馬新亮，宋培卿

兗礦集團濟三煤礦，山東 濟寧 272169

0 引言

煤矸石是我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物，成為影響煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的難題。目前，全國歷年累計堆放的煤矸石約45億t，占用土地約1.5萬公頃，而且堆積量每年還以1.5億t～2.0億t的速度增加。對人類的生態(tài)環(huán)境帶來很大的威脅與危害。為節(jié)約土地、保護環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、建設(shè)綠色礦山，濟三礦積極應(yīng)用國家推廣的煤矸石復(fù)墾及回填礦井采空區(qū)技術(shù)，結(jié)合采場實際，按照縮短運距、就近充填，減少運輸環(huán)節(jié)，保證系統(tǒng)順暢的原則，在矸石量大的十八采區(qū)北區(qū)回風巷附近的三角形區(qū)域和北區(qū)輔助運輸巷以南附近的狹長區(qū)域共布置了24條充填巷道，巖石充填巷道達7715m，既滿足采區(qū)準備時間，又滿足生產(chǎn)期間的矸石處理，體現(xiàn)了充填與施工同時進行，互不影響的最大優(yōu)點。

1 充填技術(shù)原理

首先利用房柱式開采方法將采區(qū)的煤炭采出，然后利用矸石充填系統(tǒng)對采空區(qū)進行充填。

2 設(shè)備及配套

矸石充填機的結(jié)構(gòu)、工作原理及技術(shù)參數(shù)：

1）矸石充填機的結(jié)構(gòu)

矸石填充機由行走部、底架總成、調(diào)平機構(gòu)，調(diào)偏架、卸載滾筒組、回轉(zhuǎn)工作臺、拋射皮帶、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成（見圖1）。

2）矸石充填機工作原理

矸石填充機以800帶寬皮帶機為運輸工具。SSJ-800皮帶機反向運轉(zhuǎn)，機頭位于巷道口，作為受料端；機尾位于巷道內(nèi)，作為卸料端。填充機的卸載滾筒組代替SSJ-800皮帶機的機尾，與SSJ-800皮帶機的標準H架采用間隙銜接。SSJ-800皮帶機將矸石運到的填充機上料輸送部，上料輸送部再將其卸到拋射皮帶上，拋填到巷道。拋射皮帶可在巷道寬度范圍內(nèi)上下左右擺動，能將整個巷道在寬度范圍內(nèi)填滿矸石。當前面填滿后，充填機向后退移一個步距（約500mm）。

3）主要技術(shù)參數(shù)

外形尺寸：長×寬×高（最小尺寸） 14000mm×2790mm×2250mm；

重量：≈22t；

供電電壓：660/1140V；

拋射皮帶技術(shù)特性：

電動滾筒直徑φ500mm，皮帶寬度800mm，帶速3.15m/s，輸送量250t/h；

高度調(diào)整范圍：2.8m～5.5m；

寬度調(diào)整范圍：2.5m～5.5m。

3 試驗應(yīng)用情況

試驗巷道的基本情況：

1）巷道斷面及支護方式

十八采一號充填面為矩形斷面，錨網(wǎng)支護。巷道頂板采用￠22×2200mm錨桿，角度垂直頂板（兩肩窩角度為75度），間距900mm；兩幫選用￠20×1800mm錨桿，間距800mm，除頂角錨桿外，其余垂直煤幫布置。錨桿均采用加長錨固，每根錨桿用2支MSCK2350樹脂錨固劑，排距900mm，頂部按2000×2700的間排距布置雙排錨索加強支護，錨索規(guī)格：￠18×6200mm。巷道長約375m、寬5.0m、高3.5m～5.8m。巖性為全煤，頂板為中砂巖，穩(wěn)定無淋水，巷道底板無積水。

2）設(shè)備布置及運輸方式

濟三煤礦十八采矸石充填系統(tǒng)示意圖

掘進巷道即十八回風巷迎頭安設(shè)一部PB-60型耙裝機，耙裝機后跟一部SSJ-800型皮帶輸送機，機頭搭接在十八采矸石倉上口。十八采矸石倉下口經(jīng)兩部800帶寬皮帶機與十八采1號矸石充填巷聯(lián)接。十八采一號充填巷內(nèi)安設(shè)一部SSJ-800型可伸縮式皮帶輸送機，十八采一號充填巷迎頭安設(shè)一部矸石充填機，用SSJ-800型可伸縮式皮帶向充填迎頭輸送矸石。矸石運輸路線：十八回風巷迎頭→耙裝機→SSJ-800皮帶輸送機→十八采矸石倉→兩部800皮帶機→十八采一號充填巷SSJ-800皮帶輸送機→十八采一號充填巷矸石充填機。

