龙峰煤业充填开采可行性及其效益分析

吴建杰

（山西煤炭运销集团龙峰煤业有限公司， 山西 吕梁 032200）

0 引言

山西焦煤集团龙峰煤业属于重组煤炭企业，该矿3 号煤层已开采完毕。目前，正在开采3 号煤层下位9号、10 号煤层。该矿3 号煤层以往采用房柱式开采工艺，由于该工艺为早期落后工艺，煤炭资源采出率低，仅可采出25%～30%的煤炭资源，大量的煤柱遗留在采空区，造成了煤炭资源的大量损失。考虑到3 号煤为优质煤炭资源，具有极大的开采价值。同时，为提高矿井服务年限，提出对3 号煤层进行矸石充填开采，通过充填开采置换3 号煤层优质资源。本文根据3 号煤层实际条件，对矿井充填开采可行性进行研究，并分析了充填开采的经济效益，为后期充填工程的实施提供参考。

1 充填开采的可行性

龙峰煤业在开采9 号、10 号煤层过程中会生产大量的矸石，这些矸石需要通过专门设计的运输系统由井下运输至地面处理。在矸石处理过程中，不仅消耗大量的人力和费用，而且运输至地面的矸石若处理不当，会对环境造成严重的影响，与矿井绿色可持续发展相悖[1-3]。因此，为了保证3 号煤层优质煤炭资源的安全开采，有效处理、处置煤矸石，实现资源优化再利用，可将矿井回采及开拓所产生的煤矸石运输至3号煤层综采工作面的采空区，对采空区进行充填处理。

1）矸石充填开采，可有效处理矿井每年所生产的煤矸石30 万t 以上，避免了煤矸石长距离运输至地面，节约了人工成本和运输费用，也节约了地面矸石处理和环境治理费用。

2）煤矸石变废为利，可有效置换出3 号煤层优质煤炭资源，增加了矿井营业收入，具有客观的经济效益。

3）3 号煤层充填开采后，避免了原有的不规则采空区上覆岩层垮落对下位9 号、10 号煤层开采的影响，可有效确保下位9 号、10 号煤层安全高效开采。

4）3 号煤层埋深浅，平均埋深仅为100m 左右，煤层赋存区域遗留的采空区上覆岩层在下沉过程中会出现地表裂缝、不规则沉降等现象，造成地表建筑物破坏或地下水系统损坏[4-6]，充填开采可以有效减缓地表沉陷，避免对地表建筑物的破坏，节约了对地表建筑物的维修费用。

基于上述分析，龙峰煤业在开采地质、充填物料等方面具备了充填开采的条件，且通过充填开采对提高矿井的安全和经济效益具有重要的意义，龙峰煤业3 号煤层采用矸石充填方案具有较高的可行性。

2 3 号煤层充填开采成套装备及投资估算分析

在前期地质探测的基础上，掌握3 号煤层目前遗留煤柱及采空区分布情况。在此基础上，在3 号煤层内布置充填工作面，充填工作面主要技术装备为采煤机、特总液压支架、特种刮板输送机、转载机、破碎机、皮带自移机尾和带式输送机等，成套装备配置情况如表1 所示。

表1 3 号煤层充填工作面设备配置表

龙峰煤业3 号煤层综采工作面使用MG400/970（982）-WD 型采煤机，投资估算为750 万元。选用SGZ800/800 型刮板输送机（工作面正常开采运煤和架后矸石运输）、SZZ800/400 型转载机、PLM2000型破碎机和ZY2700 型皮带机自移机尾，投资估算为2 700 万元。工作面中部支架选用F8Z000/22/35D、过渡架选用ZFG9000/22/38D、 端头支架型号为ZT19200/20/40D，全部支架投资估算约为5 000 万元。工作面智能化控制系统包括液压支架电液控制系统、顺槽集中控制中心、地面远程控制中心、三机及皮带控制系统、水处理控制系统、配电监控系统和工业以太网系统等，投资估算约为4 500 万元。成套装备投资估算共计12 950 万元。

