煤矸石井下巷道充填开采可行性分析

赵飞

（山西煤炭运销集团首阳煤业有限公司山西晋城048400）

0 引言

近年来，有关煤矸石处置产生的环保问题日益凸显，煤矸石主要来源于井下岩巷施工、陷落柱、夹矸、地面原煤洗选等[1-2]。地面排矸场处理煤矸石具有运输不畅、车辆不足、矸石山管理不善易导致停工等缺点，加之排矸场使用周期不长、选址及占地手续繁琐，治理成本较高。故国内外工程师和学者开始关注矸石充填开采技术的应用和发展[3-4]。

1 工程概况

根据山西煤炭运销集团首阳煤业的实际生产情况，选取巷道充填矸石地点位于二采区(北翼)西边界。该区域（约350 m×600 m）受8#陷落柱、羊头山地面附属建筑、玄青湖等因素影响不利回采，难以布置正规回采工作面回收资源，可作为巷道充填矸石点。充填区开采15#煤层，巷道埋深103 m～226 m，煤体单轴抗压强度20 MPa，平均厚度4.3 m，煤层赋存稳定，自燃等级为Ⅱ级，矿井水文地质条件类型中等，属低瓦斯矿井，煤层顶底板情况见表1。

对谐振式陀螺光学腔灵敏度的研究分析,通过优化DQ乘积的方式提升陀螺灵敏度,采用标准MEMS工艺,设计制作了直径8 mm、Q值2.4×106大尺寸楔形谐振腔,可实现陀螺极限极限灵敏度达到55 °/h,满足商业级应用的需求,为芯片级、集成化的新型谐振式微光学陀螺的研究奠定了实验基础。

2 巷道充填开采设计方案

2.1 巷道布置及施工顺序

煤矸石井下巷道充填开采需先井下巷道的布置和施工，给煤矸石的充填提供运输和作业空间，合理的巷道布置，可优化煤矸石充填工艺。结合15#煤层实际情况，充填巷采用综掘机掘进，开口及局部过岩巷段采用炮掘工艺或松动爆破法，充填巷断面为矩形，规格5 m×4 m，净断面积20 m2。巷道支护方式为“锚喷网梁+锚索”，掘进出煤采用（B=800）带式输送机。首阳煤业二采区煤矸石充填先期巷道布置及施工顺序见图1。

图1 充填开采掘进巷道布置示意图

巷道掘进顺序如下

电影开始了，但大多数小孩子仍然安静不下来，一会儿在幕前看“正电影”，一会儿又跑到幕后看“反电影”，有时竟跑到银幕底下跳起来用手拍打银幕上的人物……直到被大人呵斥或被放映员用喇叭筒警告多次后，我们才开始静下来，找一个地方——或在幕前，或在幕后——随地坐下，一边看着电影，一边从口袋里掏出一把黄豆或花生，放进嘴里嘎嘣嘎嘣地咬。

（1）在现有15201探巷打设密闭，同时在距二采区辅助运输巷口95.52 m的位置开口，平行于二采区胶带巷施工316.76 m（帮至帮），随后平行15104回风顺槽掘进辅助运输联络巷，与二采区辅助运输巷贯通。全部施工完毕后，在15201探巷回风绕道前施工双向风门，预留设风筒敷设至皮带运输位置，使掘进充填巷道实现独立通风，满足运输及安全需求。

首阳煤业二采区煤矸石井下充填开采项目，具有一定的创新性，存在诸多技术难题需要解决，初步估算，需要投入科技研发费用约50万元。本工程施工巷道工程量为7 388.69 m，均按煤巷进行计算，预计可回收原煤218 705.2吨，按照70%精煤率、370元/吨综合售价(去除税收及其他费用)计算，预计可实收5 664.47万元；预计可充填矸石16.4万吨(综合原岩、煤矸容重考虑)，处理成本按照30元/吨（包含充填巷道掘进、支护费13元/吨、设备费11元/吨、运输费4元/吨、其他费用2元/吨），可节省矸石处理费用492万元。掘进与充填工程在回收煤炭资源的同时，还会产生施工费用，暂以一期工程进行统计核算，预计产生巷道工程费3315万元，充填工程费579.14万元(含电费、运输及人员费等)；综合以上计算，预计可产生收益1 770.33万元。

（3）待15104工作面回采完毕后，为满足15201工作面布置需求，在距15201探巷西侧20 m自二采区辅助运输巷由南向北施工一条巷道，取代原南北向巷道的进风、煤矸运输功能，并将充填辅助巷西巷与原15104回风顺槽贯通形成独立回风系统。

