）水資源保護(hù)-形成“保水開(kāi)采”技術(shù);

2）地表與建筑物保護(hù)-形成充填與條帶開(kāi)采技術(shù);

3）減少矸石排放—綜合利用技術(shù)

總之，綠色開(kāi)采的內(nèi)涵是減少采煤對(duì)環(huán)境的破壞，形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開(kāi)采技術(shù)。首先要改革開(kāi)采技術(shù)，減輕對(duì)水土的破壞和地表的擾動(dòng)，減少?gòu)U棄物排放，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。其中，通過(guò)礦山廢棄物的資源化利用矸石回填，實(shí)現(xiàn)巖層控制，減少對(duì)水土破壞和地表擾動(dòng)，達(dá)到保護(hù)地面建筑物的目的，實(shí)現(xiàn)開(kāi)采技術(shù)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(hù)自然環(huán)境，具有良好的社會(huì)效益。

目前文家溝煤礦每年巖巷總進(jìn)尺在1000 m左右，半煤巖巷在1500 m左右，半煤巖多就近進(jìn)入煤流系統(tǒng)，巖巷掘進(jìn)矸石4萬(wàn)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(wèn)題：矸石裝車(chē)地點(diǎn)分散，排矸汽車(chē)需穿越礦井工廣，矸石大量灑落，嚴(yán)重影響該礦衛(wèi)生環(huán)境;征地手續(xù)辦理困難;安全管理薄弱;矸石山已經(jīng)高達(dá)25.5 m，且無(wú)擴(kuò)展余地，汽車(chē)爬坡運(yùn)輸已達(dá)極限狀態(tài)，影響礦井安全生產(chǎn)。

（2）井下矸石充填減少井下矸石運(yùn)輸提升量，緩解了礦井輔助運(yùn)輸緊張狀況。

文家溝煤礦目前以無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸為主、軌道運(yùn)輸、皮帶排矸為輔的輔助運(yùn)輸形式。無(wú)軌膠輪車(chē)運(yùn)輸形式在開(kāi)采初期距離井底車(chē)場(chǎng)較近的一采區(qū)、四采區(qū)發(fā)揮了較好的作用：運(yùn)輸連續(xù)、機(jī)動(dòng)靈活、方便快捷，對(duì)采掘工作面的液壓支架及大型設(shè)備的搬遷運(yùn)輸效率高，人員占用少，基本實(shí)現(xiàn)了井下的連續(xù)、快速、高效的運(yùn)輸。但是隨著開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，運(yùn)距加大，巖石巷道的增加，矸石量增大，以及大量的支護(hù)材料和人員運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題，無(wú)軌膠輪運(yùn)輸方式越來(lái)越難以滿(mǎn)足礦井大量的、長(zhǎng)距離的輔助運(yùn)輸需要。

所以采取井下矸石充填，可有效解決采區(qū)的就近井下矸石處理，緩解礦井輔助運(yùn)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(jīng)濟(jì)效益。

目前文家溝煤礦地面排矸方式采用汽車(chē)運(yùn)輸，排矸成本較高，每年的排矸費(fèi)用約為500多萬(wàn)元。采區(qū)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(yùn)輸費(fèi)用，提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)矸石充填可以實(shí)現(xiàn)煤矸石不升井，減少運(yùn)輸費(fèi)用，減少地面占地和環(huán)境污染;煤矸石充填采空區(qū)實(shí)現(xiàn)以矸換煤，可以減少地表下沉，使對(duì)土地和建筑物的破壞降到最低，減少賠償費(fèi)用;煤矸石充填采空區(qū)，減少對(duì)頂?shù)装迤茐?，從而減少頂?shù)装逅挠砍觯档突夭晒ぷ髅嫠纪{、提高回采效率、提高煤質(zhì)和降低排水費(fèi)用;煤矸石充填采空區(qū)，將采空區(qū)底板覆蓋上密實(shí)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(qū)，將靠近留巷段的采空區(qū)充實(shí)，可以保證充填留巷效果，降低留巷費(fèi)用。從而實(shí)現(xiàn)無(wú)煤柱開(kāi)采，提高煤炭資源回收率，減少巷道掘進(jìn)量，緩解采掘接續(xù)緊張;更有利于分儲(chǔ)分運(yùn)效能的發(fā)揮，有利于單軌吊系統(tǒng)的運(yùn)行和徹底消滅井下地軌;成熟、高效的充填技術(shù)可為受水害威脅的后組煤開(kāi)采打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4、矸石充填工藝流程及設(shè)備應(yīng)用

為了降低充填成本，充分利用廉價(jià)、性能優(yōu)良的充填材料煤矸石，文家溝煤礦率先通過(guò)對(duì)礦井原有開(kāi)采設(shè)備改造，形成了一套獨(dú)立完整的原生矸石充填系統(tǒng)。該系統(tǒng)充填為機(jī)械輸送方式，一般采用皮帶機(jī)、刮板機(jī)運(yùn)輸矸石，利用拋?lái)菲㈨肥瘨仈S于采空區(qū)，拋?lái)菲?duì)矸石的加速度成噴射狀進(jìn)入采空區(qū)，提高了充填密實(shí)度，減緩了采空區(qū)的下沉速度和下沉量。

4.1.工藝流程

矸石礦車(chē)翻車(chē)機(jī)矸石倉(cāng)倉(cāng)底給矸機(jī)膠帶輸送機(jī)刮板輸送機(jī)回采工作面倒開(kāi)刮板輸送機(jī)拋?lái)菲Р煽諈^(qū)

即：矸石由礦車(chē)運(yùn)至矸石倉(cāng)口翻車(chē)機(jī)翻入矸石倉(cāng)，通過(guò)倉(cāng)底給矸機(jī)裝入膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸，經(jīng)轉(zhuǎn)載刮板輸送機(jī)運(yùn)至工作面，經(jīng)過(guò)工作面倒開(kāi)刮板輸送機(jī)溜尾卸載至拋?lái)菲?，高速運(yùn)行的拋?lái)菲?duì)矸石加速度后拋入采空區(qū)進(jìn)行充填。矸石不做任何加工處理，塊度控制在Φ300mm之內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)原生矸石充填。

4.2.設(shè)備應(yīng)用

設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)：

可伸縮帶式輸機(jī)的機(jī)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(nèi)端，為卸料拋填端。矸石由矸石倉(cāng)給料機(jī)裝載到皮帶機(jī)機(jī)頭受料處，再由輸送機(jī)運(yùn)至機(jī)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(dāng)巷道內(nèi)端迎頭填滿(mǎn)后，充填部向后退移一個(gè)步距（500mm）。輸送機(jī)的儲(chǔ)帶與自動(dòng)張緊裝置能將松弛的膠帶自動(dòng)張緊，使矸石充填設(shè)備繼續(xù)工作。

5、結(jié)語(yǔ)

總之，煤礦井下矸石充填，符合礦井發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的需要，對(duì)于維持礦井正常生產(chǎn)、緩解井下輔助運(yùn)輸壓力，提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益都是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]老于：《煤礦采空區(qū)充填技術(shù)》，肥城礦業(yè)集團(tuán)培訓(xùn)中心，2011年第1期

[2]張和生，《采礦引起的地質(zhì)災(zāi)害及其對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響》

[3]曹輝、張佳琳：《煤礦采空區(qū)充填工藝及進(jìn)展》中國(guó)礦大力學(xué)與建筑工程學(xué)院。

（作者單位：云南省昭通市彝良縣煤炭工業(yè)局）