試論綜合機械化固體充填采煤一體化技術

閆建宙

（山西鄉寧焦煤集團有限責任公司，山西臨汾 042100）

試論綜合機械化固體充填采煤一體化技術

閆建宙

（山西鄉寧焦煤集團有限責任公司，山西臨汾 042100）

確保“三下”壓煤技術被解放，確保礦井采出率提升，以便將綠色礦山開采的現代化目標實現，使綜合機械化固體充填采煤一體化技術更好的推廣和應用，就需要圍繞這一技術的發展歷程出發，探討技術應用目標與應用難點，以確保應用的有效性。

綜合機械化；固體充填；采煤一體化；發展歷程；目標；難點

1 關于發展的歷程

充填采礦法最早始于非煤礦山的井下處理以及礦井廢料排氣等，而充填采礦無論是在國內的金屬礦山中，還是在國外的金屬礦山中均有著悠久的應用歷史，隨著技術經驗的不斷積累，從最開始的水砂充填—膠結充填—膏體充填—高水材料充填等，每一種充填技術均是技術水平不斷提升的產物，因而都有著較好的使用效果。

近些年以來，為了將國內煤炭資源大規模開發所造成的環境、資源等沖突問題解決，為了實現煤礦行業在國內高效、安全及綠色的開采，我們在原有的充填煤巖層相關控制理論和技術實踐的基礎上，進一步研發出新的一種更契合當代礦井開采需求的綜合機械化采煤技術-綜合機械化固體充填采煤一體化技術，其主要是在機械化手段的應用下實現對礦區建筑垃圾、矸石以及粉煤灰等固體廢棄物的充填密實采空區作業，并在巖層移動目標得到良好控制的情況下，將煤炭資源采出，尤其是那些使用傳統技術難以實現回收的煤炭資源，諸如：水體、建筑物以及道路等“三下”中蘊藏著的邊角煤柱、壓煤等，此外這一技術的應用在一定程度上還能夠對大規模煤礦開采區所涉及到的生態環境以及水資源等進行保護。就我們當前了解到的信息來看，這一技術已經被廣泛應用到松散含水層、密集建筑公路群以及大型水體等下端，且取得的應用效果非常好。

2 應用目標及應用難點

雖然歷經百年的發展，但是現階段的充填采煤技術卻始終無法達到一個讓人滿意的狀態，我們從實際應用狀況出發，阻礙這一技術發展最主要的原因在于其所沿用的是冶金礦山充填的方式和原理，但由于采出冶金后，會在礦房里遺留下很大的一個膏體填充或水砂填充的通道，其極易受到巖體運動的影響而造成安全隱患。

對我國現階段礦區充填所采煤技術作業遵循的原則來看，技術應用的目標在于確保采煤作業高效、安全進行的同時，還必須實現充填作業的高效與安全性，因而對于當前機械化充填一體化技術的進一步應用和開發，應當圍繞在充填作業與采煤作業完美融合的基礎上，首先是煤炭資源采出的過程必須是高效且安全的；隨后是在采煤過程中必須嚴格對地表以及巖層移動過程進行控制，以使被保護對象得到足夠的保護；最后應當體現出技術應用的環境效益、經濟效益以及社會效益等。而以上目標的實現面臨著三個方面的技術難點。

首先將矸石等固體充填材料在采空區卸載時缺乏動力來源的問題解決，就必須使整個充填體在采空區內密實充填以及壓實的最終效果得到保證；隨后為了使采煤后采空區的頂板不會垮落或者出現輕微下沉的情況，就需要提供給采空區矸石足夠的充填空間；最后高效安全的將固體充填材料（諸如：矸石等）輸送到踩空區內進行填充作業，其前提是必須將一個用于固體材料充填的連續性輸送通道構建出來。

3 綜合化利用

3.1 關于系統的布置

從圖1能夠對綜合機械化固體充填采煤一體化技術有一個大致了解，其主要作用的對象是以地面建筑垃圾、矸石以及粉煤灰為主要的固體廢棄物作為充填的材料，是在投放輸送系統或者固體物料連續輸送等系統的利用下，將固體廢棄物運輸到礦井下，隨后在帶式輸送機的應用下，輸送到采煤充填工作面，最后通過充填采煤一體化液壓支架、刮板充填輸送機等設備將采空區充填和壓實作業完成的過程。這一工作流程妥善解決了存在于充填采煤作業中的三個技術性難題，即密實充填、充填空間以及輸送通道等。