3 矸石充填方案及充填设备投资估算分析

3.1 矸石充填方案

煤矸石充填方案有高浓度浆体充填以及固体煤矸石充填两类[7-8]。根据3 号煤层实际赋存条件分析，确定采用高浓度浆体充填方案，即将煤矸石分级处理后，通过设备破碎成颗粒状，按照一定的配比与粉煤灰等材料混合后形成高浓度浆体材料，通过高压注浆泵将浆体泵入工作面采空区，对采空区进行充填处理。

3.2 矸石充填系统投资估算

龙峰煤业目前的生产系统每年可以生产30 万t煤矸石，按照此规模进行设计，建设年产量30 万t 的充填工作面，包括煤矸石分级分质处理系统、煤矸石与粉煤灰等煤基固体废料配比制作高浓度浆体的配料系统、高浓度浆体材料充填系统和集中控制系统等。

1）煤矸石分级分质处理系统主要讲煤矸石分成煤炭、矸石和土回收煤炭并改善煤矸石骨料的物理力学性质，成套系统投资估算为170 万元。

2）配料制浆系统主要根据煤矸石分级分质形成的骨料，配合粉煤灰等固体废料，制备高浓度浆体材料，投资估算为200 万元。

3）注浆系统主要用于在高压下降高浓度浆体注入工作面采空区，投资估算为290 万元。

4）集中控制系统主要实施浆体充填过程中的集中管控，投资估算为150 万元。

4 效益分析

4.1 支出分析

1）设备支出。3 号煤层工作面充填开采成套装备投资估算为12 950 万元。成套注浆充填系统投资估算为810 万元。采区大巷、回采巷道掘进作业和通风作业所需的设备，投资估算为1 000 万元。设备投资估算共计14 760 万元。

2）人工支出。包括3 号煤层采区大巷、工作面回采巷道掘进及综采工作面布置和工作面回采所需的人工费用，估算金额为8 000 万元/a。

3）其他支出。包括安全、环保、管理等其他费用，预算金额为600 万元/a。

4.2 节约资金分析

1）矸石处理及充填材料费用。龙峰煤业目前采掘生产矸石30 万t，充填开采之前这部分矸石会通过长距离复杂的运输系统运至地面处理。充填开采后，矸石会直接运输至充填处理站，每年可节约3 000 万元。

2）安全投入、地表建筑物维护等费用。3 号煤层采用充填开采技术后可以避免地表建筑物等的破坏，节省了地表设施维护费用以及安全生产投入费用，每年可节省800 万元。

4.3 充填开采收益分析

3 号煤层布置充填工作面后，预计每年可以生产煤炭资源30 万t。3 号煤层属于优质煤炭资源，按照市场价1 000 元/t 预估，每年可获得营业收入30 000 万元。

4.4 效益分析

1）经济效益。3 号煤层充填开采工作面每年可以获得营业收入30 000 万元，扣减设备支出14 760 万元、人工支出8 000 万元和其他支出600 万元，一年即可收回全部的设备投入费用，并可获得毛利润6 640 万元。考虑到节约的成本，第一年即可获得毛利润10 440 万元。因此，3 号煤层充填开采可为矿方带来巨大的经济效益。

2）社会效益。煤炭资源绿色开采是煤炭行业发展的方向，龙峰煤业3 号煤层采用充填开采后，有助于延长矿井服务年限，有助于煤炭企业绿色、高效开采和可持续发展，具有显著的社会效益。

5 结语

本文在分析龙峰煤业3 号煤层充填开采可行性的基础上，对充填开采所需的设备和充填开采系统进行初步投资估算，结果表明，3 号煤层充填开采，可为企业带来显著的经济效益和社会效益，并为后期充填开采的实施提供参考。后期实际实施之前，应采用高密度磁法、瞬变电磁阀和高精度三维地震法等方法对采空区进行综合勘察，了解3 号煤层采空区实际分布情况，结合具体的开采地质条件，制定详细的充填开采技术方案及安全施工方案，确保3 号煤层充填工作面安全、高效开采。