煤礦充填采煤關(guān)鍵技術(shù)與應用

【摘 要】煤礦在我國能源中占有較大的比重，如何在煤炭資源日益枯竭的情況下對其進行更加高效的開采和利用，同時又能更好的充填采空區(qū)，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的共同提升，成為煤礦和相關(guān)學者需要重點考慮的問題。本文以此為視角，介紹了煤礦充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)，并從多個層面討論了這些技術(shù)的應用范圍和成效。

【關(guān)鍵詞】煤礦；充填采煤；關(guān)鍵技術(shù)；應用

自100年前充填開采技術(shù)得到有效應用以來，在不斷的發(fā)展過程中，這一煤礦開采技術(shù)已經(jīng)在采礦工程中不斷得到提升和進步，應用效果不斷顯現(xiàn)。在目前情況下，我國常采用的充填采煤技術(shù)主要有膏體充填采煤技術(shù)、矸石充填采煤技術(shù)和高水材料充填采煤技術(shù)等，這些技術(shù)旨在在采礦過程中，把遺留下來的固體廢棄物進行填充，不但能夠應對當下我國能源資源緊缺的現(xiàn)狀，還能確保經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，促進綠色煤礦開采技術(shù)體系的構(gòu)建。

一、煤礦充填采煤技術(shù)的必要性

（1）維持了采礦—充填的循環(huán)。煤礦的開采和充填二者是相輔相成的，如果沒有開采就沒有填充，同樣如果沒有填充也就無法開采，所以，就需要二者相互配合，同時進行。然而，人們的眼光通常只是局限在煤礦的開采上，導致當前煤礦業(yè)的開采實現(xiàn)了全面的機械化，這種高產(chǎn)與高效的開采方式更加激勵人們以這樣的方式持續(xù)經(jīng)營煤礦行業(yè)，這樣就忽視了填充技術(shù)的不斷改革創(chuàng)新，所以，只有通過平衡開采—充填這個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，才可以促使煤礦行業(yè)更好的實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展。（2）加快了充填設(shè)備的創(chuàng)新。隨著充填采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，一定會推動著充填設(shè)備的進一步創(chuàng)新，目前我國采礦業(yè)充填設(shè)備仍然很難跟上采礦技術(shù)是有目共睹的，如果采用充填采煤技術(shù)，可以加快推進充填設(shè)備的創(chuàng)新，能夠促使充填設(shè)備和采礦技術(shù)健康發(fā)展，于此同時，外來充填設(shè)備在我國市場前景較好，采用充填技術(shù)促進我國充填設(shè)備的發(fā)展，能夠開拓我國充填設(shè)備的市場占有率，進而增強我國充填設(shè)備的競爭力。（3）保護環(huán)境。煤礦充填采煤技術(shù)最主要的作用就是可以保護開采后的地形與環(huán)境不被損害。而煤礦開采對地表以及地下均會有著不同程度的破壞，諸如植被的破壞與水土流失等破壞的環(huán)境問題，充填技術(shù)可以把開采后的固體垃圾進行重復利用，與此同時，因為采礦資源的不斷減少，涌現(xiàn)出了很多“三下”壓煤，而充填采煤技術(shù)可以很好的開采這些資源。通過該技術(shù)不但能夠增加了礦山的經(jīng)濟效益，而且又做到了綠色環(huán)保地開采，從根本上促進了采礦的可持續(xù)發(fā)展。（4）解決了以往充填材料的供需問題。通常煤礦具有很少的工業(yè)廢棄物，全部填補采空區(qū)非常困難，所以，這些不但會給煤礦公司提高充填材料的成本，而且供需也會遇到困難，通過充填采煤技術(shù)可以很好的利用固體廢棄物，能夠填充采空區(qū)，降低了充填成本，不斷可以確保了安全生產(chǎn)，而且又可以提高經(jīng)濟效益。

