綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)研究進(jìn)展

樊克強

【摘 ?要】為了響應(yīng)國家的號召，提高煤礦的資源回收率，有效保護(hù)水資源不被破壞，地表不產(chǎn)生塌陷，杜絕煤礦開采后采空區(qū)大面積懸空所遺留的諸多安全隱患，綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)開始得到較多關(guān)注。根據(jù)充填采礦的發(fā)展歷程和工業(yè)性應(yīng)用實踐表明，此技術(shù)具有提高回采率和減少生態(tài)環(huán)境破壞的應(yīng)用價值，實現(xiàn)綠色開采。同時采空區(qū)的充填密實度可達(dá)95%，與非充填的綜合機(jī)械化采煤比較，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，具有較高的應(yīng)用價值，值得在煤礦領(lǐng)域大力推廣。

【關(guān)鍵詞】綜合機(jī)械化固體充填;采煤技術(shù);研究進(jìn)展;應(yīng)用價值

前言

隨著社會的不斷進(jìn)步和發(fā)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(dá)60萬百米平方左右，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失約20億元[1]。面對這種現(xiàn)狀，必須采取高效、合理、安全的采礦技術(shù)才能減少經(jīng)濟(jì)損失。本文主要研究綜合機(jī)械化固體填充采煤技術(shù)在實際運用中的效果。具體結(jié)果如下：

（一）綜合機(jī)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(wǎng)落在底板上，支架前面的金屬網(wǎng)垂到底板上，一般提前8-10米鋪網(wǎng)可以達(dá)到上述要求，注意移架時金屬網(wǎng)會移動。

2.采空區(qū)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(yuǎn)比工作面后方大。

（2）由于采煤工作面的推進(jìn)，煤壁和采空區(qū)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(qū)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(jié)構(gòu)

（二）綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)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(tǒng)綜采支架相比較，必須強調(diào)以下三個特點：（1）在同樣地質(zhì)開采條件下充填支架的支撐能力設(shè)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(tǒng)必須能適應(yīng)這一新的液壓支架動力控制要求。

3.充填液壓支架的優(yōu)點

（1）保護(hù)工作人員的安全。從充填支架結(jié)構(gòu)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(tǒng)綜采液壓不同的是采空區(qū)已被充填物支撐不會隨采隨垮，因而可不設(shè)掩護(hù)斜梁[2]。

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

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

（4）掩護(hù)充填作業(yè)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(hù)充填輸送機(jī)正常工作，需要讓輸送機(jī)保持平直狀態(tài)，即架與架之間后頂梁盡可能保持在相同的傾角平面內(nèi)。

（三）綜合機(jī)械化固體充填采煤的應(yīng)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(qū)牛家梁常樂堡村上和自然村，是上河實業(yè)集團(tuán)下設(shè)的煤礦，在1994年正式啟動，1997年4月建成投產(chǎn)，在發(fā)展前期就取得了卓越的成績，2008年煤礦的核定生產(chǎn)力就達(dá)到了一年三十萬噸的產(chǎn)量。五年后也就是2013年，上河煤礦的的核定生產(chǎn)力直接翻倍，達(dá)到了一年60萬噸的產(chǎn)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(xiàn)有地質(zhì)儲量1141.7萬噸，可采儲量479.7萬噸，剩余服務(wù)年限約7年。煤礦現(xiàn)證照齊全，為正常生產(chǎn)礦井。

3.上河煤礦使用綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)的應(yīng)用價值

近年來，煤礦開采一直與綠色環(huán)境、城市發(fā)展、水資源保護(hù)的問題相矛盾，制約著企業(yè)的發(fā)展。如何在煤礦開采經(jīng)濟(jì)發(fā)展的情況下不破壞環(huán)境，是煤炭行業(yè)應(yīng)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(shù)，即向煤礦采空區(qū)輸送沙石、粉煤灰等填充材料，在固體充填的前提下進(jìn)行采煤[5]。充填開采技術(shù)響應(yīng)了國家號召，符合綠色開采技術(shù)理念，將環(huán)境破壞率降到最低，提高回采率，更延長了礦井服務(wù)年限，提高資源回收率。解決了固體廢棄物丟棄問題，實現(xiàn)了綠色開采。

上河煤礦起初啟動充填開采技術(shù)后，經(jīng)歷了長時間的建設(shè)、調(diào)試期后，針對原材料的配比、機(jī)械設(shè)備及工藝的配套進(jìn)行了無數(shù)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(xiàn)場查看工作，并對現(xiàn)有的充填方案進(jìn)行的審計和調(diào)整。2018年1月，上和煤礦根據(jù)充填開采過程中遇到的具體問題，針對條帶開采數(shù)、開采回填工藝等大大小小的問題做出了適當(dāng)調(diào)整[6]。

煤炭開采堅持的首要原則就是堅持“生態(tài)環(huán)保型”理念，把對生態(tài)環(huán)境造成的損失降到最低。煤炭行業(yè)的最高層次就是不僅不破壞生態(tài)環(huán)境，更重要的是主動積極改善環(huán)境。上和煤礦采用的充填開采技術(shù)，就達(dá)到了最高層次。不僅延長了礦井服務(wù)年限，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、就業(yè)、稅收與人民群眾的生活穩(wěn)定都起到良好的作用。

結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用充填開采技術(shù)，在更加安全的前提下，提高了回采率，并有效保護(hù)了水源地不受破壞、地表不產(chǎn)生塌陷、杜絕了煤礦開采后采空區(qū)所遺留的諸多安全隱患，同時也相對地提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)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(xiàn)：

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

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[3]劉冬強，高偉明，陳旭，侯鑫.綜合機(jī)械化固體充填采煤方法與技術(shù)應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019，36（10）：102.

[4]陸文廣.綜合機(jī)械化固體充填采煤方法與技術(shù)應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā)，2019，34（01）：233-234.

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

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

（作者單位：山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)毛則渠煤炭有限公司）