矸石井下处理技术研究
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摘要：煤矸石是伴随原煤生产的主要固体废物，一吨原煤所排放出的矸石相当于原煤总量的10%到20%。近年来，随着我国现代工业的快速发展，煤矸石污染与采空区地质灾害问题成为了继煤矿安全作业后的又一迫切难题。本文针对煤矸石地表堆积所产生的环境污染和地质灾害现状，从设计、施工以及生产等方面研究矸石井下处理技术，寻找解决煤矸石问题的有效途径，实现矿井生产与生态发展的和谐良性循环。
关键词：矸石；井下处理；充填技术
煤矸石是伴随原煤生产的主要固体废物，一吨原煤所排放出的矸石相当于原煤总量的10%到20%。近年来，随着我国现代工业的快速发展，煤矸石污染与采空区地质灾害问题成为了继煤矿安全作业后的又一迫切难题。数据显示，我国目前的矸石山共有1500多座，其中有 380 余座长期自燃；全国每年产生煤矸石1.7亿吨，累计堆存达30亿吨以上，占用土地已超过104 公顷，更为严峻的是，我国煤矸石还在以每年 300-400公顷的幅度激增。在产生量、累存量及占地面积上，煤矸石已成为我国工业固体废物中最大固体废料，其造成的环境污染与地质灾害不容忽视。本文针对煤矸石地表堆积所产生的环境污染和地质灾害现状，从设计、施工以及生产等方面研究矸石井下处理技术，寻找解决煤矸石问题的有效途径，实现矿井生产与生态发展的和谐良性循环。
一、减少井下矸石产生量
我国煤矸石主要来源于岩石、煤岩巷道、硐室掘进及煤炭中杂混的矸石。矸石不出井，
有利于减少矸石造成的环境污染和生态破坏，减少占用土地，降低运输成本，对提高煤矿生产的经济效益与社会效益具有重要的现实意义。这就要求在煤岩的巷道设计、施工设计及矸石运转、井下充填等过程中，要充分考虑矸石井下处理，以从源头上减少矸石出井量，进而减少矸石地面堆积造成的污染问题。
1、改进巷道设计方式
在“安全绿色开采”发展背景之下，煤矿的采掘速度进一步加快，生产日益向集成化发展，矿井或开采层面的服务年限也随之缩短。这要求矿井不断提高其巷道支护技术，改进支护材料，逐步采用全煤巷的开拓方式开拓巷道，以达到减少井下矸石产生量的目的。目前，世界上已有部分国家如德国、英国实施全煤巷开拓技术。实践表明，煤矸石井下充填开采技术有利于促进矿井生产与生态发展的良性循环。
2、提高巷道矸石处理水平
在煤矿巷道开拓过程中，根据巷道位置和地理条件，在保障生产需求的前提下，可在巷道掘出相应的矸石硐，进行矸石存放，也可以通过增加巷道断面形成沿巷全长矸石墙，从而减少矸石的产出量。而全岩巷道受施工成本的限制，可通过变换矸石处理地点扩大矸石井下对方空间。如将矸石存放在预留采空区和废弃巷道内，或者按照所采矸石体积，在不影响采掘和巷道维护下，提前采出当中煤炭，待形成一定空间后作为矸石的专门存放点。
二、工作面采空区矸石充填系统的应用
煤矸石充填在减少煤矿固体废物在地表堆积的同时，还可以减轻开采地表的沉陷，是实现当下煤矿绿色安全开采的重要技术之一。然而，事实上，煤矿矸石回填技术仍然薄弱，目前各国对矸石回填技术的研究甚少，以及现有的回填技术主要集中在自动填充、机械填充以及风力填充等传统领域，回填效率也不尽理想。这一趋势下，实现矸石不升井，研发出一个高效而实用的矸石回填系统十分必要。近年来，随着煤矸石问题的日益严重，各种新兴的矸石填充开采技术开始逐步发展，并部分被应用于煤矿生产。目前，基于地面矸石回填系统与井下浅槽煤矸分离系统的工作面采空区矸石充填系统已在河南、山东、山西等地陆续兴起，并经实践取得了较好的经济效应。
1、地面矸石回填系统
应用地面矸石回填系统，可以将地面尾矿回填到矿井地下采空区，从而减轻开采地表沉陷，及减少矸石地面堆积对生态环境造成的污染与破坏。矸石下井回填主要头痛你通过一个直径578mm的耐磨无缝钢管，将矸石垂直输送到井下。据了解，该系统每小时处理矸石的能力约为500吨，这对于消灭地面已有的矸石山意义重大。
2、井下浅槽矸石分离系统
井下浅槽煤矸分离系统主要是依靠先进的浅槽分选工艺来实现煤炭（块状煤）与矸石分离，并将分离出的矸石直接填充到采空区或是报废巷道，从而实现以矸换煤矸石不出井的目标，减少矸石的井量，降低矸石运输成本，提高矿井的经济效益。根据报道数据显示，应用井下浅槽矸石分离系统每年大约能减少30万吨的矸石产出量。
煤矸分离系统的实施程序为：了解所填充煤矿的煤层厚度、煤炭年产量、煤炭硬度、巷道高宽度以及矸石含量、矸石硬度、矸石粒度等相关参数；按照参数进行实地研究，找出其煤矸分离的最佳方案以及矸石的分出率、分离系统的具体结构参数与实际运行参数，确定解决方案的实施可行性；根据解决方案进行系统设计，当中包括设备机械的设计与设备生产的加工；进入系统安装调试阶段；应用系统进行煤矸分离和工作面填充。
三、煤矸石井下处理技术的发展趋势
我国目前的煤矸石产量约占煤炭总产量的10%，年产量1.4×108吨，所在土地面积约为1.2×104公顷。日益庞大矸石山不仅侵占了大量良田，而且造成了大气与地下水造的污染，破坏生态环境。通过现代技术让煤矸石变废为宝，在节约资源、减少占地、改善环境的同时，促进煤炭产业结构的优化，实现社会经济可持续发展。
较长时间以来，传统开采造成的地面矸石山严重迫害着我们的生态环境。事实上，矸石只要不出井就可断其污染源，利用矸石井下处理技术让矸石变废为宝变得十分必要。本文所阐述的矸石井下处理技术具有良好的经济社会效益，且实施方便。深刻认识煤矸石所产生环境问题的危害性与严重性，改变传统开采习惯，在巷道设计、施工以及生产等环节中充分考虑矸石井下处理，有利于实现矸石不升井，减少矸石的地面产出量，从而为煤炭工业的可持续发展与生态环境的和谐健康尽一份力量。
参考文献
[1] 陈文敏，杨金和，詹隆.中国洁净煤技术丛书--煤矿废弃物综合利用技术.化学工业出版社，2011年.
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[4] 陈文敏，杨金和，詹隆.煤矿废弃物综合利用技术.化学工业出版社，2011年.
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