大恒煤矿废弃巷道矸石充填技术研究

王延润 李海龙 王子悦

（山西龙矿能源投资开发股份有限公司，山西 朔州 038000）

煤炭是我国能源的重要组成部分，在我国的经济建设和社会发展过程中起到了重要支撑作用[1]。大恒煤矿将煤炭开采产生的伴生固废煤矸石采取传统处置方法堆置于地表，不仅占用大量土地，还需支出大量费用用于矸石提升、处置[2]，而矸石回填能较好地解决煤矸石地表堆存问题，同时还能通过矸石井下分运实现矸石不出井，降低矿井升井费用，减少矸石处理费用[3]。

基于国内外相关研究成果，本文结合大恒煤矿的工程地质条件、采掘设备情况以及生产现状，为其选用相应的矸石充填技术和充填方案，并制定相关的施工设计方案以实现矸石不升井的目标。

1 概况

山西能源投资公司大恒煤矿矿井的煤矸石处置初始设计为全部升井，通过地面建设大型选煤厂实现煤、矸分离，井下主运系统未建设分流、分运的煤仓和运输系统。辅助运输系统未考虑提升矸石，且地面无设计、安装矸石翻卡系统，矿井不能自行处理。矿井设计生产能力300 万t/a，约30%的矸石随原煤提升到地面，需投入2583 万元的矸石洗选费和处理费。随着连采连充采煤等矸石不升井技术的广泛应用，为了顺应国家对固体废弃物的处置要求，大恒煤矿结合矿山实际情况，引入、建设井下矸石分选、运输系统，采取连采连充采煤法处置井下生产过程中产生的矸石以及堆排在地表的矸石。

根据矿山的实际情况，由于“连采连充采煤法”建设周期较长，将矸石不上井系统建设和相关工作分两步进行：第一步先实现掘进全岩巷道所生产的矸石不升井；第二步在矿山实施连采连充为配套措施，实现全矿井下矸石不升井。本文所研究的为第一步，即掘进全岩巷道矸石不升井。

2 充填工艺及方案选择

2.1 充填工艺选择

充填采煤方式主要包括高水材料、膏体材料和矸石固体三种[4]，从充填区域又可以分为长壁工作面充填开采、巷道式充填开采、旺格维利采煤法充填和废旧巷道矸石充填。四种充填开采工艺优缺点见表1。根据工程地质条件、生产工艺以及现有采掘运输设备，废弃巷道矸石充填工艺相对较为适用。

表1 煤矿充填开采工艺优缺点

2.2 充填方案选择

根据现有的巷道布置，为充分利用矿井现有的各种生产系统和生产设施，在不影响生产和保证施工安全的前提下，提出图1 所示的两种充填方案。

图1 井下矸石充填方案对比

方案一前期充填废弃巷道时所留煤柱厚度较大，但相邻巷道间相互影响较小，采充互不影响，可同时施工，管理方便。方案二在废弃巷道内矸石压实稳定过程中，采掘产生的矸石无法及时充填，为实现矸石不上井的目标，需在井下再建一个大型矸石仓，且上山掘巷维护要求高。两个方案相比之下，方案一更符合大要求。

3 巷道概况和现场设计施工

3.1 充填巷道概况

通过对全矿老巷全面排查，选出可进行矸石充填的巷道为42107 胶带顺槽等30 条巷道。根据矿井生产系统不能实现煤矸分离、分运的实际情况，以掘进巷道矸石充填老巷来实现矸石不升井为目的，对老巷进行进一步排查，发现可将变电所回风巷、东翼胶带巷和42102 胶带顺巷采出的矸石充填于41115 胶带巷道、42105 胶带顺槽巷，各巷道情况见表2。

表2 各充填/出矸巷道参数

3.2 设备改造及施工

为了实现井下煤矸分离、分运，需增设、改造井下相关设备，并对人员结构进行调整。（1）下组煤东翼变电所运输路线中的1#带式输送机机头所在位置，增加一部向42105 胶带顺槽老巷带式输送机，即可建立井下充填的运输系统；（2）增加老巷内充填迎头工2 人，相应地外部带式输送机司机岗位减少2 人，不需另外增加人员；（3）41115 轨道顺槽充填带式输送机前方，安装一部耙机，将矸石反耙运输到充填巷道的迎头；（4）42105 胶带顺槽老巷门子口需启封密闭，进行局部通风；（5）改造充填用的胶带机以适用于充填工作；（6）改造下组煤东翼变电所1#带式输送机机头，使其具备分矸、分运能力。

先从42102 胶带顺槽开始施工，进行矸石充填老巷工作，25 d 完成，累计充填矸石1010 m3。充填结束后，由于老巷顶部的空间能够保证正常的通风，不需要对巷道进行特殊处理，只对充填带式输送机和耙机进行了撤除。而后对变电所回风巷、东翼胶带巷掘进施工，并将矸石充填于42105 胶带顺槽老巷，17 d 完成，累计充填矸石1797 m3。实现了第一步“掘进全岩巷道矸石不升井”目标，产生了10 189 万元的直接经济效益。

4 结论

（1）根据大恒煤矿的工程地质条件、生产工艺以及现有采掘运输设备情况，选择废弃巷道充填工艺，并结合矿山巷道布置情况和生产计划制定相应充填方案。

（2）通过排查废弃巷道情况，以掘进巷道矸石充填老巷来实现矸石不升井为目的，将变电所回风巷、东翼胶带巷和42102 胶带顺巷采出的矸石充填于41115 胶带巷道、42105 胶带顺槽巷。

（3）通过增设和改造井下相关设备设施、调整人员结构，建立井下煤矸分离、分运系统，初步产生了10 189 万元的直接经济效益。