采煤一體化技術(shù)在綜合機(jī)械化固體充填中的應(yīng)用

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714161

摘要：本文分析了固體填充采煤一體化技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述了固體填充采煤一體化技術(shù)難點(diǎn)與目標(biāo)要求，提出了綜合機(jī)械化固體充填一體化技術(shù)的具體應(yīng)用要點(diǎn)，旨在使固體充填采煤一體化技術(shù)發(fā)揮最大的效果，實(shí)現(xiàn)采煤充填作業(yè)的并行開(kāi)展，確保煤炭開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：綜合機(jī)械化；固體充填采煤一體化技術(shù)

一、綜合機(jī)械化固體充填采煤一體化技術(shù)概述

我國(guó)煤炭資源豐富，在能源生產(chǎn)及消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占有重要地位，與發(fā)達(dá)國(guó)家的采煤實(shí)踐相比，我國(guó)“三下”壓煤?jiǎn)栴}突出，即建筑物下、鐵路下及水體下煤炭資源開(kāi)采技術(shù)落后，同時(shí)，長(zhǎng)期采煤實(shí)踐過(guò)程中造成的環(huán)境污染問(wèn)題，制約了我國(guó)礦井的發(fā)展，與可持續(xù)發(fā)展的理念相背離。試著技術(shù)的進(jìn)步及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤炭行業(yè)強(qiáng)調(diào)綠色采礦與科學(xué)采礦的理念，綜合機(jī)械化固體充填采煤一體化技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)充填采煤技術(shù)的突破性進(jìn)展。密集建筑群下、公路及鐵路交叉往下、大型水體下及松散含水層下礦區(qū)開(kāi)采工作的有效開(kāi)展，充分證明了固體充填采煤一體化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境三個(gè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

（一）固體填充采煤一體化技術(shù)發(fā)展歷程

早期的充填采礦法主要涉及金屬礦井下礦井各種排棄廢料的具體處理工作，充填采礦法應(yīng)用于金屬礦山的開(kāi)采中，先后產(chǎn)生了膠結(jié)充填、水砂充填、膏體充填及高水材料充填等技術(shù)，取得了良好的效果。煤炭資源的開(kāi)采過(guò)程中，隨著采礦工作的不斷推進(jìn)，采礦區(qū)上的覆巖層會(huì)垮落，因此，在具體開(kāi)采中無(wú)法形成穩(wěn)定完整的采空區(qū)，世界采煤界長(zhǎng)期以來(lái)不斷借鑒金屬礦山充填技術(shù)，通過(guò)膏體充填、高水材料充填等試驗(yàn)完善充填采煤技術(shù)，在金屬礦區(qū)中一般會(huì)形成穩(wěn)定的采礦區(qū)，充填才技術(shù)也隨著具體采礦區(qū)域的不同而不斷的改進(jìn)，這與現(xiàn)代礦井工業(yè)化、規(guī)模化的發(fā)展需求相一致。目前，我國(guó)煤炭開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)的大規(guī)模資源浪費(fèi)與環(huán)境污染問(wèn)題，促使研究人員在深入研究充填采煤巖層控制理論的基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)代化礦井普遍采用的綜合機(jī)械化固體充填采煤一體化技術(shù)，利用機(jī)械的方法將礦區(qū)的建筑垃圾、矸石及粉煤灰等固體廢棄物直接密實(shí)充填至采礦區(qū)，滿足了控制巖層移動(dòng)的目標(biāo)，將傳統(tǒng)技術(shù)下無(wú)法回收的煤炭資源采出，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)脆弱區(qū)大規(guī)模煤炭資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中水資源及環(huán)境的保護(hù)。

（二）固體填充采煤一體化技術(shù)的難點(diǎn)與目標(biāo)

1.充填采煤技術(shù)的難點(diǎn)

在不斷的實(shí)踐過(guò)程中，充填采煤技術(shù)仍未取得突破性的進(jìn)展，在具體應(yīng)用過(guò)程中，存在諸多的技術(shù)難點(diǎn)。將煤炭充填開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用于冶金礦山充填是該技術(shù)發(fā)展的誤區(qū)，在具體的冶金開(kāi)采過(guò)程中，礦脈開(kāi)采后礦房中完整的空間及通道是水砂機(jī)膏體充填的基礎(chǔ)，與煤炭資源開(kāi)采不同，冶金開(kāi)采中對(duì)巖土控制的要求較低，大部分的煤炭資源分布在沉積巖層，目前使用的長(zhǎng)臂垮落式開(kāi)采方式下踩空區(qū)覆巖垮落問(wèn)題突出，無(wú)法保證充填工作中通道及空間的完整性，所以，完善的充填采煤巖層技術(shù)理論研究應(yīng)不斷的進(jìn)行，并克服充填所需要的動(dòng)力、空間及通道三大技術(shù)難題。在具體作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)保證采煤作業(yè)實(shí)踐中采空區(qū)的頂板在不垮落的基礎(chǔ)上保持微微下沉，矸石填充過(guò)程中應(yīng)有完整的空間基礎(chǔ)。固體填充材料的運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)有連續(xù)完整的輸送通道，實(shí)現(xiàn)填充材料安全運(yùn)如采空區(qū)，為確保填充材料對(duì)采空區(qū)的密實(shí)充填，要關(guān)注填充材料在采空區(qū)實(shí)現(xiàn)夯實(shí)填充的動(dòng)力來(lái)源問(wèn)題。

