對(duì)煤礦井下充填式開采技術(shù)的思考

王雙銀

摘 要：資源開發(fā)地區(qū)社會(huì)穩(wěn)定的一個(gè)突出問題是地企矛盾，主要原因是煤炭開采引發(fā)地表塌陷、水土流失、道路斷裂、基礎(chǔ)設(shè)施和房屋破損，礦區(qū)百姓的生活、生計(jì)、生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響，而往往礦方一次貨幣補(bǔ)償難以解決長(zhǎng)遠(yuǎn)民生問題。隨著國(guó)家能源需求的不斷增加，采空塌陷區(qū)也將不斷增加，將會(huì)有更多的群眾生產(chǎn)生活受到影響。因此，煤礦推行充填式開采技術(shù)，已經(jīng)成為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大事，成為建設(shè)生態(tài)文明、推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

關(guān)鍵詞：煤礦；充填式；開采技術(shù)

所謂“充填式”采煤，是指將粉煤灰、風(fēng)積沙等硅質(zhì)材料配以速凝劑、固化劑和膨脹劑等輔料，按照一定比例制成高水膨脹材料作為充填物，通過地面鉆孔，輸送管路從地面充填站輸入井下，從而實(shí)現(xiàn)以填充材料換取煤炭達(dá)到突破開采禁區(qū)的采煤方式。這種技術(shù)突破村莊下等建筑物、水體、道路、鐵路下，這些采煤禁區(qū)內(nèi)有煤也能開采。此項(xiàng)采煤方式具有運(yùn)行成本低，煤炭回收率高、地表無(wú)明顯沉降等諸多優(yōu)勢(shì)。

1 充填式開采技術(shù)的意義重大

近年來(lái)，煤礦井下充填式開采技術(shù)在全國(guó)一些煤礦得到了研究和應(yīng)用。充填式開采技術(shù)一般采用膏體充填、高水充填、煤矸石充填三種開采工藝，能有效減少對(duì)土地、水資源、生態(tài)環(huán)境的破壞，提高資源的回收率。該技術(shù)對(duì)解決我國(guó)煤礦開采與環(huán)境保護(hù)、煤礦開采與城市發(fā)展、煤礦開采與水資源保護(hù)、老礦區(qū)資源枯竭等問題具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)調(diào)查，采用傳統(tǒng)的“條帶柱式”回采工藝，一些現(xiàn)有老礦可開采儲(chǔ)量特別低。尤其是遇到大型建筑群、水體和鐵路下（簡(jiǎn)稱“三下”）的情況，煤礦開采受到限制。而充填式開采技術(shù)則突破這一瓶頸在禁區(qū)采煤。從而實(shí)現(xiàn)地下與地面相安無(wú)事。實(shí)施充填開采，有效增加了我國(guó)老礦區(qū)煤礦可采資源量，有利于安全采出剩余煤炭資源，提高煤炭資源回收率，同時(shí)，有效地控制了地表移動(dòng)變形，緩解了地表水系和地下水資源的破壞、煤矸石占?jí)焊亍＝Y(jié)合我國(guó)一些充填式開采的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，文章對(duì)適合充填材料、充填技術(shù)等進(jìn)行進(jìn)一步研究、試驗(yàn)，因地制宜地探索煤礦井下充填開采模式，并積極推動(dòng)成熟的煤礦先行開展井下充填開采試驗(yàn)試點(diǎn)，為促進(jìn)煤炭資源綠色開采，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)和諧發(fā)展打好基礎(chǔ)。

目前，隨著國(guó)家提出的“節(jié)能減排、綠色開采”等規(guī)定的不斷深入，該項(xiàng)技術(shù)在全國(guó)的發(fā)展已基本成熟，特別是東區(qū)各礦井的可供開采儲(chǔ)量日趨減少，形勢(shì)迫在眉睫。因此，推廣應(yīng)用“三下”壓煤充填式開采技術(shù)是大勢(shì)所趨，勢(shì)在必行。

2 保證安全前提下，從細(xì)全面考慮

推行充填式開采，要做到未雨綢繆，在保證安全的前提下，以最快的速度，最小的工作量完成試點(diǎn)工作。“三下”壓煤充填式開采技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)、新事物，投資大，加之礦井系統(tǒng)、環(huán)節(jié)復(fù)雜，具體實(shí)施起來(lái)難度大，需要技術(shù)支撐，在方式、方法、工藝等方面都需要從細(xì)全面考慮。綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)，與傳統(tǒng)采煤技術(shù)最大的區(qū)別在于運(yùn)用“開采十充填”的開采方式，在采煤的同時(shí)利用矸石、粉煤灰等廢料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行填充，實(shí)現(xiàn)了防火、防水、防瓦斯、防沖擊地壓，延長(zhǎng)礦井壽命的“四防一保一延長(zhǎng)”煤炭開采新技術(shù)。綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)，是將地面矸石與粉煤灰以合適的比例混合后，通過投料系統(tǒng)和井下運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至工作面，再通過充填開采運(yùn)輸機(jī)充填到采空區(qū)，由夯實(shí)機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，置換出煤炭資源，達(dá)到解放建筑物下壓煤并控制覆巖運(yùn)動(dòng)及地表沉陷的效果。實(shí)施綜合機(jī)械化充填開采是一項(xiàng)科學(xué)、系統(tǒng)、先進(jìn)的開采技術(shù)，是煤炭開采方式的一個(gè)創(chuàng)舉。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了防火、防水、防瓦斯、防礦壓，保護(hù)了環(huán)境，延長(zhǎng)了礦井壽命。但是，任何技術(shù)需要一定的資金、物資、硬件設(shè)備、本礦現(xiàn)狀等因素做好充分保障，否則，僅為產(chǎn)量忽視安全的充填式，也就不可避免工作中或后期出現(xiàn)安全事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)煤礦95%為井工礦，地質(zhì)條件復(fù)雜、災(zāi)害種類繁多。隨著開采深度的增加，礦井瓦斯、水、火、礦壓、地溫等災(zāi)害日趨嚴(yán)重。研發(fā)適應(yīng)煤礦生產(chǎn)條件變化的充填開采技術(shù)，強(qiáng)化煤礦安全生產(chǎn)的科技保障能力尤為重要。

