巷道矸石充填机在邢东矿的应用

王广用

（冀中能源股份有限公司邢东矿，河北邢台 054000）

0 引言

在采掘生产的过程中，不可避免会采出大量的矸石，煤炭企业对矸石的传统处理方式是由井下提升至地表堆积，形成煤矿特有的地表特征——矸石山。矸石对人类生存环境和地质结构有很大的破坏和威胁，主要表现有侵占土地、污染环境、地面下沉、破坏地表建筑、危害人类安全等，因此，如何解决建下煤炭资源的回收和矸石的处理问题，成为制约煤炭企业发展的重大技术难题。

邢东矿在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矿井储量的86%。另外，邢东矿井田范围内的村庄煤柱相互重叠，最多处达到了6 个村庄的煤柱相互重叠，一两个村的搬迁根本无法解决矿井压煤的实际问题，并且村庄搬迁费用较高，地企关系十分复杂，搬迁难度较大。而且矿井比较深，岩巷进尺、巷道整修及原煤筛分系统运行将会产生大量的矸石，如果将这些矸石升井处理不仅成本较高，也会污染环境。

为保护环境，防止地面沉降，保护地表附着物及地面建筑物，邢东矿坚持“绿色矿山”的发展理念，在地面不建矸石山、井下矸石不升井，生产过程中产生的矸石全部用于井下采空巷道的充填，用矸石来置换煤碳。自2008 年邢东矿开始对巷道矸石充填进行试验性的研究，当时在国内还没有成功经验可以借鉴的情况下，自主研发巷道矸石充填设备，配合650 皮带运输机使用，用皮带机做为主要运输工具，利用巷道矸石充填机具有升降、回转、移动的功能，将经过破碎机破碎后通过运矸皮带运送来的矸石直接充填到掘进后的巷道里，完成巷道的矸石充填。

1 矸石充填机总体结构介绍

邢东矿自制矸石充填机由六大部分组成，包括电气系统、操作控制系统、本体及行走机构、液压系统、抛射皮带机和皮带跟进系统。

（1）本体及行走机构利用本矿已不再使用的EBZ132 型掘进机，履带、行走马达和行走减速机部分则利用了本矿已淘汰的EBZ150 型掘进机。由于EBZ132 掘进机本体与EBZ150 掘进机履带连接部位存在不匹配问题，对EBZ132 掘进机本体进行了改造，包括固定螺栓孔、定位键槽和本体高度等。充填机本体宽约2.6 m、高约2.4 m、长5.5 m，可以满足在本矿宽4.5 m、高3.5 m 的充填巷道内自由进退及拐弯的工况需求。

（2）抛射皮带机部分利用EBZ160 掘进机桥式皮带22 kW电滚筒，实现了动力部与EBZ160 掘进机桥式皮带的互换性。在抛射皮带机上加装了6 根液压油缸、2 根升降油缸，液压油缸使抛射皮带在2.5～5.0 m 升降，回转油缸则实现了抛射皮带机左右各2.5 m 的范围摆动。抛射皮带上加装有集料斗和喷淋装置，前者消除了矸石输送机卸矸时矸石外漏现象，提高了矸石运输的可靠性，后者则改善了工作环境。

（3）皮带跟进系统由上下平衡调节机构、左右中心调偏机构和跟进皮带架部分组成。跟进皮带架总长约4 m，上面安装了顶托辊和底托辊，前端为卸载机构，后部可直接与650 皮带运输机衔接（通过加装调宽装置也可以直接衔接800 皮带机）。衔接皮带架采用框架结构与调偏机构以万向联轴节的方式铰链，在框架中部加装滚轮及滑道装置，可以实现衔接皮带机的偏转位移。

（4）液压部分的电机借用邢东矿已不再使用的侧卸装岩机油泵55 kW 电机（型号YBK225M-4），齿轮泵借用EBZ160 掘进机常用的组合变量泵，实现对各类油缸、行走马达提供动力。连接管路及双向锁则采用液压支架高压胶管及双向锁。油泵电机和油箱布置在回填机本体后部，跟进皮带架的下部，这样可以使回填机整体结构更加紧凑，方便液压系统的拆卸和更换部件。

（5）电气部分借用两台QBZ-80/660（380）F 矿用隔爆型分级闭锁真空电磁启动器，实现对抛射皮带机的电动滚筒及液压系统油泵电机的独立控制。电气开关部分与液压操作部分同侧布置，方便操作及检修。

