东曲煤矿矸石填充方案设计研究

薛立国

（西山煤电东曲煤矿，山西 太原 030200）

1 东曲煤矿矸石填充工程概况

东曲矿目前前期规划充填采区为八采区的8号煤层，埋深约350m，煤层总厚度在1.52～5.04m之间，平均厚度4.94m，有1～2层夹矸，含矸率相对较高。直接顶为较坚硬的石灰岩，厚度约为3m，基本顶和直接底硬度相对较低，分别为细粒砂岩（厚度6m）和砂质泥岩（厚度4m）。八采区煤层含矸率40%，年矸石产量约120万t，大量的矸石地面堆积对矿区周边的生态环境产生了很大影响。基于目前山西省环保政策趋严，地面排矸受到严重限制，因此必须建立“地面洗选—井下回填”一体化协作系统，实现矸石井下处理，开创西山矿区煤炭资源开发与生态环境保护和谐发展的新模式。

2 矸石运输系统方案

2.1 地面矸石运输方案

东曲矿选煤厂的矸石有两部分，一部分为主洗车间的水洗矸，一部分为准备车间的大块矸石。目前主洗车间的水洗矸通过1201皮带机运至水洗矸石仓，仓下为汽车运输；准备车间的大块矸石通过261皮带机运至大块矸石仓，仓下为汽车运输。因此地面系统分为两部分。

大块矸石维持原有的运输系统。将现有的1201皮带机按现在的角度16°向前延伸47m，新建一个水洗仓Φ15×48m，地下5m，仓的容量约为7500t，仓下设有给料机。水洗矸通过管状皮带输送机运至井口，与井下皮带机搭接，皮带机的参数与井下的皮带机配套，其中管状皮带带宽B=1350mm，管径Φ350mm，运量Q=800t/h。由于沿路有多处穿过马路，而且场地上有两条排洪涵，因此皮带分地上、地下两部分，地下为钢筋砼箱涵结构。

2.2 井下矸石运输方案

新施工一排矸通道，与井下现有高抽运输巷贯通，实现了地面矸石入井。其中排矸通道全长2029m，巷道净宽3.2m（表土段116m，基岩段岩巷486m，煤巷1427m）；高抽运输巷反向延伸192m，全部为岩巷。为实现井下开拓巷道的大块矸石不升井，简化排矸系统，减少排矸费用，可通过在井下施工一大块矸石破碎转载斜巷，长210m，岩巷。该方案实现矸石运输到充填工作面共需3部胶带输送机。

3 综采充填工艺及关键装备

矸石充填作业紧随采煤作业进行。首先，启动工作面的填充刮板输送机和胶带输送机等运输设备，进行采空区的填充作业。利用刮板输送机和一些推压机构来一起完成采空区的填充工作。其次，矸石由地面洗煤厂、井下运矸皮带、顺槽转载皮带运至工作面输送机构，再通过输送机上的卸料孔将填充材料加入到需要填充的采空区内。最后，通过推压装置将矸石材料推实、接顶。其作业时序如图1所示。

图1 矿井割煤及填充作业流程

当采煤机开采一定距离后紧接着开始进行矸石填充作业，其填充作业流程如下：

（1）各采煤班组依据规程循环采煤（进尺0.8m），每割煤五架后推移支架一个步距，同时检查填充系统状态是否完好后，进行矸石的填充作业。

（2）启动填充刮板输送机和运矸皮带机，填充顺序由输送机机尾方向朝机头方向依次填充。首先将填充刮板输送机机尾的1～5个卸料孔打开，然后进行该段架后采空区的矸石填充作业。当第一个卸料孔对应的架后填充区域填充到规定的高度后，投料口将会关闭，并启动推压机构进行填充料的推压作业。

（3）依次类推，当第2～5个卸料孔对应的架后区域的矸石都填充、推压完毕后，将会启动下一次序的卸料孔，周而复始地重复以上作业直到所有采空区填充完成。

（4）最后一步待机尾填充完后关闭所有卸料孔，再进行机头部分的填充作业，进而结束第一轮的填充作业，接着再重复上述工艺流程进行第二轮的填充作业。其填充主要工序如下图2所示，工艺流程如下图3、图4 所示。

图2 采空区矸石填充工序

图3 矸石第一阶段填充示意图

图4 矸石第二阶段填充示意图

4 项目运行成本分析

通过对东曲煤矿进行实地资料的调查及对开采填充工艺的分析，依据煤规字（1996）第501号文颁《煤炭工业建设项目经济评价方法与参数》中有关原煤的成本估算，对原矸石系统和新设计的矸石填充开采系统进行了对比分析，经估算原矸石系统正常年排矸所产生的单位成本约47.2元/t，新设计的矸石填充系统正常年排矸单位成本约为34元/t。

正常年矸石产生量按160t估算的话，原矸石系统直接和间接所产生的排矸费用约为7980万元，新设计改造后的矸石填充系统每年直接和间接产生的排矸费用约为6040万元，这样的话每年可以节省1940万元的开支。因此，从经济层面分析该项目符合技术设计要求，同时可以大大降低排矸成本，提高了企业的经济效益，同时也为东曲矿及西山煤电集团公司带来巨大的社会效益。

5 结束语

（1）煤炭在开采过程中，会伴随着大量的固体废弃物的排放，煤矸石的堆放不仅侵占了土地，还一定程度上造成环境污染，危害生态安全。煤炭填充开采技术的应用，有效解决了矿井煤矸石等固体废弃物合理排放的技术难题，保障了矿井生产的正常运行，同时也极大改善了矿井周边的生态环境。

（2）“地面洗选—井下回填”一体化协作系统的有效实施，为集团公司实现矸石绿色处理以及解决“三下”压煤问题提供很好的借鉴技术，不仅提高了东曲煤矿的生产效率，而且为山西各矿区矸石的绿色处理提供了新的技术途径，应用前景十分广阔。