矸石充填技術(shù)在邢臺(tái)礦區(qū)的實(shí)踐

摘 要:充填開(kāi)采是實(shí)現(xiàn)煤礦綠色開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)之一。邢臺(tái)礦區(qū)積極探索、實(shí)踐煤矸石井下充填開(kāi)采工藝，既為煤矸石找到了出路，減少地面沉陷，又釋放了大量建筑物下煤炭資源，使礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:邢臺(tái)礦區(qū) 煤矸石 充填開(kāi)采

中圖分類(lèi)號(hào):TD1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0090-02

Practices on mining technology with backfill of coal rejects in Xingtai Mining Area

ZHANG Zi-ping，SUN Sai，ZHANG Zhi-guo，LI Yuan-gang，SHEN Si

(Sino Coal Handan Design and Engineering Corporation Limited，Handan 056031，China)

Abstract:Backfilling mining is one of the key technologies of green mining. Carried out positive exploration and practice in Xingtai mining area coal gangue underground filling mining technology ，not only found a new way for using coal gangue， reducing the ground subsidence， but also released large amounts of coal resources under the buildings. It wasto achieve the sustainable development of mining area.

Key Woeds:Xingtai Mining Area; coal rejects; mining with backfill

1 邢臺(tái)礦區(qū)簡(jiǎn)介

邢臺(tái)礦區(qū)位于河北省南部的邢臺(tái)市、沙河市、內(nèi)邱縣境內(nèi)，地處太行山與華北平原交界處，屬于低山、丘陵、盆地與平原的過(guò)渡地帶；以平原為主。

邢臺(tái)礦區(qū)自20世紀(jì)70年代大規(guī)模開(kāi)發(fā)以來(lái)，現(xiàn)已發(fā)展成為我國(guó)主焦煤生產(chǎn)基地。礦區(qū)內(nèi)村鎮(zhèn)密集而且人口眾多，建筑物下壓煤嚴(yán)重。邢臺(tái)礦區(qū)的開(kāi)發(fā)主體是冀中能源集團(tuán)冀中股份有限公司。

2 邢臺(tái)礦區(qū)矸石產(chǎn)生及綜合利用情況

2.1 礦區(qū)矸石產(chǎn)生情況

煤矸石是煤炭開(kāi)采、洗選加工過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物。洗選矸石具有一定的熱值，能夠?qū)崿F(xiàn)再利用；井下掘進(jìn)矸石多仍采用由井下運(yùn)輸提升至地面，再向指定區(qū)域排放，形成煤炭企業(yè)特有的矸石山或矸石堆場(chǎng)。其中矸石山占用大量土地資源，易發(fā)生自燃，矸石中含有的硫、磷、碳等幾十種化學(xué)成分對(duì)大氣、水源、土壤造成不同程度的污染。

邢臺(tái)礦區(qū)現(xiàn)有5座矸石山，煤矸石堆存量約為2300萬(wàn)t，占地面積約35hm2；邢臺(tái)礦區(qū)規(guī)劃原煤生產(chǎn)能力1600萬(wàn)t/a，屆時(shí)煤矸石每年產(chǎn)生量將超過(guò)250萬(wàn)t。

2.2 礦區(qū)矸石綜合利用情況

跟據(jù)河北省國(guó)資委要求，從“十二五”起，不再增加地面煤矸石存儲(chǔ)量，到“十二五”末，全省國(guó)有煤炭企業(yè)將全面消化舊矸石山。這就要求邢臺(tái)礦區(qū)開(kāi)拓矸石的綜合利用途徑和方法，實(shí)現(xiàn)矸石零排放，并逐步消除原有矸石山。

冀中能源集團(tuán)冀中股份有限公司于2011年3月份在國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)率先提出:從2011年起建設(shè)國(guó)內(nèi)首個(gè)無(wú)矸石山的綠色礦區(qū)，用五年時(shí)間，消滅邢臺(tái)礦區(qū)全部5座矸石山。其矸石綜合利用途徑主要包括:

利用矸石充填技術(shù)實(shí)現(xiàn)井下矸石不再升井，通過(guò)矸石對(duì)采空區(qū)的煤巷進(jìn)行支撐，有效防止地表沉陷，最大限度地開(kāi)采煤炭資源。

