引言
随着绿色矿山生态保护意识的深入，以及煤炭行业环保政府监管日益严格，以“井下矸石不出井、井上矸石回井下”为代表的矸石零排放方案，代表了目前最为主流的发展趋势，实现井下煤矸就地分流充填。本文根据小回沟煤矿地质条件、开采情况和经营状态，以采煤矸石不出井为目标，对小回沟煤矿2202工作面矸石充填的问题进行了分析和研究。
1 小回沟煤矿2204工作面简介
2202工作面倾向长240m，走向长1360m，平均煤厚2.73m，倾角0-16°，工作面采用一次采全厚长壁式釆煤法，综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板。主运采用带式输送机，辅助运输采用无轨胶轮车，通风方式为U型通风。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩。如图1所示，2202工作面断层、陷落柱发育，含煤率约44%（体积比）。其中，最大陷落柱长轴达250m，最大断层落差达25m。2202工作面矸石量巨大，矸石处理问题尖锐。
2 充填方式的选择
2.1 国内外主流的充填方式
目前国内外主流的充填方式形式多样，可选的余地较大，煤炭矿山现已经形成了超高水材料、膏体材料和矸石固体3种不同形式的充填采煤方式。从充填区域又可以分为长壁工作面充填开采、巷道式充填开采、旺格维利采煤方法充填和废旧巷道矸石充填等4种方式[4]。
巷道式充填开采、废弃巷道充填两种充填工艺相对简单，但充填矸石的体量相对较小；长壁工作面充填开采、旺格维利采煤方法充填两种充填方式充填工艺相对复杂，但矸石充填体量巨大。
2.2 充填方式的选择
限于小回沟煤矿地质条件复杂，当前2202采煤工作面整体含煤率不到50%，所在采区内废弃的采煤工作面巷道较多，总长度达4km之多，刚好可以作为先期矸石充填试验使用。
另外，小回沟采煤工作面矸石量集中在大型断层和陷落柱区域，实现井下分选，可以很好避免了矸石在地面和井下之间往返运输成本。
3 充填方案及施工工艺
3.1 充填方案
根据国内外研究现状调查、研究、分析、总结，确定将2202工作面运煤煤流系统中的矸石分流出来，充填到废弃的2202辅运巷内。
设备布置：在2202工作面二联巷布置一部40T型刮板输送机，刮板机尾与2202运输巷胶带输送机搭接（在2202运输巷带式输送机安装分矸器）；2202辅运巷布置一部带式输送机（带宽800mm）和一部抛矸机（带宽
800mm）。充填时，由里往外逐台启动
图2 煤矸分流、矸石充填系统图 各台运输设备进行充填；停止充填时，由外往里逐台停止运行各台设备。
3.2成套充填装备设计和加工
3.2.1 简易抛矸机
设计抛矸机需要考虑的问题有：（1）设备重量不能过大，要方便频繁移动；（2）抛矸机机头可以在水平和竖直方向上自由移动；（3）设备材料刚度要求，防止频繁移动后损坏或变形；（4）充分使用液压传动系统，使用液压千斤顶完成设备各项动作。
自制简易抛矸机由EBZ200掘进机第二运输机改造而成，简易抛矸机机头设计、安装了调高和摆动千斤顶，用于机头上下升降、左右摆动，能够实现对抛矸迎头全断面的充填。
3.2.2 驱动后置运矸皮带
驱动后置运矸皮带由DSJ80型皮带改造而成。主要改造部分有：（1）为了便于向外拉移运矸皮带机头，减轻皮带机头部的重量，加工简易机头，将驱动电机及减速器等部位安装在皮带机尾，在整个充填过程中无需移动驱动部，只需要后移简易机头即可；（2）为了减少拉移运矸皮带机头的次数，将运矸皮带的卸载部大架长度延伸成30m，并加工抬高框架，能够容纳抛矸机的全部机身的长度。
3.2.3 煤矸分流装置
如图5所示，煤矸分流装置由清扫器和升降托辊构成，分流矸石时，升起调节抬高的千斤顶，将“抛物线”形状的皮带顶托成“一字型”，在清扫器的清扫作用下将矸石分流到运矸皮带上，出煤时不充填时，降低调高千斤顶，正常运输煤炭。
图5 抛矸设备设计斜视图
3.3充填工艺
2.3.1 充填工序
矸石充填主要工序流程：启动辅运巷抛矸机、皮带、刮板机→运矸→抛矸充填→后移抛矸设备→下一个循环。
2.3.2 运矸路线
工作面矸石运输路线：2202运输巷（1m带式输送机）→三联巷（40T刮板输送机）→2202辅运巷（80带式输送机）→2202辅运巷（抛矸机）→巷道内矸石充填。
2.3.3 充填过程
（1）矸石运输至抛矸机后，启动抛矸机，将矸石抛射至充填巷道。充填过程中可调整抛矸机左右位置和方向，对巷道进行充填，高度不超过巷道断面的2/3（即高度不超过1.8m）。
（2）抛矸机充填最大高度小于1.8m时，可人工辅助充填至1.8m。
（3）充填循环步距为5m，根据实际充填长度调整。
（4）充填一个循环步距（5m）后，往后拉移一次抛矸机，拉移步距为5m；每充填30m左右拉移一次运矸带式输送机机头。
3 煤矸分流、矸石充填实践效果
2202工作面辅运巷煤矸分运巷充试验以来，矸石充填效果显著，日充填进度30米，日矸石充填量650吨，且工人作业强度明显降低。矸石无需升井，直接在井下进行分流、转载、充填至废弃巷道内，无需胶轮车运输，经济效益明显。
小回沟煤矿2202工作面辅运巷二号联巷、三号联巷480m的长度内可作为矸石充填巷进行矸石回填，2202工作面运输巷掘进时巷道断面为4.8m×2.7m（宽×高），2202工作面辅运巷充填段可充填的矸石量可按如下公式计算。Q=D×（H-h）×L×ρ=10357t。矸石处理成本为44元/t,可节约成本45.5万元。
4 结论
1.对于过大型断层、陷落柱的采煤工作面，煤岩界限分明，肉眼可见，可以直接在运煤皮带上实现分流，在井下转运至充填巷道内，并由抛矸机充填到充填迎头，实现了综采工作面矸石直接在井下分流充填。
2.本次实践表明矸石充填系统带式运输采用后置驱动的可行性，极大的方面了拉移运矸皮带机头，避免了使用反转皮带。
3.本次实践也表明巷道式矸石充填适合充填量不大的工作面，有充填量较大的需求考虑长壁式工作面矸石充填工艺。
参考文献
[1] 胡伯,小保当煤矿矸石充填技术研究及应用［J］．煤炭工程，2021，53(8 ):16－19.
[2] 胡伯,苇子沟煤矿井下矸石充填系统设计优化［J］．能源技术与管理，2021，46(1 ):158－159.
[3] 索志岗,煤矿矸石不升井巷道充填技术研究 ［J］．河南科技，2018，661(12):103－104.
[4] 陈 锋． 邢东矿综合机械化矸石充填开采可行性研究 ［J］．煤炭与化工，2020，43( 11) : 30－33．