圖1 綜合機械化固體充填采煤一體化生產系統布置

相較于傳統形式的綜合采煤工作面的布置而言，綜合機械化固體充填形式的采煤工作面也不存在很大差異（如：圖2所示），從圖2可以看出，在采煤工作面后部也就是采空區的一側是用于充填作業面的區域，隨后在工作面上平巷的位置專門布置了一個固體充填物料輸送帶，其有助于將固體充填物料高效、安全的向刮板式輸送機的位置傳輸。針對這樣一種工作面布置的形式，我們結合已有經驗認為這是非常合理的，有助于將采煤和充填保持在同一個工作系統中并同時作業的目標實現。

3.2 液壓支架的應用

隨著對綜合機械化固體充填采煤一體化技術研究的愈加深入，想要在同一個工作面系統之中將采煤和充填這兩項作業完成，就必須熟練的掌握液壓支架的工作和應用流程（如圖2所示）。經過不斷的分析和研究我們發現，固體充填開采所處位置的采場礦壓呈現出一定的規律性，針對這一情況我們首先將有關采場礦壓的力學模型建立了起來，相較于傳統形式的采煤被動受壓機理來講，其有力揭示了充填采煤支架的主動支撐頂板性能，隨后我們設計出新的一種能夠對綜合機械化采煤作業進行掩護，并不斷充填密實固體廢棄物作業的液壓支架，其不僅能夠保證煤炭作業開采的高效性，還能夠確保采空區充填的密實性，以及各種工藝實施的安全性。

圖2 充填綜采工作面布置方式

從圖3可以看出，充填和采煤一體化支架中所涉及到的頂梁，能夠被劃分成兩個部分，一個是前頂梁，一個是后頂梁，相較于前頂梁而言，后頂梁支護的能力相對要大一些，因而前頂梁主要作用在采煤作業掩護方面，后頂梁則主要作用在充填作業中。一般情況下，為了提升支架后部的支撐性能，我們會將兩根及以上的立柱安裝在后頂梁的下設位置，這樣一來固體物能夠直接從后頂梁掩護的位置向充填通道或空間中充入。作為支架后部連接的一個整體，固體充填物在夯實機構的幫助下能夠密實且高效的向采空區夯入，此時充填物的強度會高于2MPa，并且在一定程度上還能夠根據地表層沉陷以及巖層移動的具體情況，對充填目標進行控制，以使最終的采空充填效率受到確保。

圖3 采煤與充填一體化液壓支架

4 總結

綜上所述，時代的不斷發展，科技水平的不斷前行，國內采礦先驅者經過多年的努力，開發和應用了綜合機械化固體充填采煤一體化技術。隨著對相關內容研究的愈加深入，我們認為這一技術得到盡早的推廣和應用是非常有必要的，而這便需要采煤行業所有人員的共同努力。

[1] 繆協興. 綜合機械化固體充填采煤技術研究進展[J]. 煤炭學報，2012，（08）：1247-1255.

[2] 黃艷利，張吉雄，杜杰.綜合機械化固體充填采煤的充填體時間相關特性研究[J].中國礦業大學學報，2012，（05）：697-701.

[3] 張吉雄，周躍進，黃艷利.綜合機械化固體充填采煤一體化技術[J].煤炭科學技術，2012，（11）：10-13+27.

[4] 繆協興，張吉雄，郭廣禮.綜合機械化固體充填采煤方法與技術研究[J].煤炭學報，2010，（01）：1-6.

Discussion on the Integrated Technology of Comprehensive Mechanized Solid Filling and Coal Mining

Yan Jian-zhou

It is necessary to ensure that the “three down” coal technologies are liberated to ensure the improvement of mine production rate in order to realize the modernization goal of green mine mining，so that the comprehensive mechanization of solid filling and coal mining technology to better promote and apply，The development of this technology starting to explore the technical application of the target and application of difficult to ensure the effectiveness of the application.

integrated mechanized； solid filling；coal mining integration；development process；objective difficulty

TD823.73

B

1003-6490（2017）06-0018-02

2017-05-12

閆建宙（1976—），男，山西鄉寧人，工程師，主要研究方向為煤礦技術管理。