3 充填式開采技術(shù)要因礦制宜

在實(shí)施充填式開采技術(shù)之前，要對(duì)煤礦整體性情況深入調(diào)查，并對(duì)充填式開采技術(shù)和現(xiàn)狀做一全面的了解，無(wú)論是離層注漿減緩地表下沉采煤法、膏體充填法，或是矸石粉煤灰充填法，都有其優(yōu)缺點(diǎn)，沒有絕對(duì)占優(yōu)勢(shì)的萬(wàn)能方法，不能一概而論。由于各個(gè)煤礦情況不同，因此，在實(shí)施充填式開采技術(shù)前就是要找出最適合的開采方法。對(duì)于費(fèi)用問題，可進(jìn)行比較；適用性問題，各礦井實(shí)際情況有所不同，但采用的支架必須用充填型；既可以使廢矸石得到處理，又能達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。譬如，晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平公司從技術(shù)環(huán)節(jié)入手，將“充填式”采煤的工藝研究及實(shí)驗(yàn)作為重點(diǎn)工程之一，大力開展項(xiàng)目的技術(shù)攻關(guān)。并成立“充填式”開采領(lǐng)導(dǎo)組、組織技術(shù)人員開展專業(yè)例會(huì)、與河南理工大學(xué)簽訂合同獲取技術(shù)支持等措施，在完善理論的同時(shí)，該礦還積極開展實(shí)踐活動(dòng)，率先在非“三下”區(qū)域進(jìn)行壓煤開采試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)期間各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯總，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)分析整理，組織地測(cè)等部門專業(yè)技術(shù)人員對(duì)在采掘活動(dòng)前和采掘過程中的地表和建筑物移動(dòng)變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究地下開采對(duì)地面地質(zhì)水文等情況影響，為“充填式”開采試驗(yàn)提供科學(xué)準(zhǔn)確的科研數(shù)據(jù)。在一系列前期試驗(yàn)后，王臺(tái)鋪煤礦“充填式”采煤聯(lián)合試運(yùn)行取得圓滿成功后，才正式進(jìn)行充填生產(chǎn)。充填式采煤工藝的應(yīng)用將使王臺(tái)鋪礦井服務(wù)期限大大延長(zhǎng)。充填式采煤作為解決煤炭資源的枯竭與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾的重要途徑，在回收寶貴煤炭資源的同時(shí)，也為該集團(tuán)公司帶來(lái)非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4 完善煤礦充填的相應(yīng)法規(guī)和政策

考慮我國(guó)能源需求對(duì)煤炭依賴度較高的實(shí)際，全面實(shí)施充填開采尚不可行，但對(duì)環(huán)境脆弱區(qū)、耕地保護(hù)區(qū)、人口集中區(qū)等重點(diǎn)區(qū)域，道路、水體、重要建筑物等，應(yīng)通過立法保證推廣運(yùn)用這一技術(shù)。同時(shí)，應(yīng)制定科學(xué)合理的稅費(fèi)優(yōu)惠政策，從煤炭的采出、運(yùn)輸、銷售、加工整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)、鏈條環(huán)節(jié)分擔(dān)煤礦采用充填技術(shù)所增加的生產(chǎn)成本、社會(huì)責(zé)任。國(guó)家已制定了礦區(qū)開發(fā)的環(huán)境治理規(guī)劃，但主要強(qiáng)調(diào)的是破壞后的治理。為避免走先破壞后治理老路，國(guó)家應(yīng)根據(jù)煤炭資源分布，盡快研究制定煤礦充填開采技術(shù)適用區(qū)總體規(guī)劃，協(xié)調(diào)區(qū)域之間的關(guān)系，確定一些礦區(qū)作為國(guó)家一段時(shí)期內(nèi)進(jìn)行重點(diǎn)扶持的示范區(qū)。建議國(guó)家應(yīng)立法推行煤礦充填開采，改善礦區(qū)生態(tài)民生。這一點(diǎn)，2012年5月，《山西省煤礦現(xiàn)代化礦井標(biāo)準(zhǔn)》晉煤規(guī)發(fā)（2012）500號(hào)出臺(tái)無(wú)疑成為省級(jí)政策的典范。唯一不足的，就是沒有將充填式開采技術(shù)納入必定推行的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)施，其政策導(dǎo)向存在寬泛化。對(duì)充填式開采技術(shù)的推進(jìn)無(wú)具體舉措來(lái)保障。

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