運(yùn)用循環(huán)發(fā)展技術(shù)，以矸石為原材料建成以“煤-電-建材”為核心的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)污染物的減量化、資源化、再利用。

其中利用充填采煤技術(shù)處置矸石，即可減少煤矸石的排放，又可減輕開(kāi)采沉陷的危害，提高礦井資源回收率，是實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采的理想途徑和關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，矸石充填開(kāi)采是解決煤礦環(huán)境問(wèn)題的理想途徑。

3 矸石充填開(kāi)采工藝的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 邢東礦矸石回填巷道工藝實(shí)踐

邢東礦地處邢臺(tái)市區(qū)三環(huán)以?xún)?nèi)，地面村莊密集，密度達(dá)1.0個(gè)/km3，建筑物下壓煤6000多萬(wàn)噸，占礦井總儲(chǔ)量的82%。井田范圍內(nèi)耕地均為基本農(nóng)田，城市環(huán)保要求不能在地面建設(shè)矸石山。

建筑物壓煤多和地面無(wú)法建矸石山的現(xiàn)實(shí)，使邢東礦成功開(kāi)創(chuàng)了一條井下矸石回填的發(fā)展之路——即在煤柱中布置矸石充填巷，首先對(duì)矸石充填巷掘進(jìn)采煤，在永久煤柱中掘進(jìn)500～600m的煤巷，然后進(jìn)行矸石回填巷道，采用拋?lái)窓C(jī)對(duì)形成的巷道由內(nèi)向外充填矸石，保證充填后的地表變形在地表建(構(gòu))筑物允許的范圍之內(nèi)。

矸石回填巷道技術(shù)的主要機(jī)理為利用巖巷產(chǎn)生的矸石置換出永久煤柱的煤炭資源。合理布置掘進(jìn)巷道，在巷道變形前完成巷道的充填是矸石回填成功的關(guān)鍵。掘進(jìn)矸石裝車(chē)后通過(guò)軌道大巷，經(jīng)運(yùn)料車(chē)場(chǎng)進(jìn)入充填工程上部車(chē)場(chǎng)的矸石倉(cāng)上口，通過(guò)推車(chē)機(jī)、翻車(chē)機(jī)翻入矸石倉(cāng)。經(jīng)破碎機(jī)將矸石粒徑破碎至150mm以下，矸石倉(cāng)下安裝給料機(jī)。矸石通過(guò)給料機(jī)裝載至可伸縮帶式輸送機(jī)的機(jī)頭的受料處，再由輸送機(jī)運(yùn)至機(jī)尾卸載滾筒處，將矸石卸載到充填部前端的拋射皮帶上，由拋射皮帶將矸石充填至巷道。

矸石經(jīng)輸送機(jī)完成回填后，再對(duì)巷道的矸石回填空隙采用注漿法加以密實(shí)回填，使巷道充填率提高。注漿原料為粒徑小于5mm的矸石粉末，通過(guò)注漿系統(tǒng)加壓注入矸石回填空隙。

整個(gè)回填過(guò)程全部在井下完成，煤炭采出率為50～60%，充填率平均為85%。經(jīng)實(shí)際觀測(cè)，地面沒(méi)有明顯沉陷，地表設(shè)施穩(wěn)定，地面建筑物完好無(wú)損，充填開(kāi)采效果良好。

采用矸石充填技術(shù)，使邢東礦實(shí)現(xiàn)了矸石不升井、采煤不遷村，有效的避免地表沉陷和矸石地面堆放，還提高了煤炭資源回收率。7年來(lái)，邢東礦共計(jì)充填矸石30萬(wàn)m3，置換出煤炭44.9萬(wàn)噸，直接經(jīng)濟(jì)效益2.8億元，另外環(huán)境效益非?？捎^。

3.2 邢臺(tái)礦矸石固體充填開(kāi)采工藝實(shí)踐

邢臺(tái)礦位于邢臺(tái)市西南部，礦井剩余儲(chǔ)量大多為邊角煤柱，開(kāi)采越來(lái)越困難。井田內(nèi)村莊等建、構(gòu)筑物密集，占?jí)捍罅棵禾抠Y源。邢臺(tái)礦現(xiàn)有一座矸石山，堆積量為380萬(wàn)噸，占地面積為8hm2。

