許家林，軒大洋，朱衛(wèi)兵

(1.煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇徐州市 221116;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院， 江蘇徐州市 221116)

充填采煤技術(shù)現(xiàn)狀與展望

許家林1，2，軒大洋1，2，朱衛(wèi)兵1，2

(1.煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇徐州市 221116;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院， 江蘇徐州市 221116)

分析了煤礦充填開采技術(shù)的特點(diǎn)，介紹了目前煤礦充填開采技術(shù)現(xiàn)狀，包括膏體充填采煤技術(shù)、矸石充填采煤技術(shù)、高水材料充填采煤技術(shù)、部分充填采煤技術(shù)。在分析充填采煤技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出煤礦充填開采技術(shù)應(yīng)著重解決充填采煤能力不足問題，即通過合理充填工藝模式的改進(jìn)提高充填效率和充填能力。同時(shí)應(yīng)深入研究充填采煤巖層移動(dòng)與地表沉陷規(guī)律，為充填采煤設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

充填采煤;巖層控制;“三下一上”采煤;綠色開采

充填開采是煤礦綠色開采技術(shù)體系的主要內(nèi)容之一[1～6]，因其對(duì)巖層擾動(dòng)小，具有控制巖層移動(dòng)與地表沉陷的作用，是解決煤礦開采環(huán)境問題和“三下一上”(建筑物下、鐵路下、水體下和承壓含水層上)壓煤開采問題的有效途徑。充填采煤技術(shù)近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注與重視[1～32]。雖然我國(guó)早在1960年代即開始了水砂充填采煤，但機(jī)械化程度與生產(chǎn)效率較低，缺乏對(duì)充填材料、充填工藝、充填開采巖層控制方面的系統(tǒng)研究。系統(tǒng)而有規(guī)模地進(jìn)行煤礦充填開采的理論研究與工業(yè)試驗(yàn)則是從近幾年開始的，目前仍處于試驗(yàn)與發(fā)展之中。

本文從充填采煤技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，介紹了充填采煤技術(shù)現(xiàn)狀，展望了未來(lái)充填采煤的發(fā)展前景。

1 充填采煤技術(shù)特點(diǎn)

1.1 充填采煤技術(shù)特點(diǎn)

近幾十年來(lái)，充填開采在金屬礦山的推廣應(yīng)用獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，但在煤礦還沒有得到廣泛使用，這與煤礦采用充填開采的特殊條件密不可分。與金屬礦充填開采相比，煤礦充填開采的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在:

(1)采煤生產(chǎn)能力與充填生產(chǎn)能力均衡問題。眾所周知，充填開采中，采礦和充填互相制約，不繼續(xù)采礦就無(wú)處充填，不充填也就不能采礦，使得由采礦和充填這兩個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)組成的回采作業(yè)大循環(huán)共同決定礦井的開采。因此，只有實(shí)現(xiàn)采礦和充填的均衡，充填技術(shù)才有生命力，才會(huì)在礦山有效應(yīng)用。

事實(shí)上，采煤生產(chǎn)能力與充填生產(chǎn)能力均衡問題非常突出，即目前充填生產(chǎn)能力與采煤生產(chǎn)能力無(wú)法相匹配。與金屬礦山炮采工藝相比，煤炭地下采礦法早就實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，即落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和放頂五道工序全部采用機(jī)械化作業(yè)，出現(xiàn)了工作面年單產(chǎn)百萬(wàn)噸以上甚至千萬(wàn)噸的地下特大型礦山。因此，煤礦的充填技術(shù)必須適應(yīng)高產(chǎn)高效的發(fā)展。但是目前的充填能力一般無(wú)法與高產(chǎn)高效的采煤技術(shù)相匹配。

(2)充填材料供需均衡問題。金屬礦山一般采用掘進(jìn)廢石、尾砂(約占礦石開采量的50% ～99%)、冶煉爐渣等廢棄物作為充填料，完全解決了充填材料供需均衡的問題。同金屬礦相比，煤礦自身工業(yè)廢棄物比例小，煤礦的矸石一般僅為煤炭開采量的15%左右，采空區(qū)全部充填難以解決充填材料來(lái)源困難的問題。因此，尋找豐富低廉的合適充填材料滿足回填空間的要求，解決充填材料供需均衡問題是充填采煤方法成功應(yīng)用的一個(gè)必要條件。

