充填采煤技術發(fā)展現(xiàn)狀及前景探討

唐國清

摘 要：本文對充填采煤技術發(fā)展情況進行綜述，分析了充填采煤技術的特點以及分類，并著重分析了我國充填采煤技術的發(fā)展現(xiàn)狀，并對充填采煤技術發(fā)展前景進行展望。

關鍵詞：充填采煤技術；發(fā)展現(xiàn)狀；前景

充填開采是煤礦綠色開采技術體系的一個重要內容，這種開采方法對巖層的擾動小，具有控制巖層移動與地表沉陷的作用，是解決煤礦開采中三下一上問題以及環(huán)境保護問題的一個重要途徑。所以近年來，我國對于充填采煤技術進行了 深入研究。我國實際上在上個世紀60年代就進行了水砂充填采煤的探索，但是由于生產(chǎn)效率低下，加上充填材料的缺乏，導致研究不深入，實際應用問題多多。本文對當前我國采煤充填技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，并展望了這種技術的發(fā)展前景。

1充填采煤技術特點及分類

1.1充填采煤技術的特點

煤礦充填開采技術的特點主要有以下幾個方面。第一，才沒生產(chǎn)能咯跟充填生產(chǎn)能力的均衡問題。充填開采中，采礦跟充填兩個步驟是相互制約的，二者缺一不可，只有采礦以及充填兩個環(huán)節(jié)都運行良好才能夠個共同組成回采作業(yè)的大循環(huán)。但是實際上，采煤生產(chǎn)能力和充填生產(chǎn)能力的均衡性問題在實踐中表現(xiàn)得很突出，即充填生產(chǎn)能力和采煤生產(chǎn)能力不匹配。隨著當前煤礦規(guī)模的不斷擴大，煤礦沖田技術必須要跟煤礦當前的高效高產(chǎn)生產(chǎn)目標相適應才有實際價值。第二，充填材料供需問題。煤礦開采的工業(yè)廢棄物比較相對較小，煤矸石一般僅為煤炭開采量的15%左右，采空區(qū)全部充填是難以解決充填材料來源困難問題的。所以，尋求豐富低價的充填材料是確保充填采煤方法良好運行的必要條件。第三，采后巖層移動和破壞規(guī)律復雜，充填作業(yè)受時空限制。煤炭資源主要分布在層狀沉積巖中，采用長臂垮落法進行煤礦開采，采空區(qū)巖石隨采隨垮，導致能夠充填的時間很短。

1.2充填采煤技術的分析

煤礦充填開采方法按照充填介質類型以及運送時的物相狀態(tài)來分，可以分為膏體充填、水砂充填、矸石充填、高水充填這幾種方法。根據(jù)充填位置可以將充填開采方法分為離層區(qū)充填，即在煤層采出后覆巖離層空洞區(qū)域進行注漿充填；采空區(qū)充填，即在煤層采出后頂板未冒落前的采空區(qū)域進行充填；冒落區(qū)充填，即在煤層采出后頂板已冒落的破碎矸石中進行注漿充填。根據(jù)充填材料運送材料動力的不同，可以分為水力充填、機械充填、自溜充填等類型。水力充填，是利用水為動力沿管將充填料充入采空區(qū)。水力充填按充填料漿的濃度大小，又可分為：低濃度充填、高濃度充填和膏體充填。機械充填，即利用專用投擲機將充填物料拋至采空區(qū)。自溜充填，即利用充填料本身的自重沿管、槽或巷道將充填料溜送至采空區(qū)；風力充填，即利用壓縮空氣為動力沿管道或借助風力充填機將充填料運送至采空區(qū)。

2我國充填采煤技術的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1膏體充填采煤技術

膏體充填技術是將煤礦附近的矸石、河砂、工業(yè)爐渣等地面加工制作的牙膏狀的漿體采取重力加壓或者充填泵充填的方式通過管道運輸?shù)骄逻M行采空區(qū)充填的開采方法。膏體充填系統(tǒng)一般有配料制漿系統(tǒng)以及工作面充填子系統(tǒng)組成。配料制漿系統(tǒng)能夠將干事、工業(yè)爐渣以及粉煤灰等制成膏體充填料漿。泵送系統(tǒng)的主要作用是將料漿通過管道輸送到井下采煤工作面。工作面充填子系統(tǒng)主要是將膏體材料充填到采空區(qū)。膏體充填采煤技術的前期投資較高，主要用于系統(tǒng)的建設，一般在3000萬元左右。這一技術在德國已經(jīng)有了較長時間的運用，我國則是在2004年于焦作、淄博等煤礦中有所運用。

2.2矸石充填采煤技術

矸石充填采煤法是利用風力、重力、機械等動力將充填材料煤矸石輸入或者拋入采空區(qū)的充填采煤方法。矸石充填方法包括人工充填、風力充填、機械充填等方法。不同的充填系統(tǒng)的充填料一般是由矸石、砂子、采石場碎石以及粉煤灰組成。人工矸石充填的生產(chǎn)能力較小、效率較低、勞動強度比較大，跟回采工藝的適應性交叉，所以實踐中使用的不多。實踐中使用較多的是機械充填方法，機械充填分為普通機械化矸石充填以及綜合機械化矸石充填兩種方法。普通機械化矸石充填工藝主要是采用拋矸機等設備將矸石拋向采空區(qū)進行充填。最早在2006年，新汶礦業(yè)就對普通機械化矸石充填工藝進行了探索，主要將這種方法用于薄及中厚煤層普采中。綜合機械化矸石充填采煤指的是在綜合機械化采煤作業(yè)面上同時實現(xiàn)綜合機械化矸石充填作業(yè)。這一技術的難點在與確保充填空間、充填通道和充填動力。

2.3高水材料充填采煤技術

高水材料又叫高水速凝固結材料，是一種膠凝材料，這種材料主要是有高鋁水泥、石灰、石膏、解凝劑等物質組成。跟其他幾種充填技術相比，高水材料充填采煤具有以下幾方面的優(yōu)勢。一方面，由于這種材料的用水量小，所以對于固體材料的需求少，這就克服了煤礦固體充填材料缺乏的問題。另一方面，簡化了其他充填技術所需的龐大充填系統(tǒng)。高水材料充填采煤技術對于充填系統(tǒng)的投資較少，一般在500萬元左右，而且由于對充填固料的要求少，所以對于礦井輔助運輸?shù)挠绊懸脖容^小。

2.4部分充填采煤技術

部分充填采煤技術指的是充填量以及充填范圍都僅是采出煤量一部分，僅對采空區(qū)的局部或者離層區(qū)與冒落區(qū)進行充填。部分充填主要利用煤柱共同支撐覆巖結構的自承載能力，減少了沖天了，降低了充填開采成本。根據(jù)部分充填的位置與充填時機的不同，煤礦部分充填開采氛圍采空區(qū)條帶沖田技術、冒落區(qū)注漿充填技術等。

3充填采煤技術展望

當前充填采煤技術實踐應用情況來看，制約當前煤礦開采技術推廣應用的一個主要因素就是充填才沒能力比較低，跟沒看高產(chǎn)高效的生產(chǎn)模式不相適應，這主要是由于當前充填工藝跟采煤工藝的配合不夠理想。所以未來對于充填采煤技術的研究主要從充填工藝模式的選擇、充填材料的改善等方面進行探討。

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