現代煤礦開采充填技術的應用及發展前景展望

劉鵬

摘 要：充填技術是目前在煤礦開采中使用較為廣泛的一類技術，體現出來眾多優點，也表現出來一些不足之處。文章對煤礦充填開采技術的基本內容進行了簡要介紹，深入分析了充填技術的實際應用以及其未來發展前景。

關鍵詞：煤礦開采；充填技術；應用；發展前景

充填技術在近些年的發展較為迅速，已經出現了多種不同的充填技術，在煤礦開采中發揮出了重大的作用。充填技術的優點推動其發展，所具有的缺點又制約著其發展，因此需要科學合理地對到充填技術的正反兩面，合理地在實際開采作業中使用充填技術。

1 煤礦開采充填技術基本內容簡要介紹

充填技術從某種角度來說，是人工支護開采技術的一種。在煤礦礦井中，在回采工作面不斷推進的過程中，通過外部材料或是開采過程產生的石料逐步對采空區進行充填，以便控制采空區圍巖崩落、地表移動等問題，并且可以在形成的填充體上進行保護性回采作業。充填技術可以用于圍巖性質不穩，但是礦體品質很高的稀缺貴重礦場；適用于地表不允許陷落，開采條件較為困難的礦場。充填技術的優點在于回采率很高、作業比較安全、對地表的保護比較到位、適應性很強；但是充填技術的缺點也很明顯，比如施工工藝較為復雜，施工成本相對較高，生產能力和生產率都比較低等。

一般來說，根據輸送方式和充填材料之間的不同，可以將充填技術分為三種：第一，干式充填法。這種充填法的充填材料主要來源是采石場產生的碎石或者地下開采過程中產生的廢石等。通過破碎機進行破碎，再輸送采場之中。第二，水力充填法。這種充填法的充填材料主要是碎石、砂、爐渣或尾砂等，通過水力管道輸送到采場之中。第三，膠結充填法。這種充填方法的主要材料是砂石、爐渣等材料和水泥等凝膠材料按照一定比例配置的混合物。通過水力管道或輸送機械運輸到采場之中。在這三種方法中，干式充填技術的使用最早，但是其生產效率較低、開采成本較高、勞動強度較大，已經逐漸被另外兩種方法所取代。根據回采工藝、回采方向以及采場結構，充填技術又可以分為壁式充填、支架充填、向下分層充填以及向上分層充填等。

2 充填技術在煤礦開采中的實際應用分析

2.1 充填目的簡要探討

在煤礦開采中使用充填技術，其具有多個方面的基本目的。第一，利用充填進行地壓管理。通過在采空區形成充填體，對地表下沉和圍巖崩落形成有效控制，為煤礦開采的回采工作面構建安全方便的工作條件，對地表建筑形成有效保護。第二，杜絕煤礦內部火災。在煤礦開采過程中，可能由于通風系統存在問題，導致煤礦發生火災。通過充填體對回采工作面進行保護以及阻隔作用，在發生內部火災時可以有效對火情進行隔絕。第三，方便回采礦柱留存。在完成一個區域的采煤作業之后，能否對采空區進行及時充填，將會直接影響到礦柱是否可以回采，這將會對平衡生產形成直接的影響。第四，方便水下或深部開采。在采空區進行充填形成充填體，穩定采空區以便進行深部或水下開采作業。

2.2 充填技術在煤礦開采中的應用要點

在煤礦開采中應用充填技術，第一，需要對礦體進行劃分，將礦體劃分為盤區，再將盤區劃分為礦段，再將礦段劃分為回采單元。第二，對采礦環境進行再造，在頂柱部位使用向下分層充填法進行一到兩個分層的回采作業，再使用混凝土進行充填以形成人工頂柱。在柱底部位，可以通過淺孔落礦開采技術進行回采，在回采到一定高度之后，再用混凝土進行人工底柱澆筑。第三，在柱頂部位預留一定空間大小的小井作為回采作業中的通風、充填采窄區的充填井以及人行井。第四，使用深孔設備對鑿巖硐室向下鉆鑿大直徑深孔，在全高階段上鋪設球狀向下崩礦。在受到限制的空間內，可以使用誘導耦合和強制的落礦方法進行回采。