(3)充填成本與采礦效益均衡問題。充填開采與其他開采方法相比，最大限度地采出了地下煤炭資源、保證了安全生產(chǎn)、增加了礦山經(jīng)濟(jì)效益。但充填開采需要增設(shè)充填設(shè)備、增加充填工序，礦山必須為此支出充填成本。

充填成本與采礦效益均衡問題就是:充填開采中因充填而增加的經(jīng)濟(jì)效益能否抵消充填成本?就我國(guó)煤礦充填而言，只有當(dāng)充填成本小于因開采引起的土地破壞和村莊搬遷賠償費(fèi)用時(shí)，充填成本與采礦效益才實(shí)現(xiàn)均衡，充填技術(shù)才會(huì)在煤礦得到有效應(yīng)用。

研究表明[5～6]，村莊每戶壓煤量越大(如厚煤層條件)，充填開采較村莊搬遷開采的適應(yīng)性越差。充填開采在薄及中厚煤層的密集建筑物條件下(此時(shí)每戶壓煤量相對(duì)較小)的適應(yīng)性要好于在厚煤層的非密集建筑條件。

(4)煤系地層采后巖層移動(dòng)與破壞規(guī)律復(fù)雜，充填作業(yè)時(shí)空受限。金屬礦脈及其頂?shù)装逡话愣紝儆谟矌r，礦石被采出后留下的地下空間在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可以保持穩(wěn)定，因此，其充填的空間非常規(guī)則和完整，而且充填的頂板巖體運(yùn)動(dòng)控制十分簡(jiǎn)單，基本可以實(shí)現(xiàn)采礦與充填作業(yè)的分離，充填與采礦作業(yè)相互干擾相對(duì)較小。而煤炭資源分布在層狀沉積巖層中，采用長(zhǎng)壁垮落法開采時(shí)采空區(qū)覆巖隨采隨垮，難以維護(hù)充填所需的空間與通道，而頂板巖體運(yùn)動(dòng)控制困難，可進(jìn)行充填作業(yè)的時(shí)間極短。煤礦充填與采礦作業(yè)相互干擾嚴(yán)重。

1.2 充填采煤方法分類

煤礦充填開采方法按充填介質(zhì)類型及其運(yùn)送時(shí)的物相狀態(tài)，可以分為:水砂充填、膏體充填、矸石充填、高水材料充填。

按照運(yùn)送充填材料動(dòng)力不同，可分為:自溜充填、風(fēng)力充填、機(jī)械充填、水力充填。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(fēng)力充填，即利用壓縮空氣為動(dòng)力沿管道或借助風(fēng)力充填機(jī)將充填料運(yùn)送至采空區(qū);機(jī)械充填，即利用專用投擲機(jī)將充填物料拋至采空區(qū)。上述3種方法的充填料一般是干的固體松散廢棄物，所以又統(tǒng)稱為干式充填。水力充填，是利用水為動(dòng)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。按充填料漿是否膠結(jié)，煤礦充填開采可分為:膠結(jié)充填、非膠結(jié)充填。

按充填位置，煤礦充填開采方法可分為: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(jìn)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(jìn)行注漿充填;離層區(qū)充填，即在煤層采出后覆巖離層空洞區(qū)域進(jìn)行注漿充填。一般情況下，采空區(qū)充填宜采用高濃度或膏體的膠結(jié)充填，離層區(qū)充填和冒落區(qū)充填宜采用低濃度充填。

按充填量和充填范圍占采出煤層的比例，煤礦充填開采方法可分為:全部充填與部分充填。全部充填開采即在煤層采出后頂板未冒落前，對(duì)所有采空區(qū)域進(jìn)行充填，充填量和充填范圍與采出煤量大體一致。部分充填開采，是相對(duì)全部充填而言的，其充填量和充填范圍僅是采出煤量的一部分。

充填采煤方法的分類如圖1所示。

圖1 充填采煤方法分類

2 充填采煤技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 膏體充填采煤技術(shù)

膏體充填采煤技術(shù)就是把煤礦附近的煤矸石、粉煤灰、河砂、風(fēng)積砂、工業(yè)爐渣、劣質(zhì)土、城市固體垃圾等在地面加工制作成不需要脫水處理的牙膏狀漿體，采用充填泵或重力加壓，通過管道輸送到井下，適時(shí)充填采空區(qū)的開采方法[8～13]。

