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［摘要］隨著國家對環(huán)保問題零容忍態(tài)度的不斷深入，煤炭綠色開采成為一種必然。根據(jù)《葦子溝煤礦一期工程環(huán)境影響報告書》中提出的要求，全部洗選矸石用于井下回填。在礦井二期工程建設(shè)中，通過和設(shè)計院的不斷溝通，召開設(shè)計優(yōu)化專題會，主要從系統(tǒng)簡單靈活、運行穩(wěn)定、投資低、政策要求等方面考慮，最后確定保持在原巷道充填方案的基礎(chǔ)上優(yōu)化充填區(qū)域和矸石運輸方案，優(yōu)選出最合理的矸石井下充填系統(tǒng)方案。

［關(guān)鍵詞］矸石充填系統(tǒng)；設(shè)計優(yōu)化；巷道充填方式

1礦井概況

葦子溝煤礦位于新疆呼圖壁縣，井田面積為22.23km2，6、7、8號煤層為全區(qū)可采煤層，煤層平均厚度分別為3.13、7.93、5.20m，可采儲量2.85億t，礦井規(guī)劃生產(chǎn)規(guī)模為300萬t/a，核準(zhǔn)生產(chǎn)能力為240萬t/a（一期），服務(wù)年限83.2a。井田含煤地層為東西走向，向北傾斜的單斜構(gòu)造，傾角在12°~28°，首采區(qū)平均傾角18.6°。井田共劃分為3個生產(chǎn)水平，其中第一水平（+1010m）以回風(fēng)井為界劃分為一、二采區(qū)，位于淺部的是一采區(qū)，首采區(qū)為二采區(qū)，首采工作面為2601工作面。礦井初期采用斜井開拓方式，礦井按煤與瓦斯突出礦井設(shè)計，為易自燃類煤層，水文地質(zhì)條件為復(fù)雜類型。

2矸石充填系統(tǒng)原設(shè)計方案

2.1矸石充填系統(tǒng)概述。如何在煤炭資源高強度開發(fā)的同時，保護好礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，成為轉(zhuǎn)變煤炭發(fā)展方式的重要現(xiàn)實問題。根據(jù)《煤矸石綜合利用管理辦法》要求：“新建（改擴建）煤礦及選煤廠應(yīng)節(jié)約土地、防止環(huán)境污染，禁止建設(shè)永久性煤矸石堆放場（庫），鼓勵煤矸石井下充填”。因此，對葦子溝煤礦矸石進(jìn)行井下充填是必要的。根據(jù)已取得批復(fù)的《葦子溝煤礦一期工程環(huán)境影響報告書》中提出的要求，礦井年產(chǎn)矸石量約18萬t/a（地面洗選矸石15萬t/a，掘進(jìn)矸石3萬t/a），全部洗選矸石用于井下回填，不能及時利用的進(jìn)入矸石周轉(zhuǎn)場臨時堆放［1］。通過對目前國內(nèi)各種充填技術(shù)的研究，設(shè)計提出巷道充填方案、井下制膏埋管充填方案和工作面充填方案3種處理矸石的方案。通過對比分析，主要從系統(tǒng)簡單靈活、運行穩(wěn)定、投資低、政策要求等方面考慮，初步設(shè)計井下充填方案采用巷道充填方式。按照葦子溝年產(chǎn)矸石量，巷道斷面15m2，巷道充填率按0.85考慮，每年需要掘進(jìn)巷道為7843m，平均進(jìn)尺為654m/月，按照煤巷掘進(jìn)工作面進(jìn)尺350m/月計算，需要配備2個掘進(jìn)工作面。

2.2充填工作面布置。充填巷道布置于一水平集中回風(fēng)巷西側(cè)，井田邊界煤柱與大巷保護煤柱中間的區(qū)域。充填巷道采用南北向、沿著煤層傾角方向布置，采用分段充填形式，充填巷道長度為600m。

