龍峰煤業(yè)充填開(kāi)采可行性及其效益分析

吳建杰

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)龍峰煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 032200）

0 引言

山西焦煤集團(tuán)龍峰煤業(yè)屬于重組煤炭企業(yè)，該礦3 號(hào)煤層已開(kāi)采完畢。目前，正在開(kāi)采3 號(hào)煤層下位9號(hào)、10 號(hào)煤層。該礦3 號(hào)煤層以往采用房柱式開(kāi)采工藝，由于該工藝為早期落后工藝，煤炭資源采出率低，僅可采出25%～30%的煤炭資源，大量的煤柱遺留在采空區(qū)，造成了煤炭資源的大量損失?？紤]到3 號(hào)煤為優(yōu)質(zhì)煤炭資源，具有極大的開(kāi)采價(jià)值。同時(shí)，為提高礦井服務(wù)年限，提出對(duì)3 號(hào)煤層進(jìn)行矸石充填開(kāi)采，通過(guò)充填開(kāi)采置換3 號(hào)煤層優(yōu)質(zhì)資源。本文根據(jù)3 號(hào)煤層實(shí)際條件，對(duì)礦井充填開(kāi)采可行性進(jìn)行研究，并分析了充填開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)效益，為后期充填工程的實(shí)施提供參考。

1 充填開(kāi)采的可行性

龍峰煤業(yè)在開(kāi)采9 號(hào)、10 號(hào)煤層過(guò)程中會(huì)生產(chǎn)大量的矸石，這些矸石需要通過(guò)專門設(shè)計(jì)的運(yùn)輸系統(tǒng)由井下運(yùn)輸至地面處理。在矸石處理過(guò)程中，不僅消耗大量的人力和費(fèi)用，而且運(yùn)輸至地面的矸石若處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，與礦井綠色可持續(xù)發(fā)展相悖[1-3]。因此，為了保證3 號(hào)煤層優(yōu)質(zhì)煤炭資源的安全開(kāi)采，有效處理、處置煤矸石，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化再利用，可將礦井回采及開(kāi)拓所產(chǎn)生的煤矸石運(yùn)輸至3號(hào)煤層綜采工作面的采空區(qū)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填處理。

1）矸石充填開(kāi)采，可有效處理礦井每年所生產(chǎn)的煤矸石30 萬(wàn)t 以上，避免了煤矸石長(zhǎng)距離運(yùn)輸至地面，節(jié)約了人工成本和運(yùn)輸費(fèi)用，也節(jié)約了地面矸石處理和環(huán)境治理費(fèi)用。

2）煤矸石變廢為利，可有效置換出3 號(hào)煤層優(yōu)質(zhì)煤炭資源，增加了礦井營(yíng)業(yè)收入，具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3）3 號(hào)煤層充填開(kāi)采后，避免了原有的不規(guī)則采空區(qū)上覆巖層垮落對(duì)下位9 號(hào)、10 號(hào)煤層開(kāi)采的影響，可有效確保下位9 號(hào)、10 號(hào)煤層安全高效開(kāi)采。

4）3 號(hào)煤層埋深淺，平均埋深僅為100m 左右，煤層賦存區(qū)域遺留的采空區(qū)上覆巖層在下沉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)地表裂縫、不規(guī)則沉降等現(xiàn)象，造成地表建筑物破壞或地下水系統(tǒng)損壞[4-6]，充填開(kāi)采可以有效減緩地表沉陷，避免對(duì)地表建筑物的破壞，節(jié)約了對(duì)地表建筑物的維修費(fèi)用。

基于上述分析，龍峰煤業(yè)在開(kāi)采地質(zhì)、充填物料等方面具備了充填開(kāi)采的條件，且通過(guò)充填開(kāi)采對(duì)提高礦井的安全和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義，龍峰煤業(yè)3 號(hào)煤層采用矸石充填方案具有較高的可行性。