與金屬礦山膏體充填相比，煤礦膏體充填開采具有如下特點(diǎn):充填與采煤在同一個(gè)工作面，充填體構(gòu)筑方法不同于金屬礦山，煤礦需要發(fā)展專門膏體充填隔離支架;充填材料強(qiáng)度性能要求不同，煤礦充填以后數(shù)小時(shí)后就要求充填體承載;煤礦膏充填原料主要是煤矸石、坑口電廠低質(zhì)粉煤灰等，材料品質(zhì)差，質(zhì)量波動(dòng)大。

典型的膏體充填系統(tǒng)由以下三部分組成:配料制漿系統(tǒng)、泵送系統(tǒng)和工作面充填子系統(tǒng)。配料制漿系統(tǒng)把煤矸石、粉煤灰、工業(yè)爐渣、膠結(jié)料和水配制成膏體充填料漿;泵送系統(tǒng)采用充填泵把膏體充填料漿通過充填管路由地面輸送到井下采煤工作面;工作面充填子系統(tǒng)將膏體材料充填到后方采空區(qū)。典型的膏體充填系統(tǒng)如圖2、圖3所示。

膏體充填具有料漿流動(dòng)性好、密實(shí)度高、充填體強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，故其對(duì)巖層移動(dòng)與地表沉陷的控制效果較好。但其充填系統(tǒng)初期投資較高，一般達(dá)3000萬(wàn)元左右;噸煤充填成本相對(duì)較高，一般達(dá)60～100元/t。膏體充填技術(shù)在金屬礦山已經(jīng)有近30年的發(fā)展歷史，在煤礦應(yīng)用最早的是德國(guó)，我國(guó)煤礦于2004年開始在峰峰、焦作、淄博等礦區(qū)開展膏體充填采煤試驗(yàn)研究和應(yīng)用，表1為膏體充填采煤技術(shù)在部分煤礦中的應(yīng)用情況。

圖2 膏體充填系統(tǒng)[9]

圖3 綜采膏體充填工作面設(shè)備布置[10]

表1 膏體充填采煤應(yīng)用項(xiàng)目

2.2 矸石充填采煤技術(shù)

矸石充填采煤法是利用風(fēng)力、重力、機(jī)械等動(dòng)力將充填材料煤矸石拋入或輸入采空區(qū)的充填采煤方法。根據(jù)充填料充填采空區(qū)的動(dòng)力方式來(lái)劃分，矸石充填方法包括人工充填、自溜充填、風(fēng)力充填、機(jī)械充填。不同的充填系統(tǒng)的充填料一般由矸石、砂子、采石場(chǎng)碎石及粉煤灰等組成，但成分以煤矸石為主，一般不需要加入膠結(jié)料或其他添加劑。人工矸石充填因其生產(chǎn)能力小、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，與回采工藝適應(yīng)性較差，故很少采用。矸石自溜充填只能在急傾斜煤層中應(yīng)用，淮南、北京、北票及中梁山等礦區(qū)曾應(yīng)用過這種充填開采方法。機(jī)械化矸石充填又根據(jù)工作面采煤工藝不同分為普通機(jī)械化矸石充填和綜合機(jī)械化矸石充填2種類型，前者主要應(yīng)用于炮采、普采工作面，后者應(yīng)用于綜采工作面。

普通機(jī)械化矸石充填工藝特點(diǎn)是多采用專門的機(jī)具(如拋?lái)窓C(jī)等)將矸石拋射向采空區(qū)進(jìn)行充填。新汶礦業(yè)集團(tuán)泉溝煤礦于2006年最早開始試驗(yàn)和使用這種充填采煤法。該法利用井下矸石充填采空區(qū)，充填系統(tǒng)簡(jiǎn)單，裝備投資少，多用于薄及中厚煤層普采或炮采工作面回收井筒煤柱、工業(yè)場(chǎng)地煤柱，煤層有一定傾角有利于充填矸石密實(shí)[14，15]。

綜合機(jī)械化矸石充填采煤[8，16～18]，是指在綜合機(jī)械化采煤作業(yè)面上同時(shí)實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化矸石充填作業(yè)。實(shí)現(xiàn)充填采煤的技術(shù)難點(diǎn)是要解決實(shí)施充填的充填空間、充填通道和充填動(dòng)力問題。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在同一液壓支架掩護(hù)下采煤與充填并行作業(yè)，且采煤與運(yùn)煤系統(tǒng)布置與傳統(tǒng)綜采完全相同。為實(shí)現(xiàn)矸石從地面運(yùn)至充填工作面的高效連續(xù)充填，需布置1個(gè)充填運(yùn)輸系統(tǒng)。

