盧晉波

（西山煤電責(zé)任有限公司 官地礦， 山西 太原 030022）

1 研究背景

東曲礦目前主采2號(hào)、8號(hào)煤層，現(xiàn)正在回采的八采區(qū)8號(hào)煤層埋深約350 m，煤層總厚度在4.00～5.85 m之間，平均厚度4.94 m，夾一至兩層夾矸，含矸率較高。直接頂為石灰?guī)r，堅(jiān)硬難冒，厚度2.90 m；基本頂為細(xì)粒砂巖，厚度6.00 m，直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度4.00 m。

東曲礦全礦井每年產(chǎn)生矸石最大量為150萬(wàn)t，包括初選大顆粒矸石30萬(wàn)t，小顆粒洗矸120萬(wàn)t。八采區(qū)煤層含矸率40%，每年產(chǎn)出矸石約120萬(wàn)t，嚴(yán)重影響礦區(qū)周圍環(huán)境，并且每年車?yán)镯肥某杀炯眲∩仙?，因此，擬在八采區(qū)采用矸石充填技術(shù)處理日益嚴(yán)重的矸石問題。

2 井下綜采充填工藝

2.1 首采充填面的選擇

根據(jù)礦井實(shí)際生產(chǎn)情況及充填技術(shù)要求，西山煤電責(zé)任有限公司官地礦將28810-1工作面作為首采充填面。工作面回采時(shí)將28810-1運(yùn)輸順槽留下來(lái)，作為下一工作面的軌道順槽，工作面通風(fēng)方式為Y型通風(fēng)。

2.2 充填采煤平行作業(yè)工藝

矸石充填作業(yè)在緊隨采煤作業(yè)進(jìn)行?；夭蛇^程中，經(jīng)地面洗煤廠洗選后的矸石，經(jīng)各轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶至工作面軌道順槽內(nèi)的充填刮板輸送機(jī)上，然后在刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中，矸石通過刮板輸送機(jī)上的卸料孔進(jìn)入支架后方的采空區(qū)內(nèi)，逐漸堆積，堆積到一定高度后，停止刮板輸送機(jī)的運(yùn)行，啟動(dòng)支架后方的推壓機(jī)構(gòu)，利用推壓裝置將采空區(qū)內(nèi)堆積的矸石材料逐漸推實(shí)、并與未垮落的頂板相接。充填工作面采煤與充填平行作業(yè)，作業(yè)時(shí)序如圖1所示。

圖1 充填采煤作業(yè)時(shí)序

具體施工步驟如下:

1）充填前，按照正常的工序進(jìn)行回采，割煤機(jī)割過5架后推移支架一個(gè)步距，然后檢查充填系統(tǒng)的部件、壓力等情況，確定完好后，準(zhǔn)備開始進(jìn)行矸石充填。

2）第一步啟動(dòng)支架后方的充填刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行正常后，啟動(dòng)位于軌道順槽的運(yùn)矸皮帶機(jī)，使得矸石運(yùn)輸系統(tǒng)正常使用。

3）充填矸石時(shí)，先打開充填刮板輸送機(jī)機(jī)尾的第1—5號(hào)卸料孔，對(duì)該段刮板輸送機(jī)溜槽對(duì)應(yīng)的架后采空區(qū)進(jìn)行矸石充填，待充填的矸石經(jīng)刮板運(yùn)輸機(jī)的下部鏈條將充填的物料拉平到一定高度時(shí)，即第1號(hào)投料孔對(duì)應(yīng)的支架后方區(qū)域矸石充填至一定高度后，關(guān)閉1號(hào)投料孔，啟動(dòng)推壓機(jī)構(gòu)推壓充填料；依次類推，將第1—5個(gè)卸料孔下部空間充滿，同時(shí)啟動(dòng)下一次序卸料孔，重復(fù)上述過程，將采空區(qū)充實(shí)填滿；實(shí)現(xiàn)矸石從輸送機(jī)機(jī)尾向機(jī)頭方向依次進(jìn)行充填[1]。

