矸石充填采煤技術(shù)對礦壓規(guī)律的影響分析

許超

【摘 要】中國是能源大國，但是由于早期生產(chǎn)力和生產(chǎn)技術(shù)的落后，導(dǎo)致能源開采所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。煤炭開采過程中產(chǎn)生的矸石既是固體廢棄物又可以作為再生資源加以利用。本文從實(shí)際出發(fā)，以目前我國煤炭開采過程中矸石再利用的實(shí)際情況為研究對象，介紹兩種常用的矸石充填采煤方法，著重分析矸石充填采煤中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并希望通過此次研究與各位業(yè)界同事進(jìn)行深入交流，共同進(jìn)步。

【關(guān)鍵詞】矸石充填采煤；采場礦壓；地表沉陷；規(guī)律分析

一、引言

中國是能源大國，煤炭儲量世界第一。但是在煤炭開采量增多同時矸石等污染物的產(chǎn)出量也在逐年遞增。矸石是煤炭開采過程不可避免的固體廢棄物質(zhì)，但是隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展矸石又可以作為煤炭充填物質(zhì)實(shí)現(xiàn)廢棄物再利用，從而實(shí)現(xiàn)資源再利用和保護(hù)環(huán)境的目的。現(xiàn)階段是我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要時期，為保證煤炭開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須轉(zhuǎn)變發(fā)展方向，在提高煤炭開采技術(shù)的同時加強(qiáng)資源再利用技術(shù)和環(huán)境保護(hù)工作的研究。矸石充填采煤技術(shù)在我國煤炭開采作業(yè)中卓有成效，但是依然存在提高和發(fā)展的較大空間。本文根據(jù)我國煤炭開采過程中矸石再利用的實(shí)際情況，簡單介紹了兩種常用的矸石充填采煤方法，并著重分析矸石充填采煤中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，以期達(dá)到提高矸石充填采煤技術(shù)的目的。

二、矸石充填采煤技術(shù)

近年來煤炭開采技術(shù)發(fā)展迅速，相應(yīng)的矸石再利用技術(shù)也得到較大發(fā)展矸石充填、矸石發(fā)電以及矸石建材等。但是在實(shí)際工作當(dāng)中由于技術(shù)和成本等問題矸石再利用項(xiàng)目遇到不同程度的困難。矸石充填采煤法因回收率高，就地取材等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用廣泛。矸石充填采煤方法可大致分為普采矸石填充采煤法和綜采矸石充填采煤法兩種，并在實(shí)際生產(chǎn)中取得良好效果。本章就這兩種方法分別介紹分析。

（一）綜采矸石充填采煤法

綜采矸石充填采煤法簡單來說就是邊開采邊進(jìn)行矸石充填的煤炭開采作業(yè)方法。在煤炭開采作業(yè)面的支架上安裝矸石充填溜子，在進(jìn)行煤炭開采的同時通過機(jī)械設(shè)備將矸石充填到作業(yè)面。該技術(shù)操作重點(diǎn)在于保證煤炭開采作業(yè)與矸石充填作業(yè)同時進(jìn)行，做好矸石充填溜子與割煤、采煤作業(yè)面的安全防護(hù)距離，以免二者產(chǎn)生沖突。煤矸石本身對其運(yùn)輸器械具有較大磨損，因此必須做好矸石運(yùn)輸系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)工作，以保證采煤作業(yè)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。與普采矸石充填采煤方法相比，綜采矸石充填采煤方法在作業(yè)支架的后面沒有按裝掩護(hù)設(shè)備，而是直接在短尾梁上面懸掛矸石充填溜子，這樣設(shè)計更有利于開采作業(yè)人員平直的進(jìn)行割煤、采煤作業(yè)。

（二）普采矸石充填采煤法

普采矸石充填采煤法通常廣泛應(yīng)用于煤礦的采空區(qū)，將具有支撐裝置的自動拋矸設(shè)備安裝在采煤作業(yè)支架的后面，該設(shè)備不僅可以實(shí)現(xiàn)矸石的自動拋扔還可以實(shí)現(xiàn)矸石的自動充填作業(yè)。相較于綜采矸石充填采煤方法，普采矸石充填方法可以實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)和矸石運(yùn)輸系統(tǒng)的互不干擾平行運(yùn)行，從而極大地提高了采煤作業(yè)面生產(chǎn)的連續(xù)性，進(jìn)而提高煤炭開采效率。同時由于對自動化系統(tǒng)的運(yùn)用，普采法比綜采法具有較高的環(huán)境適應(yīng)性，尤其當(dāng)煤炭采空區(qū)域處于較高位置時，普采法可以達(dá)到較高的充實(shí)力度，充分保障了采煤作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。由于普采法和綜采法所具有的各自的優(yōu)缺點(diǎn)，目前國內(nèi)矸石充填作業(yè)中，逐漸形成以普采矸石充填法為主綜采矸石充填方法為輔的局面。這兩種方法對提高我國煤炭開采作業(yè)效率均做出巨大貢獻(xiàn)。