圖4 普通機(jī)械化矸石充填工作面布置[15]

充填裝備由后端帶懸梁的自移式液壓支架和充填刮板輸送機(jī)組成。充填輸送機(jī)中部溜槽內(nèi)設(shè)置溜矸孔，溜矸孔開在溜槽的中板上。在溜矸幫上增設(shè)帶插板的插槽，以控制矸石的充填順序和范圍。刮板機(jī)上鏈運(yùn)輸矸石充填，下鏈推平矸石。進(jìn)行充填時(shí)，每次打開2個(gè)溜矸孔，自下而上地進(jìn)行充填。采空區(qū)充填完畢后，隨工作面采煤機(jī)割煤及支架推移進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。為了減少充填矸石的壓縮量以實(shí)現(xiàn)更好的減沉效果，支架后部增設(shè)了液壓夯實(shí)裝置，如圖5所示。

圖5 綜合機(jī)械化矸石充填工作面布置

該充填系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度高，充填系統(tǒng)的初期投資較膏體充填低，一般小于1000萬(wàn)元，噸煤充填成本相對(duì)較低，一般為40～80元;但矸石充填的密實(shí)度相對(duì)較低，對(duì)巖層移動(dòng)與地表沉陷的控制效果不如膏體充填。目前綜合機(jī)械化充填采煤技術(shù)已在新汶、淮北、皖北、平頂山等礦區(qū)開展試驗(yàn)和推廣應(yīng)用，表2為矸石充填采煤技術(shù)在部分煤礦中的應(yīng)用情況。

表2 矸石充填采煤應(yīng)用項(xiàng)目

2.3 高水材料充填采煤技術(shù)

高水速凝固結(jié)材料(簡(jiǎn)稱高水材料)是一種膠凝材料，由A、B 2種材料構(gòu)成，主要包括高鋁水泥、石灰、石膏、速凝劑、解凝劑、懸浮劑等組分[19]。其具有固水能力強(qiáng)、單漿懸浮性和流動(dòng)性強(qiáng)、凝固速度快、強(qiáng)度增長(zhǎng)速度快等特點(diǎn)，可以將高比例的水迅速凝固成具有一定承載能力的固體。使用時(shí)，A、B料以1∶1比例混合配制成漿液，體積含水率達(dá)85% ～97%，在5～30 min內(nèi)凝固、硬化，最終形成堅(jiān)固的高含水固體。

典型的高水材料充填采煤系統(tǒng)如圖6所示。該系統(tǒng)可置于井下或者地面。使用時(shí)，A、B漿液分別進(jìn)行配制，配制的單漿液分別進(jìn)入緩沖池。待A、B緩沖池分別儲(chǔ)存一定量的單漿液后，通過專用管路同時(shí)將A、B漿液輸送到工作面，然后進(jìn)行混合，并隨工作面推進(jìn)，將混合漿液注入采空區(qū)[20～22]。

圖6 高水材料充填系統(tǒng)及開放工充填工藝[20]

與其它充填技術(shù)相比，高水材料充填采煤具有以下優(yōu)點(diǎn):由于其用水量高，故所需固體材料少，一方面克服了煤礦固體充填材料缺乏的問題，另一方面，簡(jiǎn)化了其他充填技術(shù)所需的龐大充填系統(tǒng);由于所需固料少，對(duì)礦井輔助運(yùn)輸影響基本沒有;充填系統(tǒng)簡(jiǎn)單且初期投資少，一般小于500萬(wàn)元，充填料漿流動(dòng)性好，不易堵管，工作面不泌水。但該技術(shù)最大的缺點(diǎn)是高水材料抗風(fēng)化及抗高溫性能差，充填材料長(zhǎng)期穩(wěn)定性差。

目前，該項(xiàng)技術(shù)正在陶一煤礦、田莊煤礦、邢東煤礦、城郊煤礦、淄博市王莊煤礦、淄博礦業(yè)集團(tuán)埠村煤礦等礦井推廣試驗(yàn)和應(yīng)用。表3為高水材料充填采煤技術(shù)在部分煤礦中的應(yīng)用情況。