2.2 矸石充填工艺

首阳煤业煤矸石充填系统为循环式充填，即在皮带巷（矸石皮带巷位置）先掘出充填辅助巷，构成全风压系统，随后边充填边掘进下一条巷道。矸石充填计划采用CTS37.5/83型矸石充填输送机（抛矸机）一部，抛射部分（电滚筒）功率11 kW，行走部功率7.5 kW，液压泵站功率2×45 kW总功率108.5 kW，电压1 140 V。充填具体流程如下：①号巷道作为矸石充填巷，矸石从二采区辅助运输巷经皮带运输；②号巷道作为掘进工作面进行平行作业。以此类推，从北向南逐渐施工充填巷，若施工进度超前充填量时，应暂时予以密闭。煤矸石充填、掘进充填巷时运煤（矸）系统靠右侧布置，左侧则满足运送矸石过无轨胶轮车的需求。考虑煤厚和对地面的影响等因素，充填矸石巷道间距暂定为20 m。在充填矸石后必须对地表变形情况进行监测，根据置换开采后地表的变形特点，对后续工程充填矸石巷道间距可适当调整。

图2 煤矸石充填原理示意图

巷道矸石充填可利用皮带机、抛矸机等实现机械化快速充填。填矸巷皮带机头驱动装置布置在巷道外头，皮带机反转运行，机尾卸载，将矸石卸载到抛矸机尾部，经抛矸机抛矸将矸石填充到填矸巷内。抛矸机填满一段巷道后，要向后移动，移动时，先将填矸巷皮带机尾部缩短一定距离，随即向后移动抛矸机，抛矸机后移到一个新位置后继续抛矸充填巷道，这样逐步完成一个充填循环，达到充填巷道之目的。煤矸石充填原理如图2所示。

根据首阳煤业最大排矸量需求，按照每年原岩量约12万吨（4.8万m3，取原岩密度2.5 t/m3）计算，即松散体积需要7.2万m3（岩石膨胀系数取1.5）。充填巷间保安煤柱为20 m，可布置填矸巷20条，总长5 920 m（平均每条长296 m），加之辅助巷道，预计实际长度为7 300 m（20条矸石充填巷、充填完毕后产生的废巷，去除非充填区域），可充填空间为14.7万m3，实际可充填9.85万m3（考虑通风断面，沉降后充填系数0.67），则在充填范围内可充填约1.4年。根据充填工艺和设备能力计算，主要取决于无轨胶轮车运矸石能力，拟采用WC8E无轨胶轮车4辆，按照井下每车每30 min运送1次，地面每车每1 h运送1次，每日工作时长20 h，矸石充填系统日处理能力为560 t～1 120 t（取每车最大安全装载7 t）。必要时，可临时增设运输车辆，以满足排矸需求。矸石充填工程有关参数见表2。

煤矸石巷道充填开采既提高了矿井产量又避免了资源浪费，由于矸石充填方案的设计，矸石在井下运转，不升坑或部分升坑，减少了矸石山占地、操作人员和机械设备。在当前国家对节能减排提出更高要求的情况下，具有良好的社会效益。

2.3 矸石充填工程参数

兔抗人Glut-1多克隆抗体、鼠抗人HIF-1α单抗、兔抗人p-Akt多克隆抗体及兔抗人PI3K-p85亚单位多克隆抗体(均由上海赛默飞世尔公司生产)。

表2 矸石充填工程有关参数一览表

3 效益分析

3.1 经济效益

（2）自20号充填巷向北掘进辅助充填巷Ⅰ-Ⅲ段，施工长度分别为500 m、296.76 m、500 m，施工完毕后在20号充填巷两端施工临时密闭。临时密闭施工完成后，即可开掘进1号充填巷道，完毕后在东侧施工调节风门。待2号充填巷道开掘时，可对1号充填巷实施填矸工序，实现边掘进边充填矸石。

3.2 社会效益

为充分利用地下空间、提高煤炭采出率，在第一期充填巷施工完成后，可在充填巷间煤柱中心线再掘进一条充填巷道，作为第二期充填巷，待第二期充填巷施工完成后，充填巷道间距变为7.5 m。但对于第二期充填巷施工期间的围岩稳定性、矸石充填体的变形受力情况，以及地表的沉降变形、导水裂隙带的发育高度等问题，需要做专项研究。若条件不满足，可通过缩小第二期充填巷断面积，或加强第一期充填巷支护设计。

4 结论

（1）对山西煤炭运销集团首阳煤业二采区煤矸石井下充填方案进行了设计，包括巷道布置及施工顺序、矸石充填工艺和矸石充填工程参数。

从表 1 可以看出：第一主成分在 X1、X2、X6、X10与X11上具有较大的载荷，说明第一主成分在一定程度上代表着经济生活水平；第二主成分在X3、X4上具有较大的载荷，说明第二主成分在一定程度上代表着海洋渔业水平；第三主成分在X7、X8、X9上具有较大的载荷，说明第三主成分在一定程度上代表着居民收入水平。

（2）从经济效益和社会效益两方面对首阳煤业二采区煤矸石井下充填项目进行了效益分析，以一期工程进行统计核算，预计可产生经济收益1 770.33万元，同时具有良好的社会效益。

但左小龙实在不能完成装盒和测试的工作了，他只能被劝回去休息。左小龙竖着中指，拖着高温的躯体在街上低头艰难步行。突然，他想去看看自己的大摩托车，在烈日下左小龙觉得还是有点冷，他得找些事情来分散注意力。他决定给自己的摩托车取一个名字。