煤矸石矿井充填站(采煤“微”沉降 全靠“填”得好)
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煤矸石矿井充填站(采煤“微”沉降 全靠“填”得好)
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4月1日，位于河北邢台市区东北方向、占地20余亩的冀中能源股份公司邢东矿地面矸石充填站正紧张施工。工人们驾驶挖掘机将土石回填至砌筑完成的容积2000立方米“矸石仓”周围，洒水降尘、捣实加固、覆盖防尘网……
“抢工期保进度，5月底前竣工没问题。”负责地面基建施工的河北春达建筑工程有限公司项目经理王奇辉得知，他们建设的是全国首个智能化矸石充填工作面地面配套工程，干起活来更起劲了。
“附近邢台矿、东庞矿运来的煤矸石将全部储存于‘矸石仓’，满足井下一天充填用量。”冀中能源股份公司副总工程师、邢东矿矿长吴红林说，加工后的矸石粒径控制在50毫米以下，顺着770余米大垂深投料管道送至井底，“地面和距离井底10公里的11233工作面集控人员都可对采煤、矸石转运、矸石充填一键启停”。
操作自动化，采煤更轻松
从井底乘坐20分钟平巷人行车，再换乘15分钟架空乘人装置，便到达11233工作面的外巷。一个形似拖挂房车的集控室映入眼帘，这是35岁的邢东矿综采区职工房晓亮目前主要的工作区域。
15天前，房晓亮还是一名普通的采煤机司机。
“是科技让我转型。”毕业于河北机电职业学院的房晓亮，从事采煤工作10余年，以前每天紧跟采煤机，爬行于狭小的液压支架之间，监控采煤机往复运行。“如今，坐在集控中心电脑前，就可以远程操控、实时监测工作面的各种设备。”房晓亮说。
“叮叮”电话响起，调度室例行测试设备井上联动反应。随即，“设备运转，注意安全”告警声响起。
屏幕中出现地面调度室职工康进东的画面。只见他轻点鼠标，11233工作面百余台设备顺煤溜依次自动启车，采煤机、运输机、转载机等综采设备相继联动运转。
房晓亮介绍，自动化运行之前，每班移架4次到5次，需要人工操作工作面的40多台液压支架的手把阀组，“可累人了”。
“自动化系统的应用，让记忆截割、自动跟机拉架、运行数据实时监测变为现实。”房晓亮陶醉于自动化采煤方式带来的变化。
“这得益于可180度旋转的云摄像头。”邢东矿综采区党支部书记贾金明全程参与设备的安装调试，对每台监控设备的脾气了如指掌。“前部每6台支架安装1个，主要获取采煤机运行位置和方向，捕捉采煤机动作、自动切换视频画面;后部每3台支架安装1个，用于监测矸石充填效果。”贾金明说。
据介绍，各设备转载点的摄像头有11个，整个视频监控自动化控制摄像头达到了34个，实现了360度全景影像。“屏幕上的这些数据、图像都是它们实时采集、传输回来的。”接到调度室井下停机指令，贾金明指挥房晓亮按下停止按钮，所有设备依次停机，巷道内恢复了寂静。
据了解，邢东矿11233工作面自动控制装置共分为7部分，分别为矸石充填自动化控制、采煤自动化控制、矸石充填率自动控制、乳液泵站自动供液、矸石运输自动化控制、原煤运输自动化控制和视频监控自动化控制。井上调度室设有自动化矸石充填分控中心，井下工作面设有集控中心，均可对工作面所有设备实施一键启停。
充填支架
最大捣实压力为24兆帕
支架是定制的，每台支架后部都带有捣实煤矸石的机械装置，最大捣实压力为24兆帕，这个力度能轻松压扁一辆重型汽车，保证捣实后的区域不发生地面沉降
“智能化矸石充填工作面的最大亮点是架后充填自动化。”邢东矿副矿长王宏奇说，系统满足了采煤、矸石充填平行作业的各项要求。
在11233工作面下巷，王宏奇手指每台40余吨重的综采液压支架说：“我们的支架是定制的，每台支架后部都带有捣实煤矸石的机械装置，最大捣实压力为24兆帕。”
“这个力度能轻松压扁一辆重型汽车。”站在一旁的技术科工程师吴俊说，“保证捣实后的区域不发生地面沉降。”
为了实现智能化充填，邢东矿实施了装备升级、改造：建设基于井下4G及万兆环网为基础的智能化矿山系统，主控中心下设动力分控中心、皮带分控中心、矸石工作面分控中心、运输分控中心、地面矸石投料分控中心;将原来ZC5160/30/50型矸石充填支架升级为ZC5160/29/48D型;将架后2根矸石捣实千斤顶改为1根，并增大千斤顶直径，设备故障率大幅降低;支架操作采用电液自动控制，将乳化液泵站由BRW200/31.5型提升为BRW400/37.5型;SGZ730/132型充填刮板输送机提升为SGZ800/200型充填刮板输送机，工作时链速由0.93米/秒提高至1.05米/秒，中部槽加宽，采用进口材质，紧凑链、刮板采用加强耐磨型……
王宏奇介绍，以电液控制系统为载体，操作人员在集控中心即可对支架远程操作。根据工作面地质变化，电液控制系统不断调整优化后部刮板输送机落矸天窗开启的个数、时间，捣实机构伸缩频次和摆梁千斤顶抬起高度;智能乳化液泵站自动化控制系统由15台设备组成，多泵联动、自动切换，实现了乳化液浓度在线实时监控、自动配比，水过滤精度始终控制在5微米以下。
吴俊说，自动充填技术是电液控制技术的延伸。矸石充填率自动控制为2套图像复核双检验型计量系统，分别安装在运矸第4部皮带、原煤运输第1部皮带，通过实时监测运矸量及运煤量，保证工作面的矸石充填率达到85%以上，每班可减少用工4人到5人。
“我们这个工作面配备有39台矸石充填支架和2组端头支架、前后运输机、转载机以及自动化采煤机等设备，多项技术综合建成了整个采煤充填智能化系统。”检修班班长安延敏带领工友仔细巡检每台设备，不时感慨，“以前的知识、技术储备远远跟不上发展的脚步啦!”
