刘 斌

(山西焦煤西山煤电集团公司东曲煤矿，山西 太原 030200)

东曲矿每年产出的矸石量最大约1.5 Mt，其中初选出的大颗粒矸石约0.30 Mt，小颗粒洗矸约1.2 Mt，八采区煤层的含矸率40%，每年产出的矸石量约1.2 Mt[1]。

由于东曲矿矸石场地的选址困难，大量的矸石会对矿井生产带来制约，为了推进矿井绿色开采，有效处理煤炭开采过程中产生的大量矸石，实现矸石的井下处理，规划八采区8 号煤层作为矸石充填首采区。

1 矿井概况

目前东曲矿主开采煤层是2号和8号煤层，八采区走向长约2 430 m，倾向1 435 m，采区的总面积约3.49 km2。4 号-8 号煤层间距约80 m，8 号～9 号煤层间距约4.5 m，目前2 号煤层已回采完毕，4 号煤层剩余24808 工作面和24806 工作面；8 号煤层共布置12 个工作面，目前已回采2 个工作面，现回采28808 工作面，剩余10 个工作面；9 号煤层可布置7 个工作面，目前未回采。采区内4 号煤层剩余可开采储量1.0 Mt，8 号煤层剩余可开采储量8.05 Mt，9 号煤层剩余可开采储量6.374 Mt。8 号煤层属于上石炭统太原组煤层，煤层厚度为1.52～5.04 m，平均厚度为4.45 m，埋深为350 m；煤层结构复杂，煤层中含有一到两层的矸石，直接顶厚度为2.9 m，属石灰岩，比较坚硬，基本顶厚度为6.0 m，属细粒砂岩，直接底厚度为4.0 m，属砂质泥岩。八采区工作面回采期间最大绝对瓦斯涌出量为40 m3/min，矿井瓦斯等级是高瓦斯矿井，煤尘有爆炸性，爆炸指数为18.68%，是Ⅲ类不易自燃倾向性煤层。

2 充填开采技术

2.1 巷道布置

根据东曲矿井的实际生产情况及矸石充填技术的要求，将28802 工作面作为首采充填面，采用Y型通风方式进行通风。28802 工作面利用+860 水平东翼下组煤系统，工作面顺槽与+860 东翼下组煤皮带巷、+860 东翼下组煤轨道巷、八采边界回风巷、860 高抽运输巷等沟通形成系统，28802 工作面轨道顺槽1 085 m、皮带顺槽长1 054 m，切眼长125.5 m，28802 回风措施巷1 105 m，28802 轨顺联络巷长约138 m，28802 皮顺联络巷利用28804皮带顺槽的联络巷，28802 回风联络巷长约175 m，巷道的平均坡度约4°。对28802 工作面的轨道顺槽和切眼进行设计，拉低300 mm 后进行混凝土铺底硬化，厚度300 mm，混凝土设计标号C30，满足胶轮车的运输要求[2]。

2.2 充填工艺

在采煤作业完成后，紧跟着进行矸石充填作业，其原理见图1[3]。在回采过程中，矸石通过各转运皮带送至回采工作面，按轨道顺序将矸石运至顺槽内的充填刮板输送机上，通过刮板输送机进行运输，矸石通过输送机的卸料孔进入采空区，逐渐堆积起来，直至到达一定高度后停止运输；然后启动支架上的推压装置，在推力作用下将采空区内的矸石推实，不与未垮落的顶板连接。

图1 矸石充填法开采

具体的矸石充填工艺流程如下：

（1）按照正规的循环割煤工作方式，进尺0.8 m，在割过5～8 架后将支架向后推移一个步距，检查矸石充填系统的状态，确认无误后开始充填工作。

（2）依次启动充填刮板输送机、运矸皮带机。

（3）充填时从充填输送机的机尾处向机头方向依次进行，先打开机尾处充填刮板输送机的卸料孔，将矸石充填在对应的采空区内，待第一个投料孔所对应的采空区矸石充填到一定高度后，将投料孔关闭，同时启动推压装置将充填料压实；依次将卸料孔的采空区都填满，再启动下一个次序的卸料孔，重复直至采空区填满为止。

（4）关闭所有的卸料孔，并对机头处进行矸石充填，待首轮充填工作完成后，再开始第二轮的充填。矸石充填作业工序的流程见图2。

图2 充填作业工序

2.3 沿空留巷

当矸石的密实充填率为60%时，上覆岩层会产生断裂和离层，顶板下沉量较大；当矸石密实充填率为70%时，上覆岩层的断裂范围明显减小，没有明显的离层现象； 当矸石的密实充填率为80%时，上覆岩层不会出现贯通性裂隙，出现整体弯曲下沉形态，且顶板下沉量较小。采用矸石充填后，顶板下沉量微小，对工作面轨道顺槽设计沿空留巷支护技术[4]（见图3）。使用锚网梁索进行联合支护的方式，对巷道顶板进行超前加固。顶板锚索桁架上布置小五花，采用直径为17.8 mm 的锚索，间隔0.9 m 布置，使用垒砌矸石对留巷一侧进行砌墙+ 锚带网护帮技术，墙体两侧的宽度大于2.4 m，内外两侧均使用大型压入式锚杆、钢带和螺帽进行联合护帮，留巷宽度大于3.5 m。通过沿空留巷技术提高了煤炭的采出率，降低了矿井的掘进率。

图3 沿空留巷技术

3 效益分析

煤炭作业生产中常会排放出大量的固体废弃物，其中含硫矸石等会对地面生态环境造成很大的破坏，危害当地的生态环境。使用矸石充填技术处理后，很好地解决了矸石排放带来的生态环境破坏问题，实现矸石等固体废弃物井下综合处理，保障矿井正常生产，改善矿区周边生活环境。按照矸石每年产生量1.5 Mt来计算，原有的排矸系统产生的总成本约7 918 万元，在采用矸石充填后产生的总成本约6 013 万元，每年可节约支出约1 905 万元。

4 结语

针对煤炭开采过程中出现的大量矸石排放问题，本文探讨了基于矸石充填开采技术。应用情况总结如下：

1）以28802 工作面作为首采充填面拟定巷道布置方案，细化充填工艺，使用砌墙+ 锚索联合支护方式，轨道顺槽进行沿空留巷支护，确保巷道不变形，实现矸石的井下处理。

2）使用矸石充填技术后，矸石充实率从75%大幅度提高到85%，生产作业效率提高约50%，每年节约支出累计约1 905 万元，很好地解决了矸石排放带来的生态环境破坏问题，实现矸石等固体废弃物井下综合处理，保障矿井正常生产，改善矿区周边生活环境。