王廣用

（冀中能源股份有限公司邢東礦，河北邢臺 054000）

0 引言

在采掘生產(chǎn)的過程中，不可避免會采出大量的矸石，煤炭企業(yè)對矸石的傳統(tǒng)處理方式是由井下提升至地表堆積，形成煤礦特有的地表特征——矸石山。矸石對人類生存環(huán)境和地質結構有很大的破壞和威脅，主要表現(xiàn)有侵占土地、污染環(huán)境、地面下沉、破壞地表建筑、危害人類安全等，因此，如何解決建下煤炭資源的回收和矸石的處理問題，成為制約煤炭企業(yè)發(fā)展的重大技術難題。

邢東礦在井田范圍內有大小村莊11 個，村莊及工業(yè)廣場煤柱壓煤量占全礦井儲量的86%。另外，邢東礦井田范圍內的村莊煤柱相互重疊，最多處達到了6 個村莊的煤柱相互重疊，一兩個村的搬遷根本無法解決礦井壓煤的實際問題，并且村莊搬遷費用較高，地企關系十分復雜，搬遷難度較大。而且礦井比較深，巖巷進尺、巷道整修及原煤篩分系統(tǒng)運行將會產(chǎn)生大量的矸石，如果將這些矸石升井處理不僅成本較高，也會污染環(huán)境。

為保護環(huán)境，防止地面沉降，保護地表附著物及地面建筑物，邢東礦堅持“綠色礦山”的發(fā)展理念，在地面不建矸石山、井下矸石不升井，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的矸石全部用于井下采空巷道的充填，用矸石來置換煤碳。自2008 年邢東礦開始對巷道矸石充填進行試驗性的研究，當時在國內還沒有成功經(jīng)驗可以借鑒的情況下，自主研發(fā)巷道矸石充填設備，配合650 皮帶運輸機使用，用皮帶機做為主要運輸工具，利用巷道矸石充填機具有升降、回轉、移動的功能，將經(jīng)過破碎機破碎后通過運矸皮帶運送來的矸石直接充填到掘進后的巷道里，完成巷道的矸石充填。

1 矸石充填機總體結構介紹

邢東礦自制矸石充填機由六大部分組成，包括電氣系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、本體及行走機構、液壓系統(tǒng)、拋射皮帶機和皮帶跟進系統(tǒng)。

（1）本體及行走機構利用本礦已不再使用的EBZ132 型掘進機，履帶、行走馬達和行走減速機部分則利用了本礦已淘汰的EBZ150 型掘進機。由于EBZ132 掘進機本體與EBZ150 掘進機履帶連接部位存在不匹配問題，對EBZ132 掘進機本體進行了改造，包括固定螺栓孔、定位鍵槽和本體高度等。充填機本體寬約2.6 m、高約2.4 m、長5.5 m，可以滿足在本礦寬4.5 m、高3.5 m 的充填巷道內自由進退及拐彎的工況需求。

（2）拋射皮帶機部分利用EBZ160 掘進機橋式皮帶22 kW電滾筒，實現(xiàn)了動力部與EBZ160 掘進機橋式皮帶的互換性。在拋射皮帶機上加裝了6 根液壓油缸、2 根升降油缸，液壓油缸使拋射皮帶在2.5～5.0 m 升降，回轉油缸則實現(xiàn)了拋射皮帶機左右各2.5 m 的范圍擺動。拋射皮帶上加裝有集料斗和噴淋裝置，前者消除了矸石輸送機卸矸時矸石外漏現(xiàn)象，提高了矸石運輸?shù)目煽啃裕笳邉t改善了工作環(huán)境。

（3）皮帶跟進系統(tǒng)由上下平衡調節(jié)機構、左右中心調偏機構和跟進皮帶架部分組成。跟進皮帶架總長約4 m，上面安裝了頂托輥和底托輥，前端為卸載機構，后部可直接與650 皮帶運輸機銜接（通過加裝調寬裝置也可以直接銜接800 皮帶機）。銜接皮帶架采用框架結構與調偏機構以萬向聯(lián)軸節(jié)的方式鉸鏈，在框架中部加裝滾輪及滑道裝置，可以實現(xiàn)銜接皮帶機的偏轉位移。

（4）液壓部分的電機借用邢東礦已不再使用的側卸裝巖機油泵55 kW 電機（型號YBK225M-4），齒輪泵借用EBZ160 掘進機常用的組合變量泵，實現(xiàn)對各類油缸、行走馬達提供動力。連接管路及雙向鎖則采用液壓支架高壓膠管及雙向鎖。油泵電機和油箱布置在回填機本體后部，跟進皮帶架的下部，這樣可以使回填機整體結構更加緊湊，方便液壓系統(tǒng)的拆卸和更換部件。

（5）電氣部分借用兩臺QBZ-80/660（380）F 礦用隔爆型分級閉鎖真空電磁啟動器，實現(xiàn)對拋射皮帶機的電動滾筒及液壓系統(tǒng)油泵電機的獨立控制。電氣開關部分與液壓操作部分同側布置，方便操作及檢修。