2.3矸石運輸方式。總體設(shè)計思路是利用礦井已基本建設(shè)完成的地面生產(chǎn)系統(tǒng)對矸石進(jìn)行分選，經(jīng)過破碎后通過汽車運至投料井到達(dá)井下儲料倉，再經(jīng)過帶式輸送機運至巷道充填工作面拋矸機進(jìn)行矸石充填。該系統(tǒng)主要由地面矸石運輸及破碎系統(tǒng)、井下矸石投料及儲裝運系統(tǒng)和工作面充填系統(tǒng)組成。矸石井下巷道充填系統(tǒng)總投資10337萬元，其中地面破碎站（含矸石緩沖倉）934萬，井巷工程6528萬元，設(shè)備及安裝工程2875萬元。

3矸石充填系統(tǒng)設(shè)計方案優(yōu)化

3.1設(shè)計優(yōu)化原則。葦子溝煤礦因建設(shè)周期的延長造成原有的設(shè)計概算已無法滿足需要。本著“效益最大化、系統(tǒng)最優(yōu)化”的建設(shè)原則，從設(shè)計源頭來確保礦井建設(shè)符合要求，同時還要優(yōu)化設(shè)計，節(jié)約投資。通過和設(shè)計院的不斷溝通，召開設(shè)計優(yōu)化專題會，最后確定保持在原巷道充填方案的基礎(chǔ)上優(yōu)化充填區(qū)域和矸石運輸方案，從而選出最合理的矸石井下充填系統(tǒng)方案［2］。

3.2巷道充填方案中充填區(qū)域方案對比。（1）方案1（原方案）。主要優(yōu)點是可以充分利用大巷與井田邊界之間的煤柱，提高資源回收效率；沿煤層傾向進(jìn)行拋矸充填，矸石可利用大傾角自溜充填，提高充填效率。主要缺點是沿煤層傾角掘進(jìn)難度較大，掘進(jìn)效率較低，初期巷道工程量較大。（2）方案2。充填巷道布置于一水平集中回風(fēng)巷西側(cè)，井田邊界煤柱與大巷保護煤柱中間的區(qū)域。充填巷道采用東西向、沿著煤層走向方向布置，采用分段充填形式，充填巷道長度185m。主要優(yōu)點是可以充分利用大巷與井田邊界之間的煤柱，提高資源回收效率，初期巷道工程量小。主要缺點是巷道充填工作面較短，搬家倒面次數(shù)較多，沿煤層走向進(jìn)行拋矸充填，充填效率較低。（3）方案3。充填巷道布置于一水平集中回風(fēng)巷東側(cè)，DF16斷層煤柱與大巷保護煤柱中間的區(qū)域。充填巷道采用南北向、沿著煤層傾角方向布置，采用分段充填形式，充填巷道長度325m。主要優(yōu)點是充分利用了大巷與斷層之間的區(qū)域；初期巷道工程量介于方案1和方案2之間；充填工作面長度介于方案1和方案2。主要缺點是影響斷層西側(cè)區(qū)域回采工作面布置，對后續(xù)工作面布置造成影響；該區(qū)域可布置充填工作面范圍較小，矸石充填服務(wù)年限較短。巷道充填方案中充填區(qū)域3種方案布置如圖1所示。

