矸石充填采煤法的研究应用与前景展望

矸石充填采煤法的研究应用与前景展望

刘杰，杨宇杰

(郭庄矿业有限责任公司锦丘煤矿，山东滕州277500)

摘要用充填法处理采空区，不仅能够有效地控制顶板，减小地表下沉量，而且能够充分利用矸石，实现矸石不上井、不占地，减少环境污染。通过分析以往皮带抛矸充填出现的问题，进行泵送矸石充填的研究与应用，基本解决了皮带抛矸充填出现的问题。结合沿空留巷和冒落区充填法的优势，提出了机械充填采煤法的前景展望。

关键词矸石充填皮带抛矸充填泵送矸石充填冒落区充填法

中图分类号TD823．7文献标识码A

长期以来，煤矿矸石都被当作废弃物，以堆积成山的方式处理。矸石山侵占土地，污染大气、水和土壤，甚至产生山体爆炸、滑坡、泥石流等灾害［1］。矸石充填法实现矸石回填不上井、不占地、减少环境污染，减小地表下沉量。采空区是井下最大空间，在采空区处理矸石，是最经济、合理的方案。用充填法处理采空区，按输送充填材料的动力不同，可分为自溜充填、风力充填、机械充填和水力充填。

1国内外研究现状

充填开采在国际上已有数百年的历史，最早有计划进行矿山充填的是1915年澳大利亚的塔斯马尼亚芒特莱尔和北莱尔矿应用废石充填矿房［2］。近60年来，充填开采技术在国内外贵重金属和非金属矿山的研究和应用中取得了长足的发展，先后经历了废弃物干式充填阶段、水砂充填阶段、细砂胶结充填阶段和以高浓度充填、膏体充填、块石砂浆胶结充填、全尾矿胶结充填等为代表的现代充填采矿阶段，取得了显著的经济和社会效益［3］。中国矿业大学、中南大学等与有关矿山合作进行的煤矿膏体充填和胶结充填技术的研究已经取得了一些成就，但已进行的工业性试验表明，由于存在着技术工艺较复杂和成本过高等问题，使其推广应用范围受到了一定程度的限制。

20世纪40年代，欧洲采煤国家利用水砂充填进行了建筑物下采煤试验，我国抚顺、新汶等煤矿区从20世纪60年代开始采用水砂充填进行了建筑物下采煤试验。由于其采煤效率低、经济成本高和河砂充填材料严重不足等原因，目前水砂充填技术在国内外已很少使用。矸石自溜充填只适用于急倾斜煤层，风力充填对充填系统、设备和充填材料的要求比较高，适用范围较小。同时，由于缺乏完善的充填设备支持，充填工

*收稿日期：2012－02－02

作者简介：刘杰，男，安徽太和人，工程师，现任滕州郭庄矿业有限责任公司锦丘煤矿副总工程师。艺落后，充填作业对采煤生产影响很大，生产效率低，工人劳动强度很高，使矸石充填开采始终没有得到较大的发展和推广［2］。

2机械充填采煤法的研究与应用

过去常用的皮带抛矸充填设备主要包括：运矸皮带输送机，工作面的充填刮板输送机和抛矸机。虽实现了矸石回填采空区，但充填系统复杂、设备多、费用高、粉尘大、劳动作业环境差。

某矿在61303工作面成功应用泵送矸石充填开采技术，基本解决了皮带抛矸充填过程中出现的问题，能够在井下处理矸石，以矸换煤，实现地面无矸石山、高效清洁生产开采。61303工作面泵送矸石充填采空区方案为：在采区适当位置布置一条排矸斜巷和一个矸石仓，掘进工作面矸石经皮带转载到2．2t矿车内，矸石2．2t矿车经西大巷运至六采辅助下山上部车场，卸至矸石仓内，矸石经K－2型给料机和SD型排矸皮带卸至PCS1200型碎石机喂料口，碎石机对矸石进行粉碎，矸粉及颗粒通过YDB－11型给料皮带输送机进入JS1000型搅拌机加水充分搅拌成胶结体，再用溜槽溜至HBM80－16型煤矸石输送泵经直径159mm管路充填采空区。

利用61303东上巷与排矸下山的四岔门以下做简单矿建工程（卧底）布置泵送矸石设备硐室，可同时对六采下山十三层所有工作面进行泵送矸石充填。可同时对六采下山十三层所有工作面进行泵送矸石充填。设备布置及工艺流程分别如图1和图2所示。

