前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的煤礦井下矸石充填系統設計優化探究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
［摘要］隨著國家對環保問題零容忍態度的不斷深入，煤炭綠色開采成為一種必然。根據《葦子溝煤礦一期工程環境影響報告書》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中，通過和設計院的不斷溝通，召開設計優化專題會，主要從系統簡單靈活、運行穩定、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上優化充填區域和矸石運輸方案，優選出最合理的矸石井下充填系統方案。
［關鍵詞］矸石充填系統；設計優化；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，礦井規劃生產規模為300萬t/a，核準生產能力為240萬t/a（一期），服務年限83.2a。井田含煤地層為東西走向，向北傾斜的單斜構造，傾角在12°~28°，首采區平均傾角18.6°。井田共劃分為3個生產水平，其中第一水平（+1010m）以回風井為界劃分為一、二采區，位于淺部的是一采區，首采區為二采區，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計，為易自燃類煤層，水文地質條件為復雜類型。
2矸石充填系統原設計方案
2.1矸石充填系統概述。如何在煤炭資源高強度開發的同時，保護好礦區的生態環境，成為轉變煤炭發展方式的重要現實問題。根據《煤矸石綜合利用管理辦法》要求：“新建（改擴建）煤礦及選煤廠應節約土地、防止環境污染，禁止建設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行井下充填是必要的。根據已取得批復的《葦子溝煤礦一期工程環境影響報告書》中提出的要求，礦井年產矸石量約18萬t/a（地面洗選矸石15萬t/a，掘進矸石3萬t/a），全部洗選矸石用于井下回填，不能及時利用的進入矸石周轉場臨時堆放［1］。通過對目前國內各種充填技術的研究，設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，主要從系統簡單靈活、運行穩定、投資低、政策要求等方面考慮，初步設計井下充填方案采用巷道充填方式。按照葦子溝年產矸石量，巷道斷面15m2，巷道充填率按0.85考慮，每年需要掘進巷道為7843m，平均進尺為654m/月，按照煤巷掘進工作面進尺350m/月計算，需要配備2個掘進工作面。
2.2充填工作面布置。充填巷道布置于一水平集中回風巷西側，井田邊界煤柱與大巷保護煤柱中間的區域。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。總體設計思路是利用礦井已基本建設完成的地面生產系統對矸石進行分選，經過破碎后通過汽車運至投料井到達井下儲料倉，再經過帶式輸送機運至巷道充填工作面拋矸機進行矸石充填。該系統主要由地面矸石運輸及破碎系統、井下矸石投料及儲裝運系統和工作面充填系統組成。矸石井下巷道充填系統總投資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，設備及安裝工程2875萬元。
3.1設計優化原則。葦子溝煤礦因建設周期的延長造成原有的設計概算已無法滿足需要。本著“效益最大化、系統最優化”的建設原則，從設計源頭來確保礦井建設符合要求，同時還要優化設計，節約投資。通過和設計院的不斷溝通，召開設計優化專題會，最后確定保持在原巷道充填方案的基礎上優化充填區域和矸石運輸方案，從而選出最合理的矸石井下充填系統方案［2］。
3.2巷道充填方案中充填區域方案對比。（1）方案1（原方案）。主要優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難度較大，掘進效率較低，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巷西側，井田邊界煤柱與大巷保護煤柱中間的區域。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，搬家倒面次數較多，沿煤層走向進行拋矸充填，充填效率較低。（3）方案3。充填巷道布置于一水平集中回風巷東側，DF16斷層煤柱與大巷保護煤柱中間的區域。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。主要優點是充分利用了大巷與斷層之間的區域；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區域回采工作面布置，對后續工作面布置造成影響；該區域可布置充填工作面范圍較小，矸石充填服務年限較短。巷道充填方案中充填區域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）。主要優點是與礦井煤炭運輸系統及輔助運輸系統相互獨立，不會影響礦井生產；地面矸石運輸比較靈活，便于生產管理。主要缺點是系統環節較多，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。總體思路為煤炭經地面選煤廠洗選后，矸石經副斜井絞車運輸至井底車場，再通過充填系統輔運巷中的絞車提升至充填工作面進行充填。主要優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期間的物料運輸；綜掘工作面可布置在充填區域下部，由采區下部往上掘進，有利于掘進施工作業；該系統較為簡單，井巷工程量最小。主要缺點是需要新建絞車房；由于井底車場不設矸石倉，矸石運輸缺少緩沖環節，在礦車矸石倒轉帶式輸送機運輸時，需設置水平矸石倉進行轉載。（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?？傮w思路為煤炭經地面選煤廠洗選后，矸石經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，經區段石門運至充填工作面進行充填。主要優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，利用原設計的輔助運輸系統改造工程量?。痪C掘工作面可利用采區順槽的生產系統，有利于掘進施工作業。主要缺點是需要對原設計輔運提升系統進行設備升級；一水平集中輔運巷還需要兼顧礦井材料和設備運輸需求，系統負荷較大。
4最終設計方案的確定
4.1方案經濟性對比。3種方案經濟性對比如表1所示。由表1分析可知，方案1系統較為復雜，整體工程量大，設備及安裝費用高，總體投資10337萬元；方案2需要增加矸石輔運系統，工程量和設備投資均比方案3高；方案3系統較為簡單，比方案1可節約投資7946萬元，比方案2可節約投資3686萬元，投資最省，可以滿足礦井矸石充填需求。因此，從系統簡單、初期工程量小、投資低、能使礦井盡快投產的角度來看，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方案。
4.2設計方案的進一步優化。為克服方案3充填工作面范圍較小的缺點，通過進一步論證，可靈活采用“留巷充填+區段煤巷充填”的方式增加矸石處理能力，合理利用礦井初步設計的40m寬區段煤柱布置走向充填工作面，利用構造塊段、殘留塊段，靈活布置充填巷道［3］。
5結語
通過對葦子溝煤礦井下矸石充填系統設計方案的優化，大幅降低了礦井的建設投資，為礦井的提前投產創造了有利條件，實現了“效益最大化、系統最優化”的建設要求。
［參考文獻］
［1］中煤天津設計工程有限責任公司.新疆昌吉白楊河礦區葦子溝煤礦一期工程初步設計［R］.天津：中煤天津設計工程有限責任公司，2019.
［2］朱磊，古文哲.小回溝煤礦矸石零排放技術研究與應用［J］.煤炭工程，2020（9）：28-32.
［3］楊明軍.充填采礦法的優勢及應用［J］.科學技術創新，2018（22）：36-37.
作者:徐晨 單位:新疆鴻新煤業公司葦子溝煤礦