二、煤礦充填采煤的關(guān)鍵技術(shù)解析

（1）不穩(wěn)定頂板充填技術(shù)。當完成充填采煤后，可以消除了周期來壓，使得空頂距離對工作面的支撐壓力不再是主要問題，如果一次充填寬度較大能夠大幅增強充填效率，減少充填成本。然而對于穩(wěn)定性不好的破碎頂板，通常建議實施掩護式支架技術(shù)，采用輔助干式碼垛充填局部支撐，通過密閉擋墻來加壓速凝充填等方面的不斷研究探索，這樣能夠確保制作擋墻工人的安全，進一步擴大充填距離，進而處理了冒落廢石阻擋料漿與上部空洞的充填接頂難題。（2）厚大煤層分層充填開采技術(shù)。現(xiàn)如今的充填采煤因為受到采煤方法與充填技術(shù)等多因素的制約，通常用于厚2.0m上下的中厚以下煤層進行開采，如果厚到特厚煤層的充填開采依然存在較大的困難。而就理論和技術(shù)而言，厚大煤層的充填開采通常不是問題，目前金屬礦山的下向充填采礦技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。因此，必須解決下面兩個問題：首先是對于厚大煤層的開采，要允許減少產(chǎn)量，開展精細化分層開采；其次是是在分層充填采煤方法上，處理好上分層充填底板的快速加筋加強技術(shù)，這樣可以使得這個充填分層作為下分層充填的安全頂板。（3）自流滿管輸送控制技術(shù)。煤炭滿管輸送指管道輸送功能和連續(xù)攪拌制漿效果不掉一樣，可以讓攪拌桶或者緩沖槽中的料漿維持在一個平穩(wěn)的動態(tài)液位，能夠使得輸入和流出量大致一致。當前，自流滿管輸送在理論和技術(shù)已經(jīng)成熟，在既定輸送能力的條件下，只要展開一項管道流阻環(huán)管試驗與研究，就可以獲得管道輸送的水力坡度實測數(shù)值，通過該數(shù)值合理設(shè)計管徑與料漿濃度，同時在充填系統(tǒng)設(shè)計當中增加一個滿管輸送控制單元就可以很好的解決。（4）擋墻快速制作技術(shù)。為了處理好隨采隨充的充填料漿封堵產(chǎn)生的問題，近水平或者緩傾斜煤層的充填采煤工作面通常沿傾向布置，仰采推進。通過這樣布置的優(yōu)勢在于料漿接頂較好，而擋墻承受的料漿壓力較低，這樣工作面擋墻就可以不接頂。它的主要缺點是當煤層傾角較大時采煤機與刮板運輸機工作不便利，煤炭非常容易滾落。（5）激發(fā)性速凝膨脹技術(shù)。性能良好的煤礦充填膠固料通常具備以下特點：首先是全面利用當?shù)爻涮钯Y源，對能夠利用的充填料具備良好的適應性；其次是含水量要大，自流性要好，不分層與離析，同時泌水排水量要小；再次是凝固時間要短，早期強度要高，能夠達到采充循環(huán)銜接的要求，同時充填體固化性質(zhì)要穩(wěn)定。最后是能夠充分利用工業(yè)廢渣或者廢料，材料成本要低，具備市場競爭優(yōu)勢。以上特征這就決定了煤礦充填膠固料的多樣性與適應性，要求按照礦山充填料的具體性質(zhì)開展研發(fā)配制，目前的產(chǎn)品不一定適合。

三、煤礦充填采煤技術(shù)的應用

（1）充填系統(tǒng)組成。不同的充填采煤技術(shù)因為使用材料與充填工藝不相同，因此，系統(tǒng)組成也是不相同，通常均是由制備系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)以及工作面充填系統(tǒng)構(gòu)成的。通過不同充填系統(tǒng)的組成能夠反映出，高水材料充填通常不需要在地面建筑專門的制備站，也沒有必要專門打鉆孔，除此之外，都要求在地面建筑充填制備站，主要用于充填料的加工，同時需要有兩套完備的制漿系統(tǒng)；通常固體充填不要求有專門泵送系統(tǒng)、支架以及后運輸機是主要的制作設(shè)備。（2）地表變形分析。充填采煤的主要目標是將地表變形控制在允許范圍之內(nèi)，高效采出煤炭資源，不但要維持較高的采出率與生產(chǎn)規(guī)模，而且要在最大限度地降低覆巖與地表沉陷變形，讓建筑物可以完好地保存與使用。通常均要求建筑物破壞程度限制在I級范圍之內(nèi)，能夠讓地表幾乎不變形或者變形非常小。而建筑物受到開采影響的危害程度是由地表變形值的高低與建筑物本身的抵抗采動變形的能力所決定的。（3）充填采煤的社會效益。充填采煤技術(shù)的廣泛運用，使得煤炭開采工藝新實現(xiàn)了真正的變革，這對整個社會的發(fā)展意義重大。煤礦采用充填開采技術(shù)，經(jīng)過完全接頂把采空區(qū)充實，可以有效處理以往的頂板垮落、采空區(qū)回風、超前壓力以及底板突水等現(xiàn)實問題，使得煤礦作業(yè)環(huán)境的安全程度大力提高；而充填以后建立的以充填體為主的覆巖支控系統(tǒng)，可以有效控制地表開采沉陷在建筑物允許值范圍之內(nèi)，增加煤炭資源采出率，完成了不搬遷采煤，全面解放村莊建筑物下、鐵路下以及水體上下等煤炭資源，進一步延長礦井服務(wù)期限；通過充填開采消耗了許多的煤矸石與粉煤灰等工業(yè)廢棄物，降低了占地與對環(huán)境的破壞，極大的推動了煤炭工業(yè)的循環(huán)發(fā)展。

我國煤礦的充填采煤技術(shù)主要是通過國外引進，當前，煤礦充填采煤技術(shù)是目前我國采煤挖礦的主要技術(shù)，同時也將是未來我國煤礦研究領(lǐng)域所要潛心研究并創(chuàng)新的主要技術(shù)。因為開采量的日益加大，煤礦充填采煤技術(shù)不但提高了“三下”煤礦開采的安全性，與此同時，煤礦開采過程中發(fā)生的坍塌與瓦斯爆炸等安全問題，均可以的到有效的制止。然而隨著高產(chǎn)與高效采煤行業(yè)的高速發(fā)展，對煤礦的充填采煤技術(shù)也提出了更高的目標。

參 考 文 獻

[1]王謙源.我國充填采煤的發(fā)展與關(guān)鍵技術(shù)[C].會議論文集.2009（3）

[2]王林堂.淺談充填采煤技術(shù)[J].科技風.2011（6）：33～34

[3]葉常偉.煤礦充填采煤技術(shù)的應用[J].工程管理.2013（1）：44～45