煤礦充填開采技術研究與發展

劉雷 李廣照 陳旺

摘 要：充填開采是近年發展起來的生態保護性開采技術，采用充填開采防控采煤沉陷并建設生態礦山，涵蓋煤礦安全生產、生態環境治理、廢棄物利用等多個領域，更多的是側重社會公益事業，符合生態文明建設和保護環境的發展戰略。本文客觀分析了我國煤礦充填開采技術，為進一步擴大我國充填開采的應用范圍，提供理論依據。

關鍵詞：煤礦;充填開采技術;發展

充填開采是隨著采煤工作面的推進，向采空區送入矸石、沙石、膏體等充填材料，并在充填體保護下進行采煤的技術。充填開采是煤礦生產方式的重大變革，是煤炭行業貫徹落實科學發展觀和以人為本的具體舉措， 具有十分重要的意義。

一、煤礦充填開采必要性

1.1???? 保障煤礦安全生產的需要

傳統的垮落式開采容易帶來上隅角瓦斯積聚超限、采空區大面積垮落導致瓦斯大量涌出、采空區自燃發火等問題，引起煤礦事故多發。通過實施充填開采，可以減少井下瓦斯積聚空間，降低瓦斯爆炸、突出等災難性事故的發生幾率。通過實施充填開采，也能夠有效減小煤層頂板的下沉量，降低回采工作面超前支承壓力，有效抑制煤層及頂底板的動力現象。因此，充填開采對于提高礦井安全保障程度，預防和減少安全事故，促進煤礦安全生產具有重要作用。

1.2???? 保護生態環境的需要

傳統的垮落式開采，地面堆存煤矸石占用土地，有的還自燃并產生有害氣體，引發地表和地下水資源破壞、地表沉陷，對礦區環境造成危害。目前，煤矸石累計堆積45億噸，占地約1.3萬 ha，且每年還以約3億噸的速度增加，造成土壤嚴重污染;全國煤礦采空區土地沉陷累計達100萬ha 左右，每年新增采空區6萬ha 左右。通過實施充填開采，不僅能夠做到矸石不升井、不上山，而且還能夠大量消化地面矸石及城市建筑垃圾，節約大量土地，有效減輕地層變動和沉陷，保護水資源，超前維護生態環境，實現礦區生態環境由被動治理向主動防治的重大轉變。

1.3???? 提高煤炭資源利用水平的需要

目前，我國煤炭資源探明剩余可采儲量為1842億噸。其中“三下”壓煤約140億噸，如果采用防止地表沉陷的條帶開采方式，回收率僅為30%～50%。未來一個時期，我國經濟仍將快速發展，對煤炭需求增幅雖有下降，但總量仍會上升，煤炭資源消耗速度會繼續加快。通過實施充填開采，可以將大量“三下”壓煤安全高效地采出來，提高資源回收率，延長礦井服務年限，對于促進煤炭工業可持續發展具有重要意義。

1.4???? 建設和諧礦區的需要

科學發展觀要求實現人與自然的和諧，資源開發利用與環境、社會協調和可持續發展。就煤炭開發而言，我們要按照科學發展觀的要求，依靠科技進步，實現更高層次的目標：第一個層次，盡量減少對生態環境的影響;第二個層次，不影響生態環境;第三個層次，主動改善生態環境。通過實施充填開采，可以做到不影響生態環境，不占用耕地，不破壞地下水資源，不搬遷城鎮、村莊，改善農礦關系和礦區生活環境，實現資源開發與礦區和諧統一。特定條件下，還可以削平荒山作為充填料，有目的地復墾造地，用于農林耕種或工業發展，或與河道清淤結合起來，實現一舉多得，更好地促進和諧礦區建設。

二、充填開采技術研究

2.1???? 固體充填開采技術

固體充填開采技術分為工作面充填和巷道充填。固體工作面充填開采技術，是將井下采煤、掘進過程中產生的矸石及地面洗選過程中產生的矸石，通過機械破碎后，配以粉煤灰、黃土等輔料，利用連續輸送系統將充填材料輸送至工作面進行采后直接充填，并用推壓密實裝置對充填物料推壓密實，實現采空區密實充填。目前綜合機械化固體工作面充填技術已在河北邢臺、開灤礦區，山東新汶礦區，山西陽泉、西山礦區等地推廣應用。

2.2???? 膏體充填開采技術

工作面膏體充填開采技術是將煤礦生產過程中產生的煤矸石、電廠產生的粉煤灰、工業爐渣等固體廢棄物，在地面加工制成漿狀充填材料，通過專用充填泵加壓，利用充填管道將充填物料輸送至井下工作面。工作面膏體充填開采技術已經在我國淄博、濟寧、峰峰、焦作等礦區開展了應用。

2.3???? 高水充填采煤技術

高水充填開采是將制備好的高水充填材料通過管路輸送至工作面采空區充填袋（包），待凝固后形成固定形狀的支撐體，起到支撐頂板的作用。由于其具有流動性好的特點，可以通過地面打孔至采空區進行灌注，也可以通過管路直接輸送至采空區，在邯鄲、臨沂等礦區進行了應用。

三、充填開采技術應用展望

我國煤炭開采技術整體水平的提高以及解放“三下”壓煤和減少地面搬遷的迫切需要，有力地促進了煤礦充填開采工藝技術不斷發展。各煤礦企業因地制宜、因企制宜，積極探索實踐不同的充填開采技術，已形成了固體物充填、膏體似膏體充填和高水、超高水充填三大類生產工藝技術體系。以新汶礦業集團為代表，探索實施了原生矸石綜采充填、普采充填和煤矸石低壓風動力充填和泵送充填4種工藝體系，實現了矸石不出區、不升井、不上山。中國礦業大學研制的高水速凝充填材料，為煤礦充填開采提供了重要工藝技術，目前在臨沂礦業集團田莊、邯鄲礦業集團陶一等煤礦得到了成功應用。淄博王莊礦成功研發和實施高水膨脹材料充填采煤技術，充填材料流動性好、凝固時間短、強度高，具有一定膨脹性，抗風化性能強，較好地滿足了煤礦充填開采需求;該礦還堅持充填技術產業化運營、自主化發展，先后在多家煤礦推廣應用，促進了企業可持續發展。

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