表3 高水材料充填采煤應(yīng)用項(xiàng)目

2.4 部分充填采煤技術(shù)

(1)部分充填開采的概念。部分充填開采，是相對(duì)全部充填開采而言的，其充填量和充填范圍僅是采出煤量的一部分，僅對(duì)采空區(qū)的局部或離層區(qū)與冒落區(qū)進(jìn)行充填，靠覆巖結(jié)構(gòu)、充填體及部分煤柱共同支撐覆巖控制開采沉陷[6]。全部充填的位置只能是采空區(qū)，而部分充填的位置可以是采空區(qū)、離層區(qū)或冒落區(qū)。

部分充填采煤法與全部充填采煤法的本質(zhì)區(qū)別是:后者完全靠采空區(qū)充填體支撐上覆巖層控制開采沉陷，而前者靠覆巖結(jié)構(gòu)、充填體及部分煤柱共同支撐覆巖來(lái)控制開采沉陷。其特點(diǎn)在于:充分利用了覆巖結(jié)構(gòu)的自承載能力，減少了充填量，降低了充填開采成本。部分充填開采技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是降低了充填成本，提高了充填采煤效益。

按部分充填的位置與充填時(shí)機(jī)不同，煤礦部分充填開采分為[6]:采空區(qū)條帶充填技術(shù)、冒落區(qū)注漿充填技術(shù)、離層區(qū)注漿充填技術(shù)等。

(2)采空區(qū)條帶充填開采技術(shù)。采空區(qū)條帶充填就是在煤層采出后頂板冒落前，采用膠結(jié)材料對(duì)采空區(qū)的一部分空間進(jìn)行充填，構(gòu)筑相間的充填條帶，靠充填條帶支撐覆巖控制地表沉陷。其技術(shù)原理[23]是:采用條帶充填體置換條帶開采留設(shè)的煤柱，只要保證未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖關(guān)鍵層的初次破斷跨距，覆巖關(guān)鍵層保持穩(wěn)定不破斷，且充填條帶能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，就可有效控制地表沉陷。采空區(qū)條帶充填開采技術(shù)有2種模式，長(zhǎng)壁條帶充填和短壁間隔條帶充填。

(3)冒落區(qū)注漿充填開采技術(shù)。冒落區(qū)充填技術(shù)是指在采空區(qū)冒落矸石之間的空隙未被壓實(shí)之前及時(shí)地注入漿液進(jìn)行充填，充填漿液與冒落共同支撐上覆巖層[24]。該技術(shù)可分為長(zhǎng)壁開采冒落區(qū)注漿充填、房柱式冒落區(qū)注漿充填和條帶開采冒落區(qū)注漿充填。

長(zhǎng)壁開采冒落區(qū)注漿充填技術(shù)主要應(yīng)用于德國(guó)、波蘭[25]，在我國(guó)尚未使用。根據(jù)波蘭經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)壁冒落區(qū)注漿充填率為20% ～30%，地表下沉系數(shù)由不充填的 0.7 ～0.8 減少為 0.4 ～0.5，充填增加噸煤成本24～32元。房柱式冒落區(qū)注漿充填技術(shù)主要應(yīng)用于美國(guó)、加拿大等國(guó)。房柱式開采后，對(duì)冒落的礦房進(jìn)行注漿充填加固，最后回采部分煤柱，使回采率得到提高。

條帶開采冒落區(qū)注漿充填技術(shù)[26～28]是:在條帶開采情況下，對(duì)采出條帶冒落區(qū)實(shí)施注漿充填，加固破碎巖石，使得采出條帶冒落區(qū)重新發(fā)揮承載作用，有效減輕留設(shè)條帶煤柱及其上方巖柱上所承受的載荷，減小其壓縮變形，從而減緩覆巖移動(dòng)向地表的傳播，減小地表移動(dòng)變形值;充填材料與冒落矸石形成的共同承載體后，可以減小留設(shè)條帶寬度，達(dá)到提高資源回采率的目的。該技術(shù)常用的模式有:隨采隨充;冒落條帶封閉集中充填。

