龍峰煤業充填開采可行性及其效益分析

吳建杰

（山西煤炭運銷集團龍峰煤業有限公司， 山西 呂梁 032200）

0 引言

山西焦煤集團龍峰煤業屬于重組煤炭企業，該礦3 號煤層已開采完畢。目前，正在開采3 號煤層下位9號、10 號煤層。該礦3 號煤層以往采用房柱式開采工藝，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，造成了煤炭資源的大量損失?？紤]到3 號煤為優質煤炭資源，具有極大的開采價值。同時，為提高礦井服務年限，提出對3 號煤層進行矸石充填開采，通過充填開采置換3 號煤層優質資源。本文根據3 號煤層實際條件，對礦井充填開采可行性進行研究，并分析了充填開采的經濟效益，為后期充填工程的實施提供參考。

1 充填開采的可行性

龍峰煤業在開采9 號、10 號煤層過程中會生產大量的矸石，這些矸石需要通過專門設計的運輸系統由井下運輸至地面處理。在矸石處理過程中，不僅消耗大量的人力和費用，而且運輸至地面的矸石若處理不當，會對環境造成嚴重的影響，與礦井綠色可持續發展相悖[1-3]。因此，為了保證3 號煤層優質煤炭資源的安全開采，有效處理、處置煤矸石，實現資源優化再利用，可將礦井回采及開拓所產生的煤矸石運輸至3號煤層綜采工作面的采空區，對采空區進行充填處理。

1）矸石充填開采，可有效處理礦井每年所生產的煤矸石30 萬t 以上，避免了煤矸石長距離運輸至地面，節約了人工成本和運輸費用，也節約了地面矸石處理和環境治理費用。

2）煤矸石變廢為利，可有效置換出3 號煤層優質煤炭資源，增加了礦井營業收入，具有客觀的經濟效益。

3）3 號煤層充填開采后，避免了原有的不規則采空區上覆巖層垮落對下位9 號、10 號煤層開采的影響，可有效確保下位9 號、10 號煤層安全高效開采。

4）3 號煤層埋深淺，平均埋深僅為100m 左右，煤層賦存區域遺留的采空區上覆巖層在下沉過程中會出現地表裂縫、不規則沉降等現象，造成地表建筑物破壞或地下水系統損壞[4-6]，充填開采可以有效減緩地表沉陷，避免對地表建筑物的破壞，節約了對地表建筑物的維修費用。

基于上述分析，龍峰煤業在開采地質、充填物料等方面具備了充填開采的條件，且通過充填開采對提高礦井的安全和經濟效益具有重要的意義，龍峰煤業3 號煤層采用矸石充填方案具有較高的可行性。

2 3 號煤層充填開采成套裝備及投資估算分析

在前期地質探測的基礎上，掌握3 號煤層目前遺留煤柱及采空區分布情況。在此基礎上，在3 號煤層內布置充填工作面，充填工作面主要技術裝備為采煤機、特總液壓支架、特種刮板輸送機、轉載機、破碎機、皮帶自移機尾和帶式輸送機等，成套裝備配置情況如表1 所示。

表1 3 號煤層充填工作面設備配置表

龍峰煤業3 號煤層綜采工作面使用MG400/970（982）-WD 型采煤機，投資估算為750 萬元。選用SGZ800/800 型刮板輸送機（工作面正常開采運煤和架后矸石運輸）、SZZ800/400 型轉載機、PLM2000型破碎機和ZY2700 型皮帶機自移機尾，投資估算為2 700 萬元。工作面中部支架選用F8Z000/22/35D、過渡架選用ZFG9000/22/38D、 端頭支架型號為ZT19200/20/40D，全部支架投資估算約為5 000 萬元。工作面智能化控制系統包括液壓支架電液控制系統、順槽集中控制中心、地面遠程控制中心、三機及皮帶控制系統、水處理控制系統、配電監控系統和工業以太網系統等，投資估算約為4 500 萬元。成套裝備投資估算共計12 950 萬元。

3 矸石充填方案及充填設備投資估算分析

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3 號煤層實際賦存條件分析，確定采用高濃度漿體充填方案，即將煤矸石分級處理后，通過設備破碎成顆粒狀，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，通過高壓注漿泵將漿體泵入工作面采空區，對采空區進行充填處理。

3.2 矸石充填系統投資估算

龍峰煤業目前的生產系統每年可以生產30 萬t煤矸石，按照此規模進行設計，建設年產量30 萬t 的充填工作面，包括煤矸石分級分質處理系統、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、高濃度漿體材料充填系統和集中控制系統等。

1）煤矸石分級分質處理系統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性質，成套系統投資估算為170 萬元。

2）配料制漿系統主要根據煤矸石分級分質形成的骨料，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 萬元。

3）注漿系統主要用于在高壓下降高濃度漿體注入工作面采空區，投資估算為290 萬元。

4）集中控制系統主要實施漿體充填過程中的集中管控，投資估算為150 萬元。

4 效益分析

4.1 支出分析

1）設備支出。3 號煤層工作面充填開采成套裝備投資估算為12 950 萬元。成套注漿充填系統投資估算為810 萬元。采區大巷、回采巷道掘進作業和通風作業所需的設備，投資估算為1 000 萬元。設備投資估算共計14 760 萬元。

2）人工支出。包括3 號煤層采區大巷、工作面回采巷道掘進及綜采工作面布置和工作面回采所需的人工費用，估算金額為8 000 萬元/a。

3）其他支出。包括安全、環保、管理等其他費用，預算金額為600 萬元/a。

4.2 節約資金分析

1）矸石處理及充填材料費用。龍峰煤業目前采掘生產矸石30 萬t，充填開采之前這部分矸石會通過長距離復雜的運輸系統運至地面處理。充填開采后，矸石會直接運輸至充填處理站，每年可節約3 000 萬元。

2）安全投入、地表建筑物維護等費用。3 號煤層采用充填開采技術后可以避免地表建筑物等的破壞，節省了地表設施維護費用以及安全生產投入費用，每年可節省800 萬元。

4.3 充填開采收益分析

3 號煤層布置充填工作面后，預計每年可以生產煤炭資源30 萬t。3 號煤層屬于優質煤炭資源，按照市場價1 000 元/t 預估，每年可獲得營業收入30 000 萬元。

4.4 效益分析

1）經濟效益。3 號煤層充填開采工作面每年可以獲得營業收入30 000 萬元，扣減設備支出14 760 萬元、人工支出8 000 萬元和其他支出600 萬元，一年即可收回全部的設備投入費用，并可獲得毛利潤6 640 萬元?？紤]到節約的成本，第一年即可獲得毛利潤10 440 萬元。因此，3 號煤層充填開采可為礦方帶來巨大的經濟效益。

2）社會效益。煤炭資源綠色開采是煤炭行業發展的方向，龍峰煤業3 號煤層采用充填開采后，有助于延長礦井服務年限，有助于煤炭企業綠色、高效開采和可持續發展，具有顯著的社會效益。

5 結語

本文在分析龍峰煤業3 號煤層充填開采可行性的基礎上，對充填開采所需的設備和充填開采系統進行初步投資估算，結果表明，3 號煤層充填開采，可為企業帶來顯著的經濟效益和社會效益，并為后期充填開采的實施提供參考。后期實際實施之前，應采用高密度磁法、瞬變電磁閥和高精度三維地震法等方法對采空區進行綜合勘察，了解3 號煤層采空區實際分布情況，結合具體的開采地質條件，制定詳細的充填開采技術方案及安全施工方案，確保3 號煤層充填工作面安全、高效開采。