自2008年開(kāi)始，邢臺(tái)礦采用矸石(配比粉煤灰)充填至采空區(qū)，減少地表沉陷，回采煤炭資源。矸石通過(guò)皮帶直接輸送到地面充填站，電廠粉煤灰與矸石按照一定比例混合，通過(guò)螺旋給料機(jī)到大直徑充填鉆孔，利用自重投放到井下儲(chǔ)料倉(cāng)，再通過(guò)皮帶輸送到工作面機(jī)尾，對(duì)采后空間進(jìn)行充填，并由支架上的搗實(shí)機(jī)構(gòu)給予夯搗密實(shí)，達(dá)到支撐頂板的目的。

充填材料選用矸石(粒徑50mm以下)與粉煤灰混合物(以適當(dāng)比例混合)；充填系統(tǒng)采用豎管投料、皮帶和刮板輸送機(jī)運(yùn)輸；充填工藝在支架后吊裝運(yùn)矸裝置、配以搗實(shí)機(jī)構(gòu)、確定合理步距與采煤工藝配套；增設(shè)頂板下沉觀測(cè)儀器，在地表和井下綜合觀測(cè)地表下沉控制狀況。

邢臺(tái)礦首采工作面于2009年5月完成充填開(kāi)采，回采煤炭11.45萬(wàn)噸，充填矸石粉煤灰12.6萬(wàn)噸。根據(jù)邢臺(tái)礦地測(cè)科的觀測(cè)結(jié)果:大巷底板隨工作面推進(jìn)下沉最大值為234mm，最大下沉速度約為14mm/d。礦用鐵路實(shí)測(cè)最大下沉值為95mm，公路實(shí)測(cè)最大下沉值為71mm，地面建構(gòu)筑物所受的影響小于三下采煤規(guī)程的允許變形值。

第二個(gè)工作面于2009年12月投入試采。2010年3月，煤矸石井下充填開(kāi)采單月產(chǎn)量達(dá)到5.1萬(wàn)噸。截至2011年邢臺(tái)礦共充填矸石60多萬(wàn)噸，相當(dāng)于現(xiàn)有矸石山的1/6。

在“十二五”期間，邢臺(tái)礦將陸續(xù)回采第3、4個(gè)充填開(kāi)采的工作面，共安排8個(gè)充填開(kāi)采工作面，估計(jì)將有180萬(wàn)噸矸石充填到井下。采用煤矸石井下充填開(kāi)采，可以解放大量呆滯煤，使原來(lái)各類(lèi)煤柱的開(kāi)采成為可能。就邢臺(tái)礦而言，可增加煤炭可采儲(chǔ)量5000多萬(wàn)噸，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限20年，相當(dāng)于再造一個(gè)邢臺(tái)礦。

3.3 東龐礦煤矸石膏體充填開(kāi)采實(shí)踐

為盡快釋放“三下”壓煤，東龐礦正在調(diào)研工作面采后矸石膏體充填工藝。該技術(shù)將煤矸石、粉煤灰與水泥等材料按比例攪拌成漿，從地面通過(guò)鉆孔和管道輸送到井下待充填采場(chǎng)，快速凝固后有效支撐巖層。若煤矸石膏體充填開(kāi)采技術(shù)在東龐礦實(shí)驗(yàn)成功，將為邢臺(tái)礦區(qū)消滅地面矸石山、加快綠色礦山建設(shè)進(jìn)程提供新的技術(shù)支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

2012年底，冀中能源集團(tuán)冀中股份有限公司所有礦井應(yīng)用矸石回填巷道技術(shù)，今后不會(huì)再產(chǎn)生新的矸石山。同時(shí)應(yīng)用采后矸石充填技術(shù)將原有地面矸石山搬回井下“老家”，實(shí)現(xiàn)了一邊采煤，一邊充填，地表下沉同比減少22%，使“三下”呆滯資源逐步得到解放，礦井持續(xù)發(fā)展能力得到極大增強(qiáng)。

邢臺(tái)礦區(qū)通過(guò)煤矸石井下充填開(kāi)采，減少地面沉降，避免村莊搬遷；同時(shí)消滅矸石山，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的政策，加快綠色礦山建設(shè)進(jìn)程；解放大量“三下”煤炭資源，為企業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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