隨冒隨充工藝方案是把充填管道布置到采煤工作面冒落區(qū)底板，充填管隨工作面推進(jìn)拖動(dòng)前移，在頂板冒落矸石未壓實(shí)之前把非膠結(jié)性粉煤灰充填料漿壓入矸石空隙。冒落條帶封閉集中充填工藝為:條帶開采順序由低向高開采，先采完較低條帶，對(duì)較低條帶進(jìn)行封閉;利用較高的相鄰條帶機(jī)巷施工充填鉆孔，往已開采條帶冒落區(qū)充填粉煤灰料漿。

(4)離層區(qū)注漿充填開采技術(shù)。覆巖離層區(qū)注漿充填的基本原理是:利用巖層移動(dòng)過程中覆巖內(nèi)形成的離層空隙，從地面布置鉆孔將充填料漿液高壓注入離層空間，高壓漿體對(duì)下部巖層的壓實(shí)作用，從而增加離層空間，經(jīng)脫水壓實(shí)后的充填體對(duì)上覆巖層的支撐作用從而減緩巖層移動(dòng)向地表的傳播。表4列出了我國(guó)多個(gè)礦區(qū)部分礦井的試驗(yàn)情況。

表4 離層區(qū)注漿充填開采實(shí)例

根據(jù)各礦區(qū)離層區(qū)注漿充填開采實(shí)踐來(lái)看[29～32]:該方法僅在非充分開采時(shí)減沉效果較好;若開采區(qū)域達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，即使充填效果較好，其減沉率也僅為30%～50%，仍無(wú)法滿足建下采煤的減沉要求。針對(duì)這一問題，組合注漿充填與條帶開采技術(shù)，筆者提出了覆巖離層分區(qū)隔離注漿充填開采技術(shù)[6，30，31]。其基本原理見圖7，即:依據(jù)關(guān)鍵層初次破斷前允許的極限跨距確定工作面合理長(zhǎng)度，通過留設(shè)一定寬度自身穩(wěn)定的分區(qū)隔離煤柱隔離各個(gè)工作面，使工作面上方的關(guān)鍵層保持穩(wěn)定并使關(guān)鍵層下形成各自獨(dú)立封閉的離層空間，從而保證充填材料注滿離層區(qū)，充填體對(duì)關(guān)鍵層起到有效的支撐作用。分區(qū)隔離煤柱與條帶開采留設(shè)煤柱不同之處在于，對(duì)分區(qū)隔離煤柱的寬度設(shè)計(jì)要求較低，只要能起到隔離離層空間作用并保持穩(wěn)定就行。離層區(qū)充填后的充填體能夠起到支撐作用，此時(shí)離層區(qū)充填體承載了上覆巖層的部分載荷，“離層區(qū)充填體+關(guān)鍵層+分區(qū)隔離煤柱”構(gòu)成共同承載體。

覆巖離層分區(qū)隔離注漿充填開采技術(shù)的理想適用條件應(yīng)為:在分區(qū)隔離工作面采寬較大的情況下，既能保證關(guān)鍵層下的離層盆地達(dá)到充分采動(dòng)，又能保證覆巖關(guān)鍵層不破斷失穩(wěn)。該技術(shù)目前已在淮北礦業(yè)集團(tuán)海孜煤電公司1031工作面順利實(shí)施，且正在劉店煤礦104采區(qū)、103采區(qū)推廣應(yīng)用。

3 充填采煤技術(shù)展望

煤礦充填的目的是為了控制巖層運(yùn)動(dòng)，因此，應(yīng)深入研究充填開采巖層破斷運(yùn)動(dòng)與地表沉陷規(guī)律，形成基于巖層移動(dòng)和地表沉陷控制要求的充填采煤設(shè)計(jì)理論和方法。

從目前充填采煤實(shí)踐來(lái)看，制約煤礦開采技術(shù)推廣應(yīng)用的主要因素之一是充填采煤能力較低，與煤礦高產(chǎn)高效生產(chǎn)模式不匹配，其主要原因是充填工藝與采煤工藝沒有實(shí)現(xiàn)合理配合。因此，應(yīng)著重研究如何提高充填采煤生產(chǎn)能力，可從以下幾個(gè)方面著手:合理選擇充填工藝模式，如實(shí)施采充分離;減少充填量，實(shí)施部分充填;改善充填材料，減小采煤對(duì)充填體固化時(shí)間的依賴，如提高充填材料的早期強(qiáng)度、采用氣體作為充填材料等。

圖7 覆巖離層分區(qū)隔離注漿充填原理與充填系統(tǒng)

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2011－05－01)