罗廷义

【摘 要】随着煤矿开采年限延长，储量逐年减少，相应的环境问题凸显：地面塌陷、地裂缝以及由此引发居民房屋破坏，由于地裂缝导通采空区，建筑物破坏、矸石堆积占地，地下水水位下降等。因此减少煤炭开采对生态环境的破坏，实现绿色开采显得日益重要。本文对彝良县文家沟煤矿矸石充填方案进行了分析，确定了矸石充填的工艺流程，并对矸石充填的关键步骤以及输送机设备性能进行了详细阐述。彝良县文家沟煤矿利用井下矸石做为充填体，力图解决保护生态环境及可持续发展的需要，矸石不升井，防止在地面堆积造成环境污染，改善井下矸石提升造成的矿井辅助运输紧张，形成了彝良县文家沟煤矿充填开采新模式，取得了良好成效，对本县区其他矿井实现绿色开采具有借鉴意义。

【关键词】矸石充填;充填设备;工艺流程

绪 论

煤矸石是煤矿排放量最大的工业固体废弃物，随着煤炭需求量逐年增加，煤矸石排放量也在不断增长，已经成为影响煤炭工业可持续发展的一大难题。文家沟煤矿工业广场选址受河流和大山的制约，无法满足储煤和堆矸石，目前的煤矿生产条件， 煤炭开采过程中的矸石排放量大约为原煤的10%～20%;每年累计堆放的煤矸石约4万吨以上，占用大量土地。积极发展煤矸石综合利用处理，是节约土地、保护环境、发展矿区循环经济、建设绿色矿山的重大举措。积极推广煤矸石复垦及回填矿井采空区技术，走矿产资源开发利用与生态环境协调发展的绿色矿业之路，率先实现“低开采、高利用、低废弃”集约化经营的行业可持续发展目标，建设绿色煤炭工业体系。本文就煤矿如何实现绿色开采以及矸石充填设备在绿色开采技术中的应用进行分析，并提出建议。

1、矿区概况

文家沟煤矿位于彝良县城北东59°方向，直距约56km处，行政区划属彝良县牛街镇。矿区位于庙坝向斜南翼东段，矿区为二叠系上统宣威组煤系地层（P2x），走向北东，倾向北西的单斜构造，倾角40～59°。矿井范围内构造比较简单，没有发现地层褶曲构造情况，以及较大落差的断层。受向斜的影响，节理裂隙发育。采煤方法为走向长壁分段密集支柱采煤法后退式开采，普通机械化开采工艺，矸石充填法处理采空区。

2、开采技术体系

从广义资源的角度讲，在矿区范围内的煤炭、地下水、瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床，都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。

煤矿绿色开采以及相应的开采技术，在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、矸石、水等一切可以利用的各种资源。基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，目标是取得最佳的经济效益和社会效益。针对煤矿中地表塌陷、地下水位下降、矸石排放，绿色开采技术主要包括以下内容：

1）水资源保护-形成“保水开采”技术;

2）地表与建筑物保护-形成充填与条带开采技术;

3）减少矸石排放—综合利用技术

总之，绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，形成一种使资源与环境相互协调的开采技术。首先要改革开采技术，减轻对水土的破坏和地表的扰动，减少废弃物排放，实现循环经济。其中，通过矿山废弃物的资源化利用矸石回填，实现岩层控制，减少对水土破坏和地表扰动，达到保护地面建筑物的目的，实现开采技术改革。

3、文家沟煤矿井下矸石充填的必要性

（1）井下矸石充填减少地面矸石占地，保护自然环境，具有良好的社会效益。

目前文家沟煤矿每年岩巷总进尺在1000 m左右，半煤岩巷在1500 m左右，半煤岩多就近进入煤流系统，岩巷掘进矸石4万t/a。目前文家沟煤矿地面矸石山位于矿井工广西南部，存在许多问题：矸石装车地点分散，排矸汽车需穿越矿井工广，矸石大量洒落，严重影响该矿卫生环境;征地手续办理困难;安全管理薄弱;矸石山已经高达25.5 m，且无扩展余地，汽车爬坡运输已达极限状态，影响矿井安全生产。

