文/孫長(zhǎng)軍

煤礦建筑物下壓煤開(kāi)采，以及矸石等固體廢棄物的排放處理問(wèn)題，已成為煤礦企業(yè)急需解決的重大技術(shù)難題之一。因此，擺脫困境，延長(zhǎng)礦井的服務(wù)年限，最大程度地回收煤炭資源，并確保地表建筑物的正常安全使用，采取高效、安全的開(kāi)采方法采出建筑物下壓煤已勢(shì)在必行。

一、實(shí)施矸石充填綠色開(kāi)采的必要性

花園煤礦礦井東距金鄉(xiāng)縣城0.4km，北距濟(jì)寧市市區(qū)50km。煤炭資源可采儲(chǔ)量為3369萬(wàn)t，均為建筑物下壓煤，地面建筑物多為磚混結(jié)構(gòu)的民房，承受采動(dòng)影響能力?。灰徊蓞^(qū)采用條帶開(kāi)采方式，雖然一定程度上控制了地表沉陷，但是遺留了大量的煤柱，煤炭資源采出率僅為40%左右?，F(xiàn)有矸石山一座，約堆積矸石100萬(wàn)t，矸石年產(chǎn)量約20萬(wàn)t。矸石的堆積，不但占用礦井工業(yè)廣場(chǎng)土地，而且對(duì)礦區(qū)環(huán)境的維護(hù)造成了一定的影響。

為解決以上問(wèn)題，根據(jù)目前“三下”采煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及花園煤礦實(shí)際，擬采用綜合機(jī)械化固體（廢棄物）充填采煤技術(shù)，并委托煤炭工業(yè)濟(jì)南煤炭設(shè)計(jì)研究院有限公司、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在花園煤礦開(kāi)展綜合機(jī)械化固體（廢棄物）充填采煤項(xiàng)目進(jìn)行研究，計(jì)劃投資15025.1萬(wàn)元。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理及方案實(shí)施

綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤項(xiàng)目在花園煤礦工業(yè)廣場(chǎng)和井下采掘現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，需要將地面矸石等固體充填物料破碎后運(yùn)輸至井下，井下矸石破碎后直接運(yùn)輸?shù)讲擅汗ぷ髅?，?shí)施充填。

1.地面矸石下井系統(tǒng)

考慮投料井布置在地面矸石堆放場(chǎng)西北角處，基于簡(jiǎn)單、高效、低故障率的原則和對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的性能要求，矸石山矸石由推土機(jī)和裝載機(jī)推至刮板輸送機(jī)，經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)投入破碎機(jī)，破碎后的矸石進(jìn)入皮帶走廊，經(jīng)膠帶輸送機(jī)運(yùn)送至投料井投放到井下。

地面運(yùn)輸系統(tǒng)主要由推土機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)、垂直輸送系統(tǒng)控制臺(tái)組成。設(shè)備選型的原則為：

（1）系統(tǒng)輸送能力應(yīng)大于充填的最大能力。

（2）膠帶輸送機(jī)在選型時(shí)要確定的參數(shù)主要包括輸送能力、電機(jī)功率和架體強(qiáng)度，電機(jī)功率主要根據(jù)運(yùn)輸?shù)膬A角、帶長(zhǎng)及輸送量的大小等條件確定，強(qiáng)度應(yīng)按使用可能出現(xiàn)最?lèi)毫庸r和滿(mǎn)載工況進(jìn)行驗(yàn)算。

（3）控制臺(tái)電控裝置應(yīng)能夠?qū)Φ孛孢\(yùn)輸系統(tǒng)整體控制自動(dòng)、手動(dòng)開(kāi)（關(guān)）機(jī)，當(dāng)后續(xù)工作出現(xiàn)故障時(shí)能夠緊急制動(dòng)。

2.二采區(qū)矸石不升井系統(tǒng)

根據(jù)二采區(qū)及產(chǎn)矸地點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，確定二采區(qū)矸石不升井系統(tǒng)的位置、矸石運(yùn)輸及通風(fēng)路線。

（1）矸石運(yùn)輸路線。地面、掘進(jìn)矸石→軌道大巷→西翼軌道大巷→進(jìn)車(chē)聯(lián)絡(luò)巷→二采區(qū)矸石倉(cāng)→運(yùn)矸聯(lián)絡(luò)巷→2301工作面膠帶順槽→2301工作面。

（2）通風(fēng)路線。矸石倉(cāng)上口通風(fēng)：新風(fēng)→副井→軌道大巷→西翼軌道大巷→進(jìn)車(chē)聯(lián)絡(luò)巷→出車(chē)聯(lián)絡(luò)巷→西翼軌道大巷；矸石倉(cāng)下口通風(fēng)：新風(fēng)→副井→軌道大巷→西翼軌道大巷→二采區(qū)軌道下山→進(jìn)風(fēng)行人聯(lián)絡(luò)巷→運(yùn)矸聯(lián)絡(luò)巷→二采區(qū)膠帶下山→西翼膠帶大巷→膠帶輸送機(jī)大巷→主井→地面。

