刘秀琴
国电建投内蒙古能源有限公司 内蒙古鄂尔多斯市 127200
摘要：本文提出了一种煤电一体化工业副产品循环再利用充填开采技术，针对某煤电一体化项目在煤炭生产、火力发电等生产过程中会形成大量矸石、粉煤灰等工业副产品，这些副产品处置成本高、占用社会资源量大、对环境带来负面影响、现阶段无法满足企业高质量绿色发展和可持续发展的现状。通过充填开采技术，通过将矸石、粉煤灰、及添加剂等，按照一定配比进行采空区回填，有效利用煤矿井下开采工艺达到处理工业副产品并实现塌陷区治理及置换井下煤柱的目的。
关键词：煤电一体化；循环再利用；充填开采
一．概况
某单位每年在煤电生产过程中产生大量的固体废弃物，主要包括矸石（85-100万吨）、粉煤灰（22万吨），合计总量达107-122万吨。目前，矸石主要在第三方排放场通过填埋方式处置；粉煤灰部分外销、部分井下充填。
二．充填技术路线选择
目前我国充填法采煤主要有：矸石干式充填技术、覆岩离层注浆充填技术、冒落矸石裂隙注浆充填技术、（似）膏体充填技术、（超）高水充填技术、连采连充充填技术。
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经过对比研究，决定采用连采连充充填工艺。
三．充填材料参数确定
1.浆体充填材料配比试验
根据煤矿充填材料进行配比实验，选用实验数据如下表所示。
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充填材料采用水泥型号PM42.5和矿井水配比，物料占比如下：煤矸石49.5%，粉煤灰17.7%，水泥12.6%，矿井水20.2%
2.充填材料性能参数的选择
（1）料浆流速确定。膏体料浆流速一般根据膏体料浆配比、和易性综合确定，一般为 1m/s～ 2m/s 之间，本项目中按 1.5 m/s 进行考虑。
（2）充填能力确定。浆料入井钻孔内径为φ175mm，计算料浆充填能力为 130m3/h。每天按充填 12h考虑，则日充填量1560m3。
（3）膏体充填材料性能指标包括：膏体充填材料料浆流动性能、浆体稳定性能、可泵时间、早期强度、后期强度等，其中，浆体的流动性能一般采用坍落度指标，而浆体稳定性能通常用泌水率表示。膏体充填材料性能参数如下：
①流动性能：新搅拌充填料浆的坍落度不小于180～280 mm。
②可泵送时间：不小于4 h，即从加水混合以后，静置4 h，仍然能够正常泵送，这时候充填料浆无明显分层，坍落度还保持在150～180 mm以上。
③静置泌水率：小于3 % ～ 5%。
④单轴抗压强度：实验室标准条件下，8 ～10 h不小于0.1～ 0.2 MPa，28 d抗压强度不小于3.0 MPa。
四．充填工艺设计
1.支巷掘进工艺
工作面采用巷式条带开采，工作面按5m条带宽度考虑，为尽量实现工作面全部煤炭采出，将工作面开采分为一阶段开采和二阶段开采，充填相应分为一阶段充填和二阶段充填。其中一阶段开采是指在两侧为煤柱条件下的开采，二阶段开采是指两侧为充填体条件下的开采。由于二阶段开采是在以一阶段充填体为支撑条件下进行回采，要求一阶段充填体必须要有足够的强度才能保证二阶段的安全顺利开采，因此一阶段采用高强度充填，二阶段充填强度适当降低，满足顶板控制要求。
2.充填工艺
充填系统按照井上下可分为地面充填系统和井下充填系统两部分；按照功能可分为矸石充填系统、膏体充填系统。
矸石充填系统在地面建有矸石加工投料系统，由矸石存储场地、矸石运输、破碎、筛分等设备和矸石投料井组成；在井下矸石投料井井底部建有矸石缓冲仓，由仓下胶带输送机、工作面顺槽胶带运输机、充填巷胶带运输机、充填支巷运输机、矸石充填机运送到充填工作面。
膏体搅拌自流系统在地面建有膏体制浆站、浆体入井钻孔，制浆站包括原料的存储、计量、制备、配料、搅拌、输送等环节，主要有水泥罐、粉煤灰罐、矿井水池、双轴螺旋搅拌机等设备。膏体制浆站制成浆体后，利用静压通过充填管路输送至井下各充填工作面。井上下系统相互配套，协同运行，实现充填开采。
结论：
选用膏体配合矸石充填开采工艺，可部分解决公司工业废弃物排放问题，同时可置换煤炭33万t/a,实现年利润约4950万元，并具有显著的社会效益，该工艺技术上可行，经济上合理，安全上可靠，项目具有可行性。该工艺解决公司工业副产品处置、采空区大面积沉陷破坏及提高矿井资源采出率低等难题，为绿色矿山建设提供了可靠的技术保障，经济、社会和环境效益非常显著，对矿区生产和环境建设的可持续发展具有重要意义。