三、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

通過對普采法和綜采法的對比分析可以看出，雖然二者在提高開采效率上具有顯著效果，但是由于矸石膨脹易碎的特性使其在壓實(shí)處理技術(shù)上存在較大的局限性。雖然空隙的形成無法避免，但是通過研究分析空隙成因，可以在一定程度上降低地表下沉的程度。

（一）礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析意義

采煤場區(qū)域礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的研究具有很高的實(shí)際價值。所謂煤炭開采就是通過破壞原有地質(zhì)結(jié)構(gòu)的方式將原本處于地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的煤炭資源挖掘出來。這種資源的開采必然會使地層形成空隙進(jìn)而造成地表下沉等問題，對地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)工作產(chǎn)生不利影響，因此分析研究采煤場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律勢在必行。

（二）矸石特性與充實(shí)率

通過矸石碎脹性能實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，采煤礦區(qū)地質(zhì)條件不同，矸石的碎脹性能存在細(xì)微差異。對矸石碎脹和壓實(shí)處理進(jìn)行相關(guān)分析可以看出，矸石的碎脹性能是由其強(qiáng)度決定的，即矸石強(qiáng)度越高就越容易發(fā)生碎脹，在矸石充填過程中也更容易形成較大的空隙。因此可以推斷出矸石強(qiáng)度與其充實(shí)率之間呈反比。與此同時研究還發(fā)現(xiàn)矸石顆粒的均勻性與其充填率呈正比，即矸石顆粒均勻度越高，則矸石填充產(chǎn)生的空隙越小，矸石充實(shí)率也越高。從矸石本身性質(zhì)出發(fā)提高其填充的充實(shí)率，來達(dá)到降低采礦區(qū)域地表下沉程度的目的。

（三）礦壓與支架載荷

在煤炭開采作業(yè)中，常采用架設(shè)安全支架的方式來進(jìn)行采空區(qū)的安全防護(hù)工作以防止發(fā)生地質(zhì)塌方事故。因此研究支架負(fù)荷理論是研究礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基礎(chǔ)。運(yùn)用支架負(fù)荷理論對煤層開采高度、深度以及支架的支撐能力進(jìn)行分析計算，并結(jié)合采煤作業(yè)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：煤層開采的高度越高、深度越深，則支架所承受的負(fù)荷越大，換句話說，采煤礦區(qū)礦壓越高，安全支架的載荷能力越大。

（四）礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

經(jīng)過上述分析可以得出結(jié)論：礦壓和安全支架的負(fù)荷呈正比，因此可以借由安全支架負(fù)荷能力來推測采煤場的礦壓大小。但是該方法亦存在較大缺陷，安全支架的承載能力僅僅作為一個重要的參考值，而不能完全代表整個采煤場區(qū)的礦壓。在實(shí)際生產(chǎn)中安全支架的承載力會隨著時間推移而有所下降。調(diào)查有關(guān)矸石充填采煤地區(qū)歷史記錄可以發(fā)現(xiàn)，與未進(jìn)行填充處理的采空區(qū)域相比，已填充的采空區(qū)域的頂板和安全支架的下降程度相對較高。因此對采空區(qū)域進(jìn)行矸石填充處理，可以在一定程度上控制采煤場的礦壓。

（五）礦壓與地表下沉

從礦壓顯現(xiàn)規(guī)律可以看出，當(dāng)采煤場開采的高度越高、挖掘的深度越深則礦壓就越大，相應(yīng)采煤場地表下降程度也越大。由此可見煤場開采區(qū)地表下沉的程度與礦壓之間存在緊密聯(lián)系。因此為了減輕地表下沉程度，矸石充填采煤應(yīng)被廣泛推廣應(yīng)用。

四、結(jié)語

綜上所述，礦壓顯現(xiàn)規(guī)律對矸石充填技術(shù)來說具有重要研究價值。在科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展思想指導(dǎo)下煤炭開采行業(yè)也面臨巨大挑戰(zhàn)，高、精、尖技術(shù)發(fā)展要求采礦工作人員結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)找到適合本礦山情況的煤炭開采方法，并在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，使其更加契合自己本身的實(shí)際情況。高效、環(huán)保的煤炭開采技術(shù)將是未來發(fā)展方向，此次簡單總結(jié)矸石充填采煤中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析，希望能對廣大煤炭開采工作者有所幫助，共同進(jìn)步，為我國煤炭開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份微薄之力。

【參考文獻(xiàn)】

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