2 矸石充填機工作原理

巷道矸石充填以650 皮帶機做為主要運輸工具，充填巷道內650 皮帶機的機頭配置在巷道的開口位置，皮帶機尾的導向滾筒兼做卸載滾筒使用。矸石運輸?shù)叫枰涮畹南锏?，通過搭接關系將矸石轉送到巷道口部650 充填皮帶機機頭上部，650 皮帶機倒轉運行將充填矸石卸載到矸石充填機的拋射皮帶上，經(jīng)拋射皮帶將矸石拋射到巷道內。拋射皮帶機構可通過回轉和升降油缸的聯(lián)動作用，調整拋射皮帶機架上下及左右擺動的幅度，將矸石拋射到整個巷道內，隨后充填機后退一定距離，利用650皮帶輸送機頭的儲帶裝置與皮帶張緊裝置再將松弛的皮帶張緊，為下一步充填做好準備。如果矸石充填機在后退過程中偏離了650 皮帶機中心線一定距離，造成皮帶機在運行中跑偏，在運輸過程中矸石容易從皮帶上掉落，這時則可通過操縱調偏液壓操作閥手柄，調偏油缸左右橫向拉動調偏機構移動，使跑偏得到糾正，皮帶恢復正常運行。如果遇到巷道底板不平，可以操縱調平液壓操作閥手柄，調整側面油缸活塞做上下伸縮，帶動調平機構圍繞中部的連接軸裝置左右、上下調整水平，直到回復水平為止。通過調偏、調平結構的調整，使輸送皮帶機的機頭與機尾部的卸載滾筒中心線保持平行，始終保持運輸皮帶機正常運行狀態(tài)。跟進皮帶架通過萬向聯(lián)軸節(jié)裝置與調偏機構相連接，中部兩側各有一個滾輪可以圍繞鏈接點在調偏結構支撐臺上一定范圍內滑動。萬向聯(lián)軸節(jié)的作用是使充填機與650 皮帶的連接更加靈活，避免內應力破壞機架現(xiàn)象。

3 巷道矸石充填工藝流程

工藝流程：井下篩分→破碎機→760 矸石倉→矸石礦車→上部車場矸石倉→K4 型給料機→800 皮帶運輸機→650 皮帶機→矸石充填機→充填巷道。

具體描述：工作面原煤在井下經(jīng)篩分系統(tǒng)篩選出的矸石，經(jīng)破碎機破碎后，出料粒度控制在150 mm 以內，通過運矸皮帶運至760 軌道大巷矸石倉，經(jīng)礦車轉運至760 上部車場，使用FDBZ-1/6 型翻車機將矸石翻進矸石倉，經(jīng)矸石倉下口K4 型給料機將矸石卸載到回風斜井800 皮帶運輸機，再轉運到充填巷650 矸石輸送機，然后運至工作面迎頭矸石充填機，由矸石充填機拋矸皮帶將矸石拋射到巷道內，最后完成巷道充填任務。

4 巷道矸石充填經(jīng)濟效益分析

4.1 采用矸石升井費用分析

邢東礦如果不采用井下矸石充填系統(tǒng)，則采用矸石升井費用主要包括井上填埋方式排矸費用和建矸石山費用兩部分（實際費用包括汽車外運費和矸石填埋場地購置費）。

（1）井上填埋方式排矸費用分析：排矸費用19 元/m3，根據(jù)邢東礦井計劃安排，每年的巖巷工程約1 km，矸石量為4.02 萬噸/年，考慮井下運輸及提升等運營費8.04 萬元/年，則現(xiàn)有的排矸系統(tǒng)每年要多花費4.02×1.08÷1.5×19+8.04=63.14 萬元（其中，邢東礦矸石密度按2.6 t/m3計算，巖石碎漲系數(shù)取1.7，則充填后巖石密度為2.6/1.7=1.5 t/m3，而1.08 為松散系數(shù)）。

（2）建矸石山費用分析：設備年折舊費70.78 萬元，井上下翻矸人工費及電耗費約78.42 萬元/年；運輸、設備維修等其他費用約17.44 萬元/年；加上環(huán)境治理費20.1 萬元/年，則使用建矸石山排矸系統(tǒng)每年需多投入186.74 萬元。

4.2 實行井下矸石充填以來累計效益統(tǒng)計

采用矸石充填系統(tǒng)，主要是利用1 t 礦車單車井下不摘勾翻車機，進入矸石倉，通過650 皮帶及到工作面迎頭拋填裝置來進行矸石充填，實現(xiàn)了矸石在井下處理的設想。比起煤礦多年來采用的電機車將矸石礦車拉到礦外矸石山的翻矸模式，節(jié)省占地，生產(chǎn)效益大大提高，避免了矸石的污染，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

邢東礦巷道矸石充填區(qū)域位于邢東礦煤礦工業(yè)廣場和先于村保護煤柱中，該區(qū)域位于-760 大巷東側，自2008 年5 月開始邢東礦對該區(qū)域巷道進行矸石充填，2018 年又在1100 南部采區(qū)矸石充填區(qū)域同時進行巷道充填。截止2019 年，已掘進充填巷道長度共19 000 m，共充填矸石40 萬立方米，置換出煤炭50 多萬噸，巷道矸石充填共增加銷售收入約3.5 億元。

5 矸石充填過程中應注意的問題

巷道充填過程中要盡可能地把整個巷道填滿，充填效率越高，頂板及覆巖的形變量越小，填充效果就越好。邢東礦目前正在積極研發(fā)在矸石充填機上增加搗實性裝置，以增強矸石充填的致密度。相信這一裝置的應用，將會使充填效果更好。

6 結束語

巷道矸石充填機在煤礦的應用，既解決了井下采掘帶來的矸石問題，緩解了礦井輔助提升的壓力，也減少了矸石升井后占地及對環(huán)境的污染問題，避免塌陷區(qū)遷村所帶來的高費用投入問題，實現(xiàn)了以矸石置換煤炭資源的設想，取得顯著的經(jīng)濟效益。這不僅為煤礦建下開采開辟出一條新途徑和新思路，也為其他有類似條件的礦區(qū)解決建下壓煤問題提供了寶貴的經(jīng)驗和技術支持，具有廣闊的推廣應用前景。