矸石充填工作面關(guān)鍵技術(shù)探索與研究

鄭 州

（山東東山古城煤礦有限公司，山東 兗州 272100）

煤矸石露天排放和采空區(qū)引起的地表塌陷是煤礦生產(chǎn)引發(fā)環(huán)境問(wèn)題最主要的根源。原生矸石充填開(kāi)采技術(shù)可回收條帶遺留煤柱和建筑物下壓煤，可減少地表下沉，實(shí)現(xiàn)矸石不出井，減輕提升、運(yùn)輸?shù)膲毫?，在延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限的同時(shí)，也給礦井帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 概況

古城煤礦地面建筑物密集，整個(gè)井田分為“三下壓煤”區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。建礦以來(lái)，一直開(kāi)展條帶開(kāi)采的研究和實(shí)踐，但回采率低的問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決。近年來(lái)，礦井致力于巷道矸石置換充填技術(shù)的研究，煤炭采出率有所提高，可仍有40%左右的煤炭資源得不到回收，浪費(fèi)現(xiàn)象依然存在。

針對(duì)煤礦充填開(kāi)采效率低、開(kāi)采成本偏高的問(wèn)題，古城煤礦提出了氣動(dòng)力矸石充填聯(lián)合采煤法的概念：將井下采掘過(guò)程中產(chǎn)生的矸石分離、破碎后運(yùn)至回采工作面直接充填采空區(qū)，先通過(guò)搗實(shí)充填構(gòu)件反復(fù)推壓夯實(shí)，實(shí)現(xiàn)工作面下落式充填開(kāi)采，再通過(guò)氣動(dòng)力矸石聯(lián)合充填裝置，將輸送管路給入的矸石沿管路輸送到工作面上部的未充實(shí)區(qū)域，經(jīng)搗實(shí)構(gòu)件反復(fù)推壓夯實(shí)并接頂，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)全斷面充填。如圖1、圖2、圖3所示。

2 氣動(dòng)力矸石聯(lián)合充填采煤法

2.1 巷道布置

工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤法。兩順槽平行布置，工作面通過(guò)12采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山與大巷連接進(jìn)風(fēng)，工作面通過(guò)回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷、采區(qū)回風(fēng)上山、總回風(fēng)巷形成工作面回風(fēng)系統(tǒng)。

2.2 設(shè)備布置

工作面進(jìn)風(fēng)順槽（運(yùn)料巷道）安裝有運(yùn)矸皮帶，回風(fēng)順槽（運(yùn)煤巷道）安裝有破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)煤皮帶，工作面配備MG250/601-QWD采煤機(jī)1臺(tái)、ZC4000/14.5/30充填專用支架23架、SGZ730/400可彎曲刮板輸送機(jī)、吊掛皮帶等主要設(shè)備。

2.3 充填方法

2.3.1 頂板管理

工作面控頂區(qū)內(nèi)頂板移架前掛金屬網(wǎng)并在支架間適當(dāng)間距采用錨網(wǎng)支護(hù)，選用Φ22×2500mm等強(qiáng)樹(shù)脂錨桿控制頂板，從而減緩采空區(qū)頂板下沉速度，使工作面達(dá)到設(shè)計(jì)充填效果。

圖1 氣動(dòng)力矸石聯(lián)合充填工作面平面示意圖

圖2 Ⅰ-Ⅰ斷面

圖3 Ⅱ-Ⅱ斷面

2.3.2 生產(chǎn)工藝

（1）落煤、裝煤、運(yùn)煤

由采煤機(jī)割煤，采用常用煤機(jī)滾筒與刮板輸送機(jī)配合裝煤，割采生產(chǎn)的原煤經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶順槽上的運(yùn)煤皮帶、聯(lián)絡(luò)巷皮帶（底層）轉(zhuǎn)載運(yùn)出。

（2）移架、推溜

采煤機(jī)割煤過(guò)后，將采煤機(jī)移架，移架完成后，根據(jù)工作面上的刮板輸送機(jī)的上竄下滑情況，采用自上而下或自下而上的順序推溜。

（3）破碎矸石

將井下掘進(jìn)產(chǎn)生的矸石分級(jí)破碎后，運(yùn)到設(shè)在采區(qū)矸石倉(cāng)的齒輥式破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行破碎。