3.井下矸石不升井系統(tǒng)

矸石不升井系統(tǒng)使整個(gè)礦井的掘進(jìn)矸石不需要提升至地面，而直接進(jìn)入充填矸石運(yùn)輸系統(tǒng)用于工作面充填。由于掘進(jìn)矸石的產(chǎn)出量不穩(wěn)定、產(chǎn)出地點(diǎn)不斷變動(dòng)，需要在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置矸石倉(cāng)，用于掘進(jìn)矸石的臨時(shí)存儲(chǔ)。同時(shí)，由于掘進(jìn)矸石粒徑較大，不能直接用于充填，需要增加破碎機(jī)對(duì)其進(jìn)行破碎。

掘進(jìn)矸石通過(guò)礦車(chē)運(yùn)輸至破碎硐室內(nèi)，使用翻車(chē)機(jī)將矸石倒入破碎機(jī)，破碎后的矸石直接通過(guò)鋪設(shè)在儲(chǔ)料倉(cāng)上口繞道內(nèi)的刮板輸送機(jī)運(yùn)輸至儲(chǔ)料倉(cāng)，然后經(jīng)過(guò)給料機(jī)給料到儲(chǔ)料倉(cāng)下口的膠帶輸送機(jī)上，從而進(jìn)入充填開(kāi)采矸石輸送系統(tǒng)。其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 礦井井下矸石不升井系統(tǒng)工藝流程圖

4.綜合機(jī)械化固體（廢棄物）充填采煤系統(tǒng)

根據(jù)充填采煤工作面設(shè)計(jì)原則，結(jié)合充填采煤區(qū)域的地質(zhì)條件及礦井原有系統(tǒng)布置方式，在盡量利用礦井原有巷道及正在掘進(jìn)巷道的基礎(chǔ)上，二采區(qū)共布置10個(gè)充填采煤工作面。充填采煤工作面生產(chǎn)系統(tǒng)包括運(yùn)煤、通風(fēng)、運(yùn)料及運(yùn)矸系統(tǒng)，以首采面2301工作面為例，生產(chǎn)系統(tǒng)布置如下：

（1）運(yùn)煤系統(tǒng)。2301工作面→2301工作面膠帶順槽→二采區(qū)膠帶下山→二采區(qū)煤倉(cāng)→西翼膠帶大巷→采區(qū)煤倉(cāng)→膠帶輸送機(jī)大巷→井底煤倉(cāng)→地面。

（2）通風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)路線：地面→副井→井底車(chē)場(chǎng)→軌道大巷→西翼軌道大巷→2301工作面軌道順槽→2301工作面。乏風(fēng)路線：2301工作面→2301工作面膠帶順槽→二采區(qū)膠帶下山→回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→西翼膠帶大巷→膠帶輸送機(jī)大巷→主井→地面。

（3）運(yùn)料系統(tǒng)。地面→副井→井底車(chē)場(chǎng)→軌道大巷→西翼軌道大巷→2301工作面軌道順槽→2301工作面。

（4）運(yùn)矸系統(tǒng)。矸石運(yùn)輸線路分為兩條，一條為：地面矸石→副井→井底車(chē)場(chǎng)→軌道大巷→西翼軌道大巷→二采區(qū)矸石倉(cāng)→2301工作面膠帶順槽→2301工作面；掘進(jìn)矸石→二采區(qū)矸石倉(cāng)→2301工作面膠帶順槽→2301工作面。另一條為：地面→投料井→運(yùn)矸石門(mén)→西翼膠帶大巷→運(yùn)矸聯(lián)絡(luò)巷→二采區(qū)膠帶下山→工作面膠帶順槽→工作面；掘進(jìn)矸石→井底矸石倉(cāng)→運(yùn)矸石門(mén)→西翼膠帶大巷→運(yùn)矸聯(lián)絡(luò)巷→二采區(qū)膠帶下山→工作面膠帶順槽→工作面。

三、效果分析

項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)采區(qū)域?yàn)榈V井二采區(qū)，二采區(qū)可采儲(chǔ)量為237萬(wàn)t，采用矸石充填采煤技術(shù)后，共可采出煤炭資源約190.3萬(wàn)t，噸煤利潤(rùn)按250元計(jì)算，可創(chuàng)效益約為4.76億元，較原采用的條帶開(kāi)采回采工藝可多采出煤炭資源約106.1萬(wàn)t，噸煤利潤(rùn)按250元計(jì)算，可多創(chuàng)效益2.65億元。

花園煤礦礦井可采儲(chǔ)量為3369萬(wàn)t，均為建筑物下壓煤，下一步均采用該技術(shù)，煤炭資源采出率取80%，則效益達(dá)67.38億元。礦井服務(wù)年限由40.5年延長(zhǎng)到87年；消除了矸石、粉煤灰及建筑垃圾等廢棄物占用土地及環(huán)境污染問(wèn)題，節(jié)約土地資源約32畝；控制了地表沉陷，井田范圍內(nèi)的村莊不用搬遷，節(jié)約了費(fèi)用。