（2）井下矸石充填减少井下矸石运输提升量，缓解了矿井辅助运输紧张状况。

文家沟煤矿目前以无轨胶轮车运输为主、轨道运输、皮带排矸为辅的辅助运输形式。无轨胶轮车运输形式在开采初期距离井底车场较近的一采区、四采区发挥了较好的作用：运输连续、机动灵活、方便快捷，对采掘工作面的液压支架及大型设备的搬迁运输效率高，人员占用少，基本实现了井下的连续、快速、高效的运输。但是随着开采范围的扩大，运距加大，岩石巷道的增加，矸石量增大，以及大量的支护材料和人员运输等问题，无轨胶轮运输方式越来越难以满足矿井大量的、长距离的辅助运输需要。

所以采取井下矸石充填，可有效解决采区的就近井下矸石处理，缓解矿井辅助运输压力。

（3）井下矸石充填，减少排矸量，降低吨煤成本，提高了矿井经济效益。

目前文家沟煤矿地面排矸方式采用汽车运输，排矸成本较高，每年的排矸费用约为500多万元。采区矸石井下充填处理，可大量减少矸石上井，减少井上、井下矸石运输费用，提高矿井的经济效益。通过矸石充填可以实现煤矸石不升井，减少运输费用，减少地面占地和环境污染;煤矸石充填采空区实现以矸换煤，可以减少地表下沉，使对土地和建筑物的破坏降到最低，减少赔偿费用;煤矸石充填采空区，减少对顶底板破坏，从而减少顶底板水的涌出，降低回采工作面水患威胁、提高回采效率、提高煤质和降低排水费用;煤矸石充填采空区，将采空区底板覆盖上密实的充填体，减少瓦斯涌出，保证回采快速、安全;煤矸石充填采空区，将靠近留巷段的采空区充实，可以保证充填留巷效果，降低留巷費用。从而实现无煤柱开采，提高煤炭资源回收率，减少巷道掘进量，缓解采掘接续紧张;更有利于分储分运效能的发挥，有利于单轨吊系统的运行和彻底消灭井下地轨;成熟、高效的充填技术可为受水害威胁的后组煤开采打下坚实的基础。

4、矸石充填工艺流程及设备应用

为了降低充填成本，充分利用廉价、性能优良的充填材料煤矸石，文家沟煤矿率先通过对矿井原有开采设备改造，形成了一套独立完整的原生矸石充填系统。该系统充填为机械输送方式，一般采用皮带机、刮板机运输矸石，利用抛矸皮带将矸石抛掷于采空区，抛矸皮带对矸石的加速度成喷射状进入采空区，提高了充填密实度，减缓了采空区的下沉速度和下沉量。

4.1.工艺流程

矸石矿车翻车机矸石仓仓底给矸机胶带输送机刮板输送机回采工作面倒开刮板输送机抛矸皮带采空区

即：矸石由矿车运至矸石仓口翻车机翻入矸石仓，通过仓底给矸机装入胶带输送机运输，经转载刮板输送机运至工作面，经过工作面倒开刮板输送机溜尾卸载至抛矸皮带，高速运行的抛矸皮带对矸石加速度后抛入采空区进行充填。矸石不做任何加工处理，块度控制在Φ300mm之内就可实现原生矸石充填。

4.2.设备应用

设备的总体结构：

可伸缩带式输机的机头布置在充填巷道外端，为受料端。充填部布置在充填巷道内端，为卸料抛填端。矸石由矸石仓给料机装载到皮带机机头受料处，再由输送机运至机尾卸载滚筒处，将矸石卸载到布置在充填部前端的抛射皮带上，由抛射皮带将矸石抛射到充填巷道。当巷道内端迎头填满后，充填部向后退移一个步距（500mm）。输送机的储带与自动张紧装置能将松弛的胶带自动张紧，使矸石充填设备继续工作。

5、结语

总之，煤矿井下矸石充填，符合矿井发展循环经济，保护生态环境及可持续发展的需要，对于维持矿井正常生产、缓解井下辅助运输压力，提高经济和社会效益都是十分必要的。

参考文献：

[1]老于：《煤矿采空区充填技术》，肥城矿业集团培训中心，2011年第1期

[2]张和生，《采矿引起的地质灾害及其对矿区生态环境的影响》

[3]曹辉、张佳琳：《煤矿采空区充填工艺及进展》中国矿大力学与建筑工程学院。

（作者单位：云南省昭通市彝良县煤炭工业局）