（4）下落矸石

采用氣動(dòng)力矸石聯(lián)合充填裝置對(duì)工作面采空區(qū)矸石進(jìn)行充填。使用液壓支架后側(cè)上方吊掛的皮帶輸送矸石，并配合皮帶攔矸器，將充填材料運(yùn)至工作面的各充填點(diǎn)。然后，通過(guò)遙控開(kāi)啟風(fēng)動(dòng)力裝置，將吊掛皮帶運(yùn)送的矸石吹出，殘余矸石則通過(guò)后部關(guān)閉的攔矸器，實(shí)現(xiàn)下落充填，攔矸器通過(guò)液壓千斤頂實(shí)現(xiàn)控制。在完成一個(gè)作業(yè)循環(huán)的采煤工作后，開(kāi)始采空區(qū)充填。充填順序由上至下，操控支架的搗實(shí)構(gòu)件由下至上進(jìn)行搗實(shí)，實(shí)現(xiàn)從機(jī)尾至機(jī)頭的全面充填。

（5）氣動(dòng)力輸送系統(tǒng)充填矸石

氣動(dòng)力輸送系統(tǒng)采用正壓輸送方式，矸石從上游皮帶輸送機(jī)通過(guò)犁式卸料器給入螺旋給料機(jī)，利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)以壓縮空氣為動(dòng)力作為動(dòng)力來(lái)源，將給入的矸石沿管路輸送到工作面，噴射至采空區(qū)域，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)上部充填壓實(shí)。

3 工藝特點(diǎn)及技術(shù)要求

（1）移架過(guò)程中要拉線移架，保證移架后支架一條直線。矸石破碎粒度小于等于50mm。

（2）高壓風(fēng)動(dòng)力裝置包括用于與高壓風(fēng)機(jī)相連的風(fēng)管，在朝向吊掛皮帶位置處的風(fēng)管上安裝有若干個(gè)高壓噴頭，所述高壓噴頭通過(guò)高壓氣流將吊掛皮帶上運(yùn)送的矸石吹入支架尾梁后方的工作面采空區(qū)。

（3）氣動(dòng)力輸送系統(tǒng)包括安裝在軌道順槽一側(cè)的螺旋給料機(jī)，在螺旋給料機(jī)的下游安裝有作為動(dòng)力源的羅茨風(fēng)機(jī)。螺旋給料機(jī)通過(guò)犁式卸料器接收皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸過(guò)來(lái)的矸石，羅茨風(fēng)機(jī)的出口與輸送管路相連，并通過(guò)輸送管路將待給入的矸石沿管路輸送到工作面上部的未充實(shí)區(qū)域。

4 效果評(píng)價(jià)

該方法具有設(shè)備投資少、工藝簡(jiǎn)單、充填料價(jià)格低廉的特點(diǎn)，解決了建筑物下壓煤、煤矸石處理、環(huán)境污染、輔助運(yùn)輸四大難題，實(shí)現(xiàn)了礦井矸石不升井、減小采動(dòng)對(duì)地面影響的目標(biāo)，而且將副井從繁雜的矸石提升運(yùn)輸中解放出來(lái)。

該礦自2017年推行充填開(kāi)采以來(lái)，充填矸石16.4萬(wàn)t，置換原煤11.8萬(wàn)t，減少矸石占地面積的同時(shí)，也降低了地面塌陷賠款，緩解了礦井運(yùn)輸壓力，實(shí)現(xiàn)了副井、主井的聯(lián)合提煤，提高了精煤產(chǎn)量和礦井總體產(chǎn)量。原煤煤質(zhì)平均發(fā)熱量超過(guò)4700kcal ，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益7800萬(wàn)元。

5 結(jié)論

開(kāi)展矸石充填開(kāi)采技術(shù)的研究，其目的是為了最大量提高壓煤采出率，實(shí)現(xiàn)條帶遺留煤柱和建筑物下壓煤的回收，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。經(jīng)聯(lián)合攻關(guān)，氣動(dòng)力矸石充填聯(lián)合采煤法實(shí)現(xiàn)了充填開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的突破，成功開(kāi)發(fā)了具有自主創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)原生矸石充填開(kāi)采工藝。該項(xiàng)目，已達(dá)到國(guó)內(nèi)原生矸石充填的先進(jìn)水平，減輕了采礦作業(yè)對(duì)自然環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的“綠色開(kāi)采”，是煤礦充填開(kāi)采的大創(chuàng)新，有力地促進(jìn)了我國(guó)煤礦井下充填開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展。