4）所有卸料孔對(duì)應(yīng)的支架扣房均填充完畢后，對(duì)機(jī)頭部分進(jìn)行充填，機(jī)頭填充完畢后，一個(gè)填充循環(huán)結(jié)束，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

充填工序如圖2所示。

圖2 充填作業(yè)工序

矸石充填工藝過程如圖3、圖4所示。圖3為矸石第一充填階段傾向剖面圖；圖4為矸石第二充填階段傾向剖面圖.圖5～圖8為充填支架作業(yè)側(cè)視圖[2]。

圖3 矸石充填階段初期傾向剖面圖

圖4 矸石充填階段中期傾向剖面圖

圖5 充填物料到一定高度后推壓裝置工作示意圖

圖6 密實(shí)推壓充填斷面中上部工作示意圖

圖7 充填刮板輸送機(jī)移一個(gè)布距后密實(shí)推壓機(jī)構(gòu)推壓充填斷面上部示意圖

圖8 充填液壓支架移架后第二次充填開始前示意圖

3 充填運(yùn)行成本與排矸成本經(jīng)濟(jì)對(duì)比

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

東曲礦當(dāng)前地面排矸費(fèi)用大約為25～30元/t，根據(jù)當(dāng)前國(guó)家充填采煤政策，對(duì)充填置換出的煤炭實(shí)行資源稅減半的政策，東曲礦通過充填可節(jié)省資源稅16元/t（洗選前煤炭銷售價(jià)格400元/t，資源稅率8%），東曲礦洗選矸石松散容重1.35 t/m3，煤炭容重1.37 t/m3，松散充填率為100%，折合至矸石處理成本節(jié)約16.24元/t。據(jù)此，東曲礦增加充填系統(tǒng)后處理矸石成本與地面排矸成本對(duì)比見表1。

表1 東曲礦矸石充填開采成本對(duì)比

3.2 社會(huì)效益分析

西山煤電集團(tuán)公司東曲礦每年洗選矸石150萬(wàn)t左右，多年的煤炭生產(chǎn)洗選累積了大量矸石，占用大量土地，付出較高的征地費(fèi)用，并且對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境有一定影響。通過技術(shù)創(chuàng)新建立綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的矸石井下處理系統(tǒng)，將為東曲礦及西山煤電集團(tuán)公司帶來(lái)以下社會(huì)效益:

1）實(shí)現(xiàn)矸石等固體廢棄物井下處理，保障礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，改善礦區(qū)周邊環(huán)境，減少回采過程中固體廢棄物的出井量，從而減少因矸石引起的各種環(huán)境問題。隨著環(huán)保形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，該項(xiàng)技術(shù)的成功實(shí)施，不僅可保障礦井正常生產(chǎn)接續(xù)，還可解決矸石等地面排放帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境破壞問題，改善礦區(qū)周邊的環(huán)境，以及生存與生活環(huán)境[3]。

2）為解決西山煤電集團(tuán)各礦矸石綠色處理及“三下”壓煤?jiǎn)栴}提供技術(shù)借鑒。提前布局矸石充填開采系統(tǒng)，不僅對(duì)東曲礦具有極大的現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)整個(gè)西山公司矸石綠色處理及將來(lái)“三下”開采提供借鑒，甚至為山西省各礦區(qū)的存在同樣問題的礦山企業(yè)提供了一條新的技術(shù)途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3）根據(jù)財(cái)政部，國(guó)家稅務(wù)總局財(cái)稅〔2014〕72號(hào)《關(guān)于實(shí)施煤炭資源稅改革的通知》中稅收優(yōu)惠的第二條規(guī)定:對(duì)充填開采置換出來(lái)的煤炭，資源稅減征50%。

按充填150萬(wàn)t/a矸石，可減征資源稅3044萬(wàn)元。

4）實(shí)現(xiàn)充填開采及充填留巷，可減少萬(wàn)噸掘進(jìn)率、減少煤柱損失，提高了工作面及采區(qū)回采率，回采工作面頂板管理簡(jiǎn)單，兩巷超前維護(hù)的工作量減少，采煤設(shè)備的故障率降低。