綜合機械化固體充填采煤技術研究進展

樊克強

【摘 ?要】為了響應國家的號召，提高煤礦的資源回收率，有效保護水資源不被破壞，地表不產生塌陷，杜絕煤礦開采后采空區大面積懸空所遺留的諸多安全隱患，綜合機械化固體充填采煤技術開始得到較多關注。根據充填采礦的發展歷程和工業性應用實踐表明，此技術具有提高回采率和減少生態環境破壞的應用價值，實現綠色開采。同時采空區的充填密實度可達95%，與非充填的綜合機械化采煤比較，經濟效益十分顯著，具有較高的應用價值，值得在煤礦領域大力推廣。

【關鍵詞】綜合機械化固體充填;采煤技術;研究進展;應用價值

前言

隨著社會的不斷進步和發展，對能源的需求量也越來越高。研究表明，每年由于煤炭開采塌陷土地面積約4萬百米平方左右，目前，受煤炭開采下沉影響的土地面積達60萬百米平方左右，直接造成的經濟損失約20億元[1]。面對這種現狀，必須采取高效、合理、安全的采礦技術才能減少經濟損失。本文主要研究綜合機械化固體填充采煤技術在實際運用中的效果。具體結果如下：

（一）綜合機械化固體充填采煤的難點

1.采煤工作面快速移動

煤工作面撤面鋪面的距離要求：支架后面的金屬網落在底板上，支架前面的金屬網垂到底板上，一般提前8-10米鋪網可以達到上述要求，注意移架時金屬網會移動。

2.采空區頂板隨采隨垮

（1）采煤工作面前方煤壁一端支承著工作面上方裂隙帶及其上覆巖層的大部分重量，即工作面前方支承壓力遠比工作面后方大。

（2）由于采煤工作面的推進，煤壁和采空區冒落帶是向前移動的，因此工作面前后方支承壓力是移動支承壓力。

（3）由于裂隙帶形成了以煤壁和采空區冒落帶為前后支承點的半拱式平衡，所以采煤工作面處于減壓力范圍。

3.水平層狀礦體結構

（二）綜合機械化固體充填采煤技術介紹

1.液壓支架對比

2.液壓支架支架受力與主動力控頂原理

固體充填液壓支架與傳統綜采支架相比較，必須強調以下三個特點：（1）在同樣地質開采條件下充填支架的支撐能力設計必須大于綜采支架。（2）充填支架后頂梁的支撐強度要大于前頂梁。（3）充填支架的初次承受力即為額定工作能力，工作面供液系統必須能適應這一新的液壓支架動力控制要求。

3.充填液壓支架的優點

（1）保護工作人員的安全。從充填支架結構圖可以看到，由指甲的前后頂梁擋住了頂板巖石的垮落，與傳統綜采液壓不同的是采空區已被充填物支撐不會隨采隨垮，因而可不設掩護斜梁[2]。

（2）掩護采煤工作面機械化作業。雖然支架還要具備保護采煤作業面全空間穩定性的功能，但由于沒有周期來壓等礦壓顯現現象，維護端面頂板和煤壁穩定變得簡單易操作了。

（3）維護工作面風流暢通。與綜采工作面比較，由于后頂梁呈水平支撐狀態，工作面有效通風斷面已大大增加。另外，采空區已被密實充填，不用再考慮工作面漏風的現象[3]。

（4）掩護充填作業面有兩項基本要求，一是有足夠高的充填空間，即后頂梁要求盡量保持水平角;二是維護充填輸送機正常工作，需要讓輸送機保持平直狀態，即架與架之間后頂梁盡可能保持在相同的傾角平面內。

（三）綜合機械化固體充填采煤的應用分析

1.上河煤礦基本概況

2.上和煤礦位于陜西省榆林市榆陽區牛家梁常樂堡村上和自然村，是上河實業集團下設的煤礦，在1994年正式啟動，1997年4月建成投產，在發展前期就取得了卓越的成績，2008年煤礦的核定生產力就達到了一年三十萬噸的產量。五年后也就是2013年，上河煤礦的的核定生產力直接翻倍，達到了一年60萬噸的產量[4]。上河煤礦地處毛烏素沙漠南緣，毛井田面積2.977平方公里，現有地質儲量1141.7萬噸，可采儲量479.7萬噸，剩余服務年限約7年。煤礦現證照齊全，為正常生產礦井。

3.上河煤礦使用綜合機械化固體充填采煤技術的應用價值

近年來，煤礦開采一直與綠色環境、城市發展、水資源保護的問題相矛盾，制約著企業的發展。如何在煤礦開采經濟發展的情況下不破壞環境，是煤炭行業應該思考的問題。上河煤礦針對這一目的，采用了充填開采技術，即向煤礦采空區輸送沙石、粉煤灰等填充材料，在固體充填的前提下進行采煤[5]。充填開采技術響應了國家號召，符合綠色開采技術理念，將環境破壞率降到最低，提高回采率，更延長了礦井服務年限，提高資源回收率。解決了固體廢棄物丟棄問題，實現了綠色開采。

上河煤礦起初啟動充填開采技術后，經歷了長時間的建設、調試期后，針對原材料的配比、機械設備及工藝的配套進行了無數次試驗，在2017年8月底成功試充填了5個條帶。一個月后，上河煤礦邀請專家親臨充填試驗現場查看工作，并對現有的充填方案進行的審計和調整。2018年1月，上和煤礦根據充填開采過程中遇到的具體問題，針對條帶開采數、開采回填工藝等大大小小的問題做出了適當調整[6]。

煤炭開采堅持的首要原則就是堅持“生態環保型”理念，把對生態環境造成的損失降到最低。煤炭行業的最高層次就是不僅不破壞生態環境，更重要的是主動積極改善環境。上和煤礦采用的充填開采技術，就達到了最高層次。不僅延長了礦井服務年限，對當地的經濟、就業、稅收與人民群眾的生活穩定都起到良好的作用。

結語

綜上所述，應用充填開采技術，在更加安全的前提下，提高了回采率，并有效保護了水源地不受破壞、地表不產生塌陷、杜絕了煤礦開采后采空區所遺留的諸多安全隱患，同時也相對地提高了煤礦的經濟價值，也為地方帶來了一定的社會效益，值得大力推廣。

參考文獻：

[1]武鵬飛.綜合機械化固體充填采煤一體化技術[J].山西冶金，2019，42（03）：100-101.

[2]王玨浩.綜合機械化固體充填采煤技術研究進展[J].能源技術與管理，2019，44（02）：95-96.

[3]劉冬強，高偉明，陳旭，侯鑫.綜合機械化固體充填采煤方法與技術應用[J].山東工業技術，2019，36（10）：102.

[4]陸文廣.綜合機械化固體充填采煤方法與技術應用[J].機械管理開發，2019，34（01）：233-234.

[5]田志勇.綜合機械化固體充填采煤一體化技術探究[J].能源與節能，2019，96（01）：109-111.

[6]高朝.綜合機械化固體充填采煤一體化技術研究[J].機械管理開發，2018，33（11）：263-264.

（作者單位：山西鄉寧焦煤集團毛則渠煤炭有限公司）