根据该矿应用泵送矸石充填开采的实践可以看出，泵送矸石充填开采与以往所用的皮带抛矸充填开采相比，减少了设备数量，每个工作面减少柱梁鞋300套，撤除了四部充矸皮带机、两部充矸溜子和两部抛矸机，减少了开关电缆等的占用，使矸石充填系统变得更加简单经济，容易操作，降低了工人劳动强度，每个工作面每班可减少人员6个，使充填过程中粉尘大大减少，改善了工作环境，具有很广泛的(下转第122页)

min ，西翼回风大巷最大回风能力为6576m 3

/min 。当矿井生产重心转移到西翼后，西翼两条主要进回风巷道均出现风速超限的情况。

（4）矿井主要通风机电动机能力不足。矿井主要通风机型号为BDK618Ⅱ－8－ɴ26，配用电动机功率2ˑ355kW ，根据实测资料，两级电动机的输入功率及功率比为1．21。

（5）矿井总风量严重不足。随着矿井生产向西翼发展，由于矿井总风阻的增大，总风量将减小。根据矿井计划风量必须调节通风机的叶片角度，但由于受电动机能力的限制，通风机叶片最大可调角度只有0ʎ。

4通风系统改造方案及基本要求

4．1

矿井通风系统改造的基本要求

（1）解决西翼轨道大巷和回风大巷风速超限的问题；（2）提高主要通风机的通风能力；（3）确保全矿井布置3个采煤工作面、

1个备用面、11 12个掘进工作面，采煤工作面风量在612m 3

/min 以上，

矿井总风量满足要求，且留有一定的可调节余地。4．2

通风系统改造方案

（1）方案一：补掘西翼进风巷和回风巷由于西翼的通风能力不足，西翼进风大巷和回风大巷的风速均超限，必须扩大西翼进风巷和回风巷的断面积，以解决西翼进风和回风能力不足的问题。

（2）方案二：更换主要通风机

本方案是在方案一的基础上更换矿井主通风机，根据通风困难时期矿井需风量的要求，主通风机的选

型风量为9568m 3

/min ，风压为3151Pa 。初选风机FB-CDZ －ɴ28风机。

（3）通风系统优化方案确定根据矿井不同时期矿井通风系统状况以及矿井的实际条件的分析，目前筹备资金也比较困难，受到各种(上接第120页

)

图1

泵送矸石充填采空区设备布置图

图2

泵送矸石充填采空区工艺流程图

推广应用前景。3

应用前景展望

（1）研究在充填矸石浆的基础上添加水泥、粉煤灰及其他材料提高充填体强度，配合实施沿空留巷，减少巷道掘进量，

提高煤炭资源回收率。（2）进一步改进泵送矸石充填系统，应用冒落区充填法。冒落区充填法与传统的充填法不同的是，工

作面后方的采空区不需要保留支护，任其自由垮落。当堆积在采空区内的垮落岩块尚未被上覆岩体压实之前，利用专门的管路系统输入可胶结或不胶结材料，将垮落岩块之间的空隙填满。它充分利用了冒落岩块的碎胀性，其要点是将膏状浆液充填到工作面后方冒落松散的矸石空隙中，与矸石胶结形成类似于混凝土的支撑体。充填材料由粉煤灰、破碎矸石、煤泥等骨料以及高分子添加剂混合而成，充填系统与工作面输送机相连，

随工作面推进而前移［4］

。由于这种方法不需要

工作人员支护采空区，更加有利于保护工作人员安全，而且还减少了支护费用。在泵送矸石充填系统的基础上更加容易实现冒落区充填法。某矿曾针对某县城下条带开采设计了冒落区注浆充填采煤工业性试验

［5］

，

基于绿色开采理念，提出了煤电一体化充填新工艺，并以工业试验方案为例，对冒落区充填法进行了初步设计，该设计的主要缺点是运输及粉煤灰仓储基建工程量大，造价较高［5］

。所以只有经过论证后在更加经济

的基础上才更适合应用冒落区充填法。

参考文献：

［1］张宏伟，郭忠平．矿区绿色开采技术［M ］．徐州：中国矿业大学出版社，

2008［2］缪协兴，张吉雄，郭广礼．综合机械化固体充填采煤方法与技术研究［J ］．煤炭学报，

2010，35（01）：1 5［3］刘同有，蔡嗣经．国内外膏体充填技术的应用与研究现状［J ］．中国矿业，

1998，7（05）：1 4［4］李白英，等．开采损害与环境保护［M ］．北京：煤炭工业出版社，2003

［5］李兴尚．建筑物下条带开采冒落区注浆充填减沉技术的理论研究［

D ］．中国矿业大学，2008