2 3 號(hào)煤層充填開(kāi)采成套裝備及投資估算分析

在前期地質(zhì)探測(cè)的基礎(chǔ)上，掌握3 號(hào)煤層目前遺留煤柱及采空區(qū)分布情況。在此基礎(chǔ)上，在3 號(hào)煤層內(nèi)布置充填工作面，充填工作面主要技術(shù)裝備為采煤機(jī)、特總液壓支架、特種刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶自移機(jī)尾和帶式輸送機(jī)等，成套裝備配置情況如表1 所示。

表1 3 號(hào)煤層充填工作面設(shè)備配置表

龍峰煤業(yè)3 號(hào)煤層綜采工作面使用MG400/970（982）-WD 型采煤機(jī)，投資估算為750 萬(wàn)元。選用SGZ800/800 型刮板輸送機(jī)（工作面正常開(kāi)采運(yùn)煤和架后矸石運(yùn)輸）、SZZ800/400 型轉(zhuǎn)載機(jī)、PLM2000型破碎機(jī)和ZY2700 型皮帶機(jī)自移機(jī)尾，投資估算為2 700 萬(wàn)元。工作面中部支架選用F8Z000/22/35D、過(guò)渡架選用ZFG9000/22/38D、 端頭支架型號(hào)為ZT19200/20/40D，全部支架投資估算約為5 000 萬(wàn)元。工作面智能化控制系統(tǒng)包括液壓支架電液控制系統(tǒng)、順槽集中控制中心、地面遠(yuǎn)程控制中心、三機(jī)及皮帶控制系統(tǒng)、水處理控制系統(tǒng)、配電監(jiān)控系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)等，投資估算約為4 500 萬(wàn)元。成套裝備投資估算共計(jì)12 950 萬(wàn)元。

3 矸石充填方案及充填設(shè)備投資估算分析

3.1 矸石充填方案

煤矸石充填方案有高濃度漿體充填以及固體煤矸石充填兩類[7-8]。根據(jù)3 號(hào)煤層實(shí)際賦存條件分析，確定采用高濃度漿體充填方案，即將煤矸石分級(jí)處理后，通過(guò)設(shè)備破碎成顆粒狀，按照一定的配比與粉煤灰等材料混合后形成高濃度漿體材料，通過(guò)高壓注漿泵將漿體泵入工作面采空區(qū)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填處理。

3.2 矸石充填系統(tǒng)投資估算

龍峰煤業(yè)目前的生產(chǎn)系統(tǒng)每年可以生產(chǎn)30 萬(wàn)t煤矸石，按照此規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，建設(shè)年產(chǎn)量30 萬(wàn)t 的充填工作面，包括煤矸石分級(jí)分質(zhì)處理系統(tǒng)、煤矸石與粉煤灰等煤基固體廢料配比制作高濃度漿體的配料系統(tǒng)、高濃度漿體材料充填系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)等。

1）煤矸石分級(jí)分質(zhì)處理系統(tǒng)主要講煤矸石分成煤炭、矸石和土回收煤炭并改善煤矸石骨料的物理力學(xué)性質(zhì)，成套系統(tǒng)投資估算為170 萬(wàn)元。

2）配料制漿系統(tǒng)主要根據(jù)煤矸石分級(jí)分質(zhì)形成的骨料，配合粉煤灰等固體廢料，制備高濃度漿體材料，投資估算為200 萬(wàn)元。

3）注漿系統(tǒng)主要用于在高壓下降高濃度漿體注入工作面采空區(qū)，投資估算為290 萬(wàn)元。

4）集中控制系統(tǒng)主要實(shí)施漿體充填過(guò)程中的集中管控，投資估算為150 萬(wàn)元。

4 效益分析

4.1 支出分析

1）設(shè)備支出。3 號(hào)煤層工作面充填開(kāi)采成套裝備投資估算為12 950 萬(wàn)元。成套注漿充填系統(tǒng)投資估算為810 萬(wàn)元。采區(qū)大巷、回采巷道掘進(jìn)作業(yè)和通風(fēng)作業(yè)所需的設(shè)備，投資估算為1 000 萬(wàn)元。設(shè)備投資估算共計(jì)14 760 萬(wàn)元。