2 矸石充填机工作原理

巷道矸石充填以650 皮带机做为主要运输工具，充填巷道内650 皮带机的机头配置在巷道的开口位置，皮带机尾的导向滚筒兼做卸载滚筒使用。矸石运输到需要充填的巷道，通过搭接关系将矸石转送到巷道口部650 充填皮带机机头上部，650 皮带机倒转运行将充填矸石卸载到矸石充填机的抛射皮带上，经抛射皮带将矸石抛射到巷道内。抛射皮带机构可通过回转和升降油缸的联动作用，调整抛射皮带机架上下及左右摆动的幅度，将矸石抛射到整个巷道内，随后充填机后退一定距离，利用650皮带输送机头的储带装置与皮带张紧装置再将松弛的皮带张紧，为下一步充填做好准备。如果矸石充填机在后退过程中偏离了650 皮带机中心线一定距离，造成皮带机在运行中跑偏，在运输过程中矸石容易从皮带上掉落，这时则可通过操纵调偏液压操作阀手柄，调偏油缸左右横向拉动调偏机构移动，使跑偏得到纠正，皮带恢复正常运行。如果遇到巷道底板不平，可以操纵调平液压操作阀手柄，调整侧面油缸活塞做上下伸缩，带动调平机构围绕中部的连接轴装置左右、上下调整水平，直到回复水平为止。通过调偏、调平结构的调整，使输送皮带机的机头与机尾部的卸载滚筒中心线保持平行，始终保持运输皮带机正常运行状态。跟进皮带架通过万向联轴节装置与调偏机构相连接，中部两侧各有一个滚轮可以围绕链接点在调偏结构支撑台上一定范围内滑动。万向联轴节的作用是使充填机与650 皮带的连接更加灵活，避免内应力破坏机架现象。

3 巷道矸石充填工艺流程

工艺流程：井下筛分→破碎机→760 矸石仓→矸石矿车→上部车场矸石仓→K4 型给料机→800 皮带运输机→650 皮带机→矸石充填机→充填巷道。

具体描述：工作面原煤在井下经筛分系统筛选出的矸石，经破碎机破碎后，出料粒度控制在150 mm 以内，通过运矸皮带运至760 轨道大巷矸石仓，经矿车转运至760 上部车场，使用FDBZ-1/6 型翻车机将矸石翻进矸石仓，经矸石仓下口K4 型给料机将矸石卸载到回风斜井800 皮带运输机，再转运到充填巷650 矸石输送机，然后运至工作面迎头矸石充填机，由矸石充填机抛矸皮带将矸石抛射到巷道内，最后完成巷道充填任务。

4 巷道矸石充填经济效益分析

4.1 采用矸石升井费用分析

邢东矿如果不采用井下矸石充填系统，则采用矸石升井费用主要包括井上填埋方式排矸费用和建矸石山费用两部分（实际费用包括汽车外运费和矸石填埋场地购置费）。

（1）井上填埋方式排矸费用分析：排矸费用19 元/m3，根据邢东矿井计划安排，每年的岩巷工程约1 km，矸石量为4.02 万吨/年，考虑井下运输及提升等运营费8.04 万元/年，则现有的排矸系统每年要多花费4.02×1.08÷1.5×19+8.04=63.14 万元（其中，邢东矿矸石密度按2.6 t/m3计算，岩石碎涨系数取1.7，则充填后岩石密度为2.6/1.7=1.5 t/m3，而1.08 为松散系数）。

（2）建矸石山费用分析：设备年折旧费70.78 万元，井上下翻矸人工费及电耗费约78.42 万元/年；运输、设备维修等其他费用约17.44 万元/年；加上环境治理费20.1 万元/年，则使用建矸石山排矸系统每年需多投入186.74 万元。

4.2 实行井下矸石充填以来累计效益统计

采用矸石充填系统，主要是利用1 t 矿车单车井下不摘勾翻车机，进入矸石仓，通过650 皮带及到工作面迎头抛填装置来进行矸石充填，实现了矸石在井下处理的设想。比起煤矿多年来采用的电机车将矸石矿车拉到矿外矸石山的翻矸模式，节省占地，生产效益大大提高，避免了矸石的污染，具有显著的经济效益和社会效益。

邢东矿巷道矸石充填区域位于邢东矿煤矿工业广场和先于村保护煤柱中，该区域位于-760 大巷东侧，自2008 年5 月开始邢东矿对该区域巷道进行矸石充填，2018 年又在1100 南部采区矸石充填区域同时进行巷道充填。截止2019 年，已掘进充填巷道长度共19 000 m，共充填矸石40 万立方米，置换出煤炭50 多万吨，巷道矸石充填共增加销售收入约3.5 亿元。

5 矸石充填过程中应注意的问题

巷道充填过程中要尽可能地把整个巷道填满，充填效率越高，顶板及覆岩的形变量越小，填充效果就越好。邢东矿目前正在积极研发在矸石充填机上增加捣实性装置，以增强矸石充填的致密度。相信这一装置的应用，将会使充填效果更好。

6 结束语

巷道矸石充填机在煤矿的应用，既解决了井下采掘带来的矸石问题，缓解了矿井辅助提升的压力，也减少了矸石升井后占地及对环境的污染问题，避免塌陷区迁村所带来的高费用投入问题，实现了以矸石置换煤炭资源的设想，取得显著的经济效益。这不仅为煤矿建下开采开辟出一条新途径和新思路，也为其他有类似条件的矿区解决建下压煤问题提供了宝贵的经验和技术支持，具有广阔的推广应用前景。