2.充填采煤技術(shù)的目標(biāo)與技術(shù)要求

隨著技術(shù)的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代礦區(qū)充填采煤技術(shù)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)安全高效采煤及快速填充的雙重目標(biāo)，為此，煤炭行業(yè)應(yīng)通過(guò)不斷的研究，開(kāi)發(fā)出于現(xiàn)代化綜合采煤技術(shù)相適應(yīng)的充填采煤一體化技術(shù)。實(shí)現(xiàn)采煤與填充作業(yè)的并行開(kāi)展。采煤技術(shù)應(yīng)實(shí)現(xiàn)安全、高效的采出煤炭資源，做到嚴(yán)格控制地表移動(dòng)及巖層控制，在采煤實(shí)踐中注重環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一致性。

二、綜合機(jī)械化固體填充采煤一體化技術(shù)

（一）一體化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中系統(tǒng)布置

綜合機(jī)械化固體填充采煤一體化技術(shù)，其原理為借助建筑垃圾及固體廢棄物等為填充材料，利用礦井下建設(shè)的廢棄物料輸送系統(tǒng)或固體物料投放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)填充材料的安全下井，在井中帶式傳送機(jī)的作用下將材料送至充填采煤工作面，在采空區(qū)的壓實(shí)、充填過(guò)程中，刮板式充填輸送機(jī)與采煤充填一體化液壓支架等設(shè)備發(fā)揮了巨大的作用，技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中關(guān)于輸送通道、密實(shí)充填及充填空間的難題也得以解決，與傳統(tǒng)方式下采煤工作面布置相同，綜合采煤充填采煤工作面中充填作業(yè)的具體開(kāi)展在工作面后部的采空區(qū)進(jìn)行，工作面中要設(shè)置充填材料傳輸帶，將固體充填物料送至刮板式輸送機(jī)上，一體化技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了工作面布置中采煤與充填作業(yè)的并行操作，提高了作業(yè)效率。

（二）綜合機(jī)械化固體填充采煤一體化液壓支架

綜合機(jī)械化固體填充采煤一體化液壓支架實(shí)現(xiàn)了采煤工作面系統(tǒng)中采煤機(jī)填充作業(yè)的并行開(kāi)展，在不斷的發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)研究人員通過(guò)分析固體充填實(shí)踐中采場(chǎng)礦壓的主要規(guī)律，提出了采礦場(chǎng)壓力學(xué)模型理論，分析了液壓支架受力與采場(chǎng)頂板間的關(guān)系，指出異于傳統(tǒng)采煤被動(dòng)受壓機(jī)理的采煤支架注定支撐頂板原理。在不斷實(shí)踐過(guò)程中，開(kāi)發(fā)了可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)填充并行開(kāi)展的綜合機(jī)械化采煤一體化液壓支架保證了采煤實(shí)踐的安全開(kāi)展及密實(shí)填充工作的有效開(kāi)展。在采煤與充填一體化液壓支架的頂梁有前頂梁與后頂梁之分，通常情況下，后頂梁的支護(hù)力大于前頂梁，前頂梁是采煤作業(yè)有效開(kāi)展的基礎(chǔ)條件，后頂梁的牢固是充填作業(yè)的基礎(chǔ)，支架的后部支撐能力也以此實(shí)現(xiàn)。在后頂梁下設(shè)置了兩根立柱，可幫助填充物直接進(jìn)入到后頂梁中的采空區(qū)，保證了支架與后部的連接，使固體填充物夯人采空區(qū)，保證了充填過(guò)程依據(jù)巖層移動(dòng)與地表沉陷要求保障采空區(qū)充填率的目標(biāo)。

三、總結(jié)

綜合機(jī)械化固體填充采煤一體化技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，有效解決了“三下”壓煤礦井采出率低的問(wèn)題，推動(dòng)礦山開(kāi)采的綠色化發(fā)展，填充采煤一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了采煤與填充作業(yè)并行開(kāi)展的技術(shù)革新，使煤炭資源開(kāi)采環(huán)節(jié)更加的安全高效，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的統(tǒng)一。

作者簡(jiǎn)介：閆建軍（1978），男，山西鄉(xiāng)寧縣昌寧鎮(zhèn)人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：煤礦技術(shù)管理。