3）系統(tǒng)試驗應(yīng)用情況

該充填系統(tǒng)于先期在十八采1#矸石充填面投入使用，累計試驗340個工作日，充填總進尺1290m。平均月進120m，最高達460m/月。

同時，發(fā)揮充填優(yōu)勢，將井下作業(yè)現(xiàn)場不可回收上井的軟硬垃圾回填到矸石充填巷。

4 防止地面沉降的一些技術(shù)措施

1）使用錨桿、錨網(wǎng)錨索聯(lián)合支護的充填巷道，錨桿、錨網(wǎng)、錨索支護是一種永久投入，不再回收，永久起作用的支護方式。矸石充填入工作面后，即使充填率達不到要求，巷道有效支護可以維護數(shù)十年以上；

2）設(shè)置保護煤柱。每兩條巷道之間預(yù)留5m厚的保護煤柱，保護煤柱不但能支撐頂板，還能起到容器壁的作用，固定了矸石的體積，使其受壓時不發(fā)生大的變化；

3）設(shè)置水泥矸石支撐墻。根據(jù)充填工作面現(xiàn)場地質(zhì)情況變化，每隔一段距離，可用水泥拌矸石沙子充填巷道，水泥凝結(jié)后強度增加，可對頂板加強支撐作用。

5 效益分析

5.1 出煤效益分析

按照充填巷道長度7715m，斷面22.5m2計算，出煤量為：7715×22.5×1.36=23.6 萬 t。

按照煤炭價格500元，巷道成本每米4500元計算，直接效益為：23.6×500-7715×4500×10-4=8328萬元。

5.2 排矸效益分析

目前矸石進入煤流排矸費用（井下約5元/t，地面約13元/t）約18元/t。十八采區(qū)矸石量為：5743×17×2.5=24.4萬t。排矸費用為： 24.4×18=439萬元。故此項目直接效益為：8328+439=8767萬元。

礦車排矸：

矸石總量：8870×17＝150790m3（含充填系數(shù)）；

每礦車按：1.7 m3計算，共需礦車數(shù)量：88700輛；

副井提車每鉤按4車計算，共需提升鉤數(shù)：88700÷4＝22175鉤；

5.3 年效益分析

按照每年巖巷進尺5000m，斷面17m2計算，年矸石量為：5000×17×2.5×10-4=21.2萬 t。需要施工矸石充填巷道長 度 為 ：（5000×17×1.6）/（22.5×0.9）=6716m，出 煤 量 為 ：6716×22.5×1.36=20.5萬噸。故年效益為：20.5×500+21.2×18-6716×4500×10-4=7609萬元。

6 結(jié)論

1）提出把矸石充填在煤巷（位于村莊煤柱下或邊角煤），進行井下處理的思路，成功研究與應(yīng)用了在煤巷中進行矸石充填的技術(shù)和工藝，矸石充填技術(shù)具有投資小、周期短、能力大、效果好、易于掌握、效益顯著的優(yōu)點；

2）成功研制并完善了集多功能于一體的矸石充填機，為煤礦井下矸石充填技術(shù)提供了保障。其完全可以勝任矸石充填的一系列工序，并保證充填效果。既能使建筑物下儲煤或礦區(qū)邊角煤得以合理開采又能解決井上排矸帶來的一系列問題；

3）濟三煤礦井下矸石處理，采用井下煤巷充填矸石的方式，以矸石置換煤炭，實現(xiàn)了矸石不上井的綠色開采方式，凈化現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，大幅降低成本。矸石不升井，減少地面矸石占地，防止在地面堆積造成環(huán)境污染,保護自然環(huán)境。為建筑物下采煤開拓出一種新的開采方式，為濟寧礦區(qū)實現(xiàn)礦區(qū)資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色開采提供了借鑒，具有較大的推廣價值。