Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 煤矿井下矸石充填技术研究及应用 边杰 （同煤集团大斗沟煤业公司，山西大同０３７０２６） 【摘要】煤炭生产必然带有大量矸石的排放，矸石原始处理 工而成。该采煤法的充填工艺为：从地面至采区总回风巷打充填钻 方法是将矸石由提升设备将其由井下提升到地面，这样常年的积累 给环境带来了恶劣的影响，并且也是不小的经济支出。而通过采用 孔，钻孔内下套管，井下按充填线路和管道坡度连接管路，另设一 套水管，以备管路堵塞时用高压水处理。充填材料在制备站制成后， 由充填管路通过地面充填钻孔向正在生产的普采或炮采工作面采空 区输送。似膏体胶结充填除了具备膏体充填的高悬浮性、低脱水性、 建筑物下固体废弃物充填综采技术，可实现矸石在井下处理，改变 矿区生态环境质量，并且可有效控制岩层移动及保证地面建筑物安 全使用，最大程度的、高效机械化的回收建筑物下压煤。 【关键词】煤矿；矸石；充填技术 １概述 １．１煤矸石的释义 煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成 煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。 １．２煤矸石充填的特点 （１）减少了提矸、运歼环节和人力投入，减少了运矸设备及工 作量： （２）在矿井全部运行矸石充填时，地面矸石山占地及造成的环 境污染等问题就可以彻底解决； （３）因大量矸石的采空区充填，保证了采煤工作面顶板的安全， 可有效避免因采空区冒落导致的地表塌陷，这是“三下”采煤项板 管理的有效方法； （４）回采后顶板的有效控制，为无煤柱护巷提供了有利条件； （５）工艺过程不复杂，可减少向地面运矸、翻矸和没有矸石堆 积占地问题，可实现保护地面建筑物。 ２我国煤矸石充填的现状 ２．１抛矸机抛矸充填 该采煤法是将岩巷和半煤岩巷掘进矸石用矿车运至井下矸石车 场，经翻车机卸载，而后经装载破碎机破碎，进入矸石仓。通过矸 石仓，破碎后的矸石经胶带或刮板输送机运入上下山，而后由胶带 或刮板输送机转载进入采煤工作面回风平巷，再由工作面采空区可 伸缩胶带输送机运至抛矸胶带输送机尾部，由抛矸胶带输送机向采 空区抛矸充填，并在邻近充填巷进行注浆强化。 ２．２刮板输送机卸矸充填 该采煤法的充填装备由后端带悬梁的自移式液压支架和充填刮 板输送机组成。充填工艺如下：矸石矿车由电机车牵引至采区矸石 车场，通过翻车卸载。矸石经转载机、破碎机进入矸石仓。破碎后 的矸石由胶带输送机转载至综采工作面轨道平巷，而后由平巷中胶 带输送机运至综采工作面液压支架后方的充填刮板输送机，在采空 区卸载。 ２．３风力抛矸充填 风力抛矸充填技术于２Ｏ世纪初应用于煤矿。由于风力长距离管 道输送大颗粒物料不仅能力低，而且管道磨损大。因此，矸石入井 和输送一般可以分为矿车运送、箕斗下料、管道下料和钻孔直接下 放四种方式。风力充填工作面应选用与充填配套的液压支架，充填 管路架在专门的管子上或悬吊在支架的后伸梁上。每次充填后，充 填体都被专门的挡板或掩护支架的掩护梁挡板挡住。下次充填时支 架前移，老的充填体塌落，与顶板所成的空角将被新的充填体填满。 ２．４似膏体自流充填 该充填法是由金属矿山引入煤矿的。似膏体由煤矸石粉碎物、 火电厂粉煤灰、水泥、河沙、水和减水剂组成，由地面制备车间加 ３７４ ｌ华东科技 低管道摩擦等优点外，还具备良好的流动性，能满足管道输送自流 充填要求。 ３提高矸石充填质量的建议 ３．１提高矸石充填充满率 目前我国所用充填采煤法按充填动力可分为自溜充填、风力充 填、水力充填和机械充填。 本文重点针对综合机械化矸石充填充满率提高措施进行介绍： 矸石充填法充满率严重影响着地表岩层移动变形，不同的充满 率相当于垮落开采法中不同的采高，充满率越小，等效采高越大， 地表下沉值、水平移动值增大尤为明显，《规程》中曲率变形、水平 变形、倾斜变形三项参数亦随之增大，直接影响着地面建筑物的稳 定性。矸石充填过程中，充满率与充填工艺及充填系统布置密切相 关。在矸石的运输系统、充填系统以及充填所采用的工艺状况无不 对矸石充填充满率造成影响。本文针对上述矸石充填条件下的充填 工艺，建议选择带有矸石充填液压支架的综合机械化充填系统。 矸石运输系统直接影响着充填效率，更直接关乎着矿企的经济 效益。充填效率的提高，使得采空区空顶时间缩短，这便大大减小 了充填前顶板的下沉量，为充填争取了时间。当今我国矸石充填法 矿井中，运矸系统可分为两种：一是利用原有巷道布置矸石充填运 输系统。二是重新开拓新的巷道，或者在地面重新钻出矸石充填孔。 ３．２减小矸石充填体压缩率 矸石充填压缩率的大小与采空区上覆岩层压力及矸石本身的性 质有关。采空区上覆岩层压力越大，矸石充填体压缩率越大，反之 则越小。矸石初始充填入采空区时，并不能实现完全接顶，即充满 率不足１００％，此时，上覆岩层尚不能对充填体施加压力。当上覆岩 层下沉接触充填体时，开始对充填体进行压缩。此时的充填体由于 内部较为疏松，初期压缩率较大，随着上覆岩层的下沉，矸石充填 体内部逐渐别压实，开始对上覆岩层表现出支撑力，并通过与围岩 的共同作用，实现上覆岩层的稳定性。矸石本身的性质包括矸石粒 径大小、矸石强度、矸石级配。矸石粒径大的强度较高，在矸石充 填体中，若大粒径矸石所占比例大，则矸石抗压强度较高，不容易 破碎，但大粒径的矸石与矸石之间空隙较大，使得充填体压缩率大 于小粒径矸石。因此，合理的级配是至关重要的。 合理的充填级配需要对具体的矿山进行具体的矸石压缩试验， 通过对矿山矸石粒径大小的范围进行划分，按粒径大小不同进行配 比，然后通过矸石压力机对不同级配的矸石组进行矸石压缩，得出 应力与压缩率曲线、应力与碎涨系数曲线，通过曲线拟合得出不同 级配下的压缩率公式和碎涨系数公式。 参考文献： ［１］王戈，等．综采工作面矸石充填技术探讨卟现代矿业，２００９（０５） 【２］张普田．煤矿矸石充填开采地表变形规律分析ｍ．矿山泖ｌ量，２００９ （ｏ４） ［３］韩永斌．井下巷道矸石充填开采有关问题的探讨卟矿山测量，２００９ ｆ０４１．