3.3巷道充填方案中矸石運輸方案對比。（1）方案1（原方案）。主要優(yōu)點是與礦井煤炭運輸系統(tǒng)及輔助運輸系統(tǒng)相互獨立，不會影響礦井生產(chǎn)；地面矸石運輸比較靈活，便于生產(chǎn)管理。主要缺點是系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多，需建立地面破碎站和投料井等，井巷工程量較大；投料井場地需征地。（2）方案2。副斜井絞車+矸石輔運巷絞車運輸矸石充填系統(tǒng)。總體思路為煤炭經(jīng)地面選煤廠洗選后，矸石經(jīng)副斜井絞車運輸至井底車場，再通過充填系統(tǒng)輔運巷中的絞車提升至充填工作面進(jìn)行充填。主要優(yōu)點是矸石從副斜井下放至井底車場后，通過矸石輔運巷絞車直接提升至充填工作面上部，矸石輔運巷提升絞車同時滿足了充填工作面掘進(jìn)期間的物料運輸；綜掘工作面可布置在充填區(qū)域下部，由采區(qū)下部往上掘進(jìn)，有利于掘進(jìn)施工作業(yè)；該系統(tǒng)較為簡單，井巷工程量最小。主要缺點是需要新建絞車房；由于井底車場不設(shè)矸石倉，矸石運輸缺少緩沖環(huán)節(jié)，在礦車矸石倒轉(zhuǎn)帶式輸送機運輸時，需設(shè)置水平矸石倉進(jìn)行轉(zhuǎn)載。（3）方案3。副斜井絞車+一水平集中輔運巷絞車運輸矸石充填系統(tǒng)。總體思路為煤炭經(jīng)地面選煤廠洗選后，矸石經(jīng)副斜井絞車運輸至井底車場，再通過一水平集中輔運巷的絞車提升，經(jīng)區(qū)段石門運至充填工作面進(jìn)行充填。主要優(yōu)點是矸石從副斜井下放至井底車場后，通過一水平集中輔運巷絞車直接提升至中部車場，利用原設(shè)計的輔助運輸系統(tǒng)改造工程量小；綜掘工作面可利用采區(qū)順槽的生產(chǎn)系統(tǒng)，有利于掘進(jìn)施工作業(yè)。主要缺點是需要對原設(shè)計輔運提升系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備升級；一水平集中輔運巷還需要兼顧礦井材料和設(shè)備運輸需求，系統(tǒng)負(fù)荷較大。

4最終設(shè)計方案的確定

4.1方案經(jīng)濟性對比。3種方案經(jīng)濟性對比如表1所示。由表1分析可知，方案1系統(tǒng)較為復(fù)雜，整體工程量大，設(shè)備及安裝費用高，總體投資10337萬元；方案2需要增加矸石輔運系統(tǒng)，工程量和設(shè)備投資均比方案3高；方案3系統(tǒng)較為簡單，比方案1可節(jié)約投資7946萬元，比方案2可節(jié)約投資3686萬元，投資最省，可以滿足礦井矸石充填需求。因此，從系統(tǒng)簡單、初期工程量小、投資低、能使礦井盡快投產(chǎn)的角度來看，推薦使用方案3，即副斜井絞車+一水平集中輔運巷絞車運輸矸石充填系統(tǒng)方案。

4.2設(shè)計方案的進(jìn)一步優(yōu)化。為克服方案3充填工作面范圍較小的缺點，通過進(jìn)一步論證，可靈活采用“留巷充填+區(qū)段煤巷充填”的方式增加矸石處理能力，合理利用礦井初步設(shè)計的40m寬區(qū)段煤柱布置走向充填工作面，利用構(gòu)造塊段、殘留塊段，靈活布置充填巷道［3］。

5結(jié)語

通過對葦子溝煤礦井下矸石充填系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)化，大幅降低了礦井的建設(shè)投資，為礦井的提前投產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件，實現(xiàn)了“效益最大化、系統(tǒng)最優(yōu)化”的建設(shè)要求。

［參考文獻(xiàn)］

［1］中煤天津設(shè)計工程有限責(zé)任公司.新疆昌吉白楊河礦區(qū)葦子溝煤礦一期工程初步設(shè)計［R］.天津：中煤天津設(shè)計工程有限責(zé)任公司，2019.

［2］朱磊，古文哲.小回溝煤礦矸石零排放技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.煤炭工程，2020（9）：28-32.

［3］楊明軍.充填采礦法的優(yōu)勢及應(yīng)用［J］.科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（22）：36-37.

作者:徐晨 單位:新疆鴻新煤業(yè)公司葦子溝煤礦