文/馮家良 支永東 李銀仁 李建文

煤泥是一種灰分高、水分多、粒度細(xì)、黏度大、商品價(jià)值低的低熱值尾礦，不利于工業(yè)應(yīng)用，且井下人工清理提升運(yùn)輸至地面矸石山堆放處理會(huì)造成環(huán)境污染。因此，煤礦探索運(yùn)用井下煤泥作為填充材料，為采空區(qū)治理探索新的途徑，對(duì)填充技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。

煤礦井下水倉(cāng)依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，每年雨季前應(yīng)清理淤積煤泥。華亭煤業(yè)集團(tuán)新柏煤礦針對(duì)井下770水倉(cāng)煤泥清理問題，變更作業(yè)方式，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，由人工裝車清理轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯づ浜系V用混凝土泵遠(yuǎn)程輸送填充采空區(qū)的方式進(jìn)行清理，從源頭上減少了煤泥排放與污染，有效防止了采空區(qū)塌陷以及煤層自燃現(xiàn)象，降低了清理成本，實(shí)現(xiàn)了資源綜合利用。

一、實(shí)施背景

1.礦井概況

新柏煤礦地處安新煤田中部，地質(zhì)類型中等，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，正常涌水量為100m3/h，屬于低瓦斯礦井，當(dāng)前回采煤層為5煤，原煤灰分值為14.56%，黏結(jié)指數(shù)為零。5煤的自燃傾向性為Ⅱ類自燃煤層，若不采取嚴(yán)格的綜合防滅火措施或一旦措施失效，有可能引起煤炭自然發(fā)火。

2.實(shí)施條件

采空區(qū)填充技術(shù)逐漸成為治理采空區(qū)塌陷與煤炭復(fù)采的主要方法之一。填充的影響因素之一是填充材料，不同的填充材料所要求的工藝、系統(tǒng)、方式不同。當(dāng)前我國(guó)煤礦充填開采技術(shù)主要分為四大類，分別是煤礦矸石充填開采技術(shù)、煤礦膏體充填開采技術(shù)、煤礦超高水充填開采技術(shù)以及煤礦高濃度膠結(jié)充填開采技術(shù)。這些填充方法為采空區(qū)治理提供了可行的途徑，積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但是仍有不足，主要問題是：填充工藝復(fù)雜，投資高，固體類材料增加井下運(yùn)輸量，填充與開采互相影響，填充后密實(shí)度不高等。這些不足不同程度影響著采空區(qū)填充技術(shù)的推廣與應(yīng)用。

經(jīng)取樣測(cè)定，華亭煤業(yè)集團(tuán)新柏煤礦井下煤泥經(jīng)巷道流通至770水倉(cāng)過程中，產(chǎn)生了大量高灰次生煤泥，770水倉(cāng)兩倉(cāng)煤泥量預(yù)計(jì)為1274m3，其沉淀性、流動(dòng)性、含水率和脫水性指標(biāo)在理論上基本符合填充材料的要求。從安全角度分析，煤泥作為填充材料能夠阻燃或抑燃；從煤泥水處理工藝分析，通過合理添加工藝，配比適當(dāng)水煤泥作為填充材料具有可行性。

二、方案設(shè)計(jì)

1.總體方案

新柏煤礦采空區(qū)填充方案主要利用井下770水平水倉(cāng)煤泥經(jīng)潛水排沙泵及礦用混凝土泵加壓，利用高壓管路輸送水煤泥至封閉采空區(qū)。煤泥填充工藝系統(tǒng)包括煤泥制漿、管道輸送和采空區(qū)充填三部分。煤泥制漿系統(tǒng)利用水倉(cāng)優(yōu)勢(shì)位置，自然流向水倉(cāng)的井下水與沉淀煤泥混合，攪拌為濃度為40%～50%的水煤泥；輸送系統(tǒng)由潛水排沙泵經(jīng)管路輸送至礦用混凝土泵混合后加壓，經(jīng)管路輸送至采空區(qū)；采空區(qū)填充利用泥漿良好的流動(dòng)性，自然流淌直至充滿采空區(qū)。

2.工藝流程

（1）流向770水倉(cāng)的井下水與水倉(cāng)沉淀煤泥經(jīng)攪拌混合為濃度為40%～50%的水煤泥，人工將BQS60-36-15型潛水排沙泵放置于水倉(cāng)煤泥清淤點(diǎn)。

（2）利用潛水排沙泵運(yùn)轉(zhuǎn)抽排稀釋的煤泥，通過管路進(jìn)入HBMG15/6-22S型礦用混凝土泵料斗。

（3）通過礦用混凝土泵將煤泥漿輸送至專用接通的管路，排入3513采空區(qū)。

（4）當(dāng)班注漿結(jié)束后，及時(shí)用清水沖洗注漿管路以防管路內(nèi)煤泥漿積存淤結(jié)，為下次注漿做好準(zhǔn)備。

影響填充量較大的因素是管路的安全完好程度。由于管道內(nèi)壓力較大，管道磨損嚴(yán)重會(huì)造成爆管情況，因此，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要保證安全。

3.設(shè)計(jì)參數(shù)