采空区地面沉降
始终控制在3毫米以内
投产20年来，邢东矿先后成功应用了巷道矸石充填、超高水充填、工作面矸石充填等多种充填开采技术;据河北省煤田地质局物测队连续多年观测，邢东矿井田内采空区地面沉降始终控制在3毫米以内
矸石充填是利用煤矸石充填巷道或采空区，使巷道或采空区顶、底板得到有效控制，抑制地面塌陷的采煤方法。
邢东矿地处邢台市区，环保压力迫使他们从建矿初期就独创了矸石充填的采煤工艺——把采煤伴生的矸石充填到井下巷道。这样做，不仅能把矸石“消灭”在井下，还能有效避免地表下沉。据河北省煤田地质局物测队连续多年观测，邢东矿井田内采空区地面沉降始终控制在3毫米以内。
投产20年来，邢东矿先后成功应用了巷道矸石充填、超高水充填、工作面矸石充填等多种充填开采技术。仅运用巷道矸石充填技术就累计完成充填巷46条，总长度20425米，充填矸石37.6万立方米，置换煤炭61.8万吨;建成全国首个井下洗煤厂，洗出的矸石全部用于井下采空区回填。邢东矿打破了“有煤矿就有矸石山”的传统思维，成为全国第一家“采煤不见矸”的煤炭企业。充填开采技术获得中国煤炭工业科技进步奖，先后取得了5项国家发明专利。
“邢东矿井田范围内有大小村庄11个，村庄及工业广场煤柱压煤量占全部储量的86%，建(建筑物)下压煤严重。”吴红林说，如把这部分资源回收，就必须采用建下充填开采方式。
现阶段，邢东矿采用以高水充填开采为主、矸石充填开采为辅的建下充填开采方式。高水充填开采要使用大量的高水充填材料和充填袋等，虽然在工艺上经过了优化改进，但仍需较高的开采成本;用于充填的矸石来源于处理井下筛分、岩巷掘进、整修，以矸定产，制约了矿井产量。
日前，国家出台的《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》中提出，到2025年煤矸石、粉煤灰等大宗固废综合利用率要达到60%，存量大宗固废要有序减少，并在煤炭行业推广“煤矸石井下充填+地面回填”，促进矸石减量。“这是莫大的鼓舞，证明我们的路子是对的。”吴红林说。
如果满负荷生产，邢东矿自产的矸石，远远不能满足需要。考虑到矸石充填成本低、效果好、保护环境等特点，此次邢东矿设计智能化矸石充填工作面便采用矿外(邢台矿、东庞矿)矸石，结合井下自产矸石混合充填，并改进矸石充填工作面装备和工艺，提高开采效率，达到矸石入井、固废减排的目的。
算经济账，也算环保账
除了煤矸石，他们的目光还瞄向了建筑垃圾等固体废物，经过无害化处理，建筑垃圾也能成为很好的井下用充填材料
“现在做梦都想着矸石。”贾金明说，“矿上按照充填1吨矸石13元的标准为综采区结算月度工资总额。全矿的矸石都集中到我这儿，也只能满足一个班的生产，根本‘吃不饱’。”
综采区有107名职工，每天1000多吨煤炭产量影响了职工收入。“急红眼”的贾金明带着“吃不饱”的工友四处打零工，巷道扩帮、卧底，兄弟单位安装、拆除设备。
“出大力还不挣钱。”每月工资只有5000多元的房晓亮抱怨着，也盼望着地面回料系统早日建成。“到那时，一个月万把块钱工资妥妥的。”贾金明说。
“按照精煤战略要求，邢东矿所产原煤经过汽运全部运往邢台矿、东庞矿洗煤厂精加工。以前回来是空车，系统建成后将拉回2个矿的矸石。”吴红林也在算账。他说，相比高水充填的材料成本，运输成本显然更易接受。
其实，在他心里还有一本大账——智能化矸石充填工艺解决了建下矸石充填采煤的瓶颈问题，为社会提供了可资借鉴的矸石处理方法，减少了矸石对环境的污染;增强充填效果，有效控制地表移动变形，可广泛应用于类似条件、类似矿井建下的充填开采;开创利用矿外矸石、运用投料孔投放井下的先河，解放大量呆滞煤炭资源，且不同程度改善了充填效果，延长矿井服务年限10年。
据了解，邢东矿已实现地面对11233工作面所有设备的一键启停。动力、皮带、运输、地面矸石投料4个分控中心正处于紧张的安装调试阶段。
下一步，附近东庞矿、邢台矿等地的矸石到位后，除满足11233工作面生产需要外，还会开辟1100采区南翼的条带工作面煤柱新战场。
“到那时，充填开采的成本会更低，企业效益会更好。”吴红林透露，除了煤矸石，他们的目光还瞄向了建筑垃圾等固体废物，经过无害化处理，建筑垃圾也能成为很好的井下用充填材料。
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