2）人工支出。包括3 號(hào)煤層采區(qū)大巷、工作面回采巷道掘進(jìn)及綜采工作面布置和工作面回采所需的人工費(fèi)用，估算金額為8 000 萬(wàn)元/a。

3）其他支出。包括安全、環(huán)保、管理等其他費(fèi)用，預(yù)算金額為600 萬(wàn)元/a。

4.2 節(jié)約資金分析

1）矸石處理及充填材料費(fèi)用。龍峰煤業(yè)目前采掘生產(chǎn)矸石30 萬(wàn)t，充填開(kāi)采之前這部分矸石會(huì)通過(guò)長(zhǎng)距離復(fù)雜的運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至地面處理。充填開(kāi)采后，矸石會(huì)直接運(yùn)輸至充填處理站，每年可節(jié)約3 000 萬(wàn)元。

2）安全投入、地表建筑物維護(hù)等費(fèi)用。3 號(hào)煤層采用充填開(kāi)采技術(shù)后可以避免地表建筑物等的破壞，節(jié)省了地表設(shè)施維護(hù)費(fèi)用以及安全生產(chǎn)投入費(fèi)用，每年可節(jié)省800 萬(wàn)元。

4.3 充填開(kāi)采收益分析

3 號(hào)煤層布置充填工作面后，預(yù)計(jì)每年可以生產(chǎn)煤炭資源30 萬(wàn)t。3 號(hào)煤層屬于優(yōu)質(zhì)煤炭資源，按照市場(chǎng)價(jià)1 000 元/t 預(yù)估，每年可獲得營(yíng)業(yè)收入30 000 萬(wàn)元。

4.4 效益分析

1）經(jīng)濟(jì)效益。3 號(hào)煤層充填開(kāi)采工作面每年可以獲得營(yíng)業(yè)收入30 000 萬(wàn)元，扣減設(shè)備支出14 760 萬(wàn)元、人工支出8 000 萬(wàn)元和其他支出600 萬(wàn)元，一年即可收回全部的設(shè)備投入費(fèi)用，并可獲得毛利潤(rùn)6 640 萬(wàn)元?？紤]到節(jié)約的成本，第一年即可獲得毛利潤(rùn)10 440 萬(wàn)元。因此，3 號(hào)煤層充填開(kāi)采可為礦方帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2）社會(huì)效益。煤炭資源綠色開(kāi)采是煤炭行業(yè)發(fā)展的方向，龍峰煤業(yè)3 號(hào)煤層采用充填開(kāi)采后，有助于延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，有助于煤炭企業(yè)綠色、高效開(kāi)采和可持續(xù)發(fā)展，具有顯著的社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在分析龍峰煤業(yè)3 號(hào)煤層充填開(kāi)采可行性的基礎(chǔ)上，對(duì)充填開(kāi)采所需的設(shè)備和充填開(kāi)采系統(tǒng)進(jìn)行初步投資估算，結(jié)果表明，3 號(hào)煤層充填開(kāi)采，可為企業(yè)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并為后期充填開(kāi)采的實(shí)施提供參考。后期實(shí)際實(shí)施之前，應(yīng)采用高密度磁法、瞬變電磁閥和高精度三維地震法等方法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行綜合勘察，了解3 號(hào)煤層采空區(qū)實(shí)際分布情況，結(jié)合具體的開(kāi)采地質(zhì)條件，制定詳細(xì)的充填開(kāi)采技術(shù)方案及安全施工方案，確保3 號(hào)煤層充填工作面安全、高效開(kāi)采。