填充采空區(qū)與770水平高差為80m，注漿管線長(zhǎng)度為470m，770水倉(cāng)兩倉(cāng)煤泥預(yù)計(jì)為1274m3。在加壓輸送安全可靠的情況下，管線采用φ125mm混凝土泵變頭2m，潛水排沙電泵φ89mm高壓軟管120m，φ108mm環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層鋼管350m?；炷帘贸隽峡谂cφ125mm管路相連接，φ125mm管路變頭與φ108mm管路連接，在水倉(cāng)通道管路連接處安裝一組φ108mm閘閥，用于煤泥輸送過程中停止作業(yè)時(shí)控制煤泥漿回流。

4.配套設(shè)施

為使煤泥填充采空區(qū)安全可靠地運(yùn)行且不影響開采，在施工中應(yīng)當(dāng)注意密閉潰水潰漿。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，澆筑密閉使用的混凝土在將水泥、石子、沙子按配比拌料后使用振動(dòng)棒進(jìn)行充分混合，使?jié)仓荛]墻體更加密實(shí)。

5.煤泥處理工藝改進(jìn)

770水倉(cāng)水煤泥直接加壓輸送至3513采空區(qū)后，水煤泥存在泥水分離分層現(xiàn)象，因此，煤泥漿中需添加懸浮劑、膠凝劑等添加劑，加強(qiáng)煤泥填充的效果。添加懸浮劑的煤泥漿，具有較好的流動(dòng)性，可以減少漿液在注漿管路中堵塞，便于注漿管路運(yùn)輸；添加膠凝劑后，煤泥漿快速膠凝的特性，可以使煤泥漿到達(dá)灌漿地點(diǎn)后，在較短時(shí)間內(nèi)失去流動(dòng)性而附著在采空區(qū)內(nèi)部，增加保水性。綜上分析，煤泥漿具有保水率高、熱穩(wěn)定性好、便于管道輸送、能夠快速膠凝的特點(diǎn)，材料來源于礦井內(nèi)部，是一種性能良好的灌漿材料，能夠用于井下防火作業(yè)，實(shí)現(xiàn)廢物利用。

三、應(yīng)用效果及效益分析

1.應(yīng)用效果

770水倉(cāng)煤泥中混合黏土、粉碎的頁(yè)巖等固體懸浮物，與水混合、攪拌，配制成濃度為40%～50%的漿液，借助注漿管路注入采空區(qū)。煤泥填充采空區(qū)后，漿液充分覆蓋在采空區(qū)內(nèi)部，通過在密閉處進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沒有出現(xiàn)大量水析出現(xiàn)象，煤泥填充作業(yè)有效防止了采空區(qū)自燃，填充效果良好。煤泥再利用技術(shù)符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，能夠減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綜合利用，化害為利，保護(hù)環(huán)境。

2.環(huán)境效益

如果井下煤泥從770水倉(cāng)裝車，經(jīng)軌道運(yùn)輸至地面矸石山，大量堆積存放時(shí)，形態(tài)極不穩(wěn)定，遇水流失，風(fēng)干飛揚(yáng)，不僅會(huì)浪費(fèi)煤炭資源，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。而煤泥填充采空區(qū)在節(jié)省人力物力的前提下，煤泥不用提升至矸石山堆存，減少地面煤泥污染以及附帶的不良影響，實(shí)現(xiàn)廢物利用。實(shí)際作業(yè)中，結(jié)合770水倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)自流水環(huán)境，不需再往混凝土泵料斗中加水即可得到所需濃度的水煤泥；采空區(qū)填充后，達(dá)到了預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火的目的，減少了采空區(qū)塌陷對(duì)地表的影響。

3.經(jīng)濟(jì)效益

比照人工清運(yùn)井下煤泥的煩瑣流程（見表1），煤泥填充采空區(qū)的工藝大大節(jié)省了成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表1 煤泥填充與人力清運(yùn)對(duì)照表

人力方面：實(shí)際煤泥充填操作中，每班4人作業(yè)，每班作業(yè)時(shí)間內(nèi)平均清理煤泥20m3，相較此前人工清理煤泥每班人工裝車30車總計(jì)12m3，煤泥充填單班作業(yè)效率提高了67%，整體工期縮短了60%；單班工資支出減少了65%。

物料方面：煤泥填充采空區(qū)，短距高壓管路的敷設(shè)及作業(yè)期間的維護(hù)，相較于人工清運(yùn)煤泥附加有軌道運(yùn)輸?shù)娜肆σ约暗V車供應(yīng)、提升運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)設(shè)備保障，成本明顯減少。同時(shí)，煤泥填充工藝設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，利用預(yù)先敷設(shè)的管路，提升了井下設(shè)施的利用率。

四、結(jié)論

新柏煤礦770水倉(cāng)煤泥填充采空區(qū)工藝，有效縮短了工期，節(jié)省了成本支出，整體工藝從源頭減少了煤泥對(duì)環(huán)境的污染，防止了采空區(qū)自燃，降低了采空區(qū)塌陷對(duì)地表的影響，實(shí)驗(yàn)性工程收效良好，為井下煤泥清理、填充采空區(qū)的實(shí)踐積累了經(jīng)驗(yàn)。環(huán)保收益大于預(yù)期，煤泥清理與采空區(qū)治理置于同一體系內(nèi)，因地制宜，優(yōu)劣互補(bǔ)。今后，在探究實(shí)踐的基礎(chǔ)上，針對(duì)水煤泥的保水率、流動(dòng)性、膠凝性、填充效果等需要進(jìn)一步優(yōu)化完善。