2.3 煤礦全采全部充填技術分析

所謂全采全部充填就是在煤層開采之后，頂板沒有出現冒落的情況下，就對采空區的全部范圍進行充填，充填材料用量應該和煤礦開采的采出量基本保持一致，以實現全采全部充填。根據充填材料和輸送方式存在的差異，全采全部充填技術可以分為干式充填和膠結充填，干式充填可以最大程度利用采煤過程中產生的廢料廢渣，減少相應的渣料排除工作。目前，我國煤礦開采過程中干式充填中最常見的就是在巷道迎頭拋矸石機膠帶充填以及采空區架設后刮板輸送機樓矸石充填。干式充填對廢石廢料進行二次利用的特性，使其成為了一種環保的開采技術，具備了廣闊的發展前景。

2.4 煤礦全采部分充填技術分析

所謂全采部分充填就是在煤層開采之后，只對采空區的部分空間或是冒落區和離層區進行充填，這種只進行部分充填的開采技術就稱為全采部分充填技術。采動巖層的移動規律是全采部分充填技術的關鍵，在實際應用當中，常用的全采部分充填開采技術主要是覆巖離層注漿充填開采技術以及冒落矸石空隙注漿膠結充填開采技術。值得注意的是，冒落區充填可以根據具體形狀的差異，分為條帶冒落區注漿充填、房柱式冒落區注漿充填以及長壁式冒落區注漿充填。

3 煤礦開采充填技術的發展前景簡要探討

根據我國煤礦開采的實際發展情況來看，充填技術正在逐步完善日趨成熟。雖然從實際角度來講，充填技術最初只是用于金屬礦的開采。但是在將充填技術引入煤礦開采之后，不僅對煤礦開采起到了積極的推動作用，更是憑借煤礦開采的應用實踐得到了長足的進步和發展，使其在煤礦開采中的作用越來越重要。比如可以提供較為良好的煤礦開采作業環境以及對地表植物或建筑形成有效保護。在煤礦開采過程中，充填技術的充填材料主要是煤矸石、砂石以及煤粉灰等。充填原料的選擇一般需要根據取材和運輸等多個方面來綜合考慮，從實際情況來看，水砂在取材和運輸等方面都更具成本優勢，所以在煤礦充填開采中使用十分廣泛。但是水砂雖然具有成本方面的優勢，但是其在性能方面卻具有缺陷。總的來說，我國煤礦開采技術正在穩步發展，充填技術的材料使用也在日趨多樣化，在滿足各種情況的基本需求的同時，還能夠創造較大的經濟效益。但是，膠結充填的凝結過程可能出現沖洗現象，水泥顆粒被洗出，不僅會給煤礦井下造成污染，還會降低充填材料的充填強度，弱化充填技術的作用。

從長遠趨勢來看，煤礦開采充填技術具有廣闊的發展前景，需要在發展過程中解決目前存在的一系列問題。首先，要加強對煤礦地下充填開采的研究。這種技術的主要使用條件是煤礦開采區域地表存在各類建筑。如果建筑物進行拆遷，不僅會帶來大量的資金浪費，在很大程度上也無法取得建筑物所有者的統一，可以說困難重重，因此加強煤礦地下充填開采研究，在開采過程中對采空區進行強有力的充填支護，確保地表不會受到煤礦開采的影響。其次，充填技術需要更加注意經濟和環境的和諧發展，并且在兩者之間實現平衡。和諧發展是在可持續發展的基礎上提出的，要求在發展過程中各方實現和諧共處均衡發展。充填技術的未來發展就需要更加強調經濟與環保，對煤礦開采的長期過程進行科學合理的經濟效益規劃以及環境影響評估，進而優化充填開采技術的某些環境，使其在經濟與環保之間達到平衡。

4 結束語

充填技術在礦產開采中使用十分廣泛，近些年更是在煤礦開采中得到了深遠的發展。利用充填技術要根據實際地質情況、開采技術手段等方面的要素，確定科學合理的充填開采技術，確保在不斷實踐應用的過程中，使充填技術得到最大的發展進步。

參考文獻

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