楊海河

（河北省唐山市開平區(qū)開灤荊各莊礦業(yè)分公司，河北省唐山市 063000）

煤炭作為主要的能源支撐在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中扮演非常重要的角色，但是由于近幾年能源需求的不斷增大，我國煤炭產(chǎn)量也在急劇增大。為了提高自身在煤炭市場競爭環(huán)境中的地位，很多煤礦在沒有經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃后就直接投入大量采煤機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行無規(guī)劃煤炭資源大肆開采，加上我國煤炭資源總體分布不均勻、煤炭開采地質(zhì)條件差、以及東西部能源分布與能源需求間的不搭配，造成東部大部分煤礦礦井煤炭資源幾乎接近枯竭，大多數(shù)已成為"三下"（建筑物下、鐵路下、水體下）的難開采壓煤。另外，我國在進(jìn)行煤炭開采過程中，每年大致會(huì)向礦井周圍地面堆放大約4.5億噸的煤矸石等采煤固體留下的廢棄物。這些廢棄物的亂堆亂放不僅會(huì)占用大量有限耕地土地，同時(shí)還會(huì)隨固體廢棄物量的不斷增加，造成嚴(yán)重的固體廢物環(huán)境污染。因此，我國很多煤炭開采眼睛學(xué)者在總結(jié)我國煤炭開采現(xiàn)狀后，提出了發(fā)展綠色煤炭開采技術(shù)的科學(xué)合理、高效經(jīng)濟(jì)的采礦理念,其中包括利用煤炭采礦區(qū)現(xiàn)存的固體廢棄物(如：煤矸石、粉煤灰、黃土、以及黃沙等)直接充填，并回收礦井中難開采的"三下"壓煤資源。煤矸石充填技是煤礦礦井中常采用的煤炭充填開采新技術(shù)，在工程實(shí)踐中取得非常大的應(yīng)用效果。因此，對(duì)煤矸石充填采煤技術(shù)進(jìn)行分析研究具有非常重要的工程實(shí)踐意義。

1 充填采煤技術(shù)研究現(xiàn)狀

充填開采技術(shù)從1915年在澳大利亞北萊爾礦應(yīng)用廢棄礦石充填礦房以來，在近百年的發(fā)展過程中，充填開采技術(shù)在金屬礦山等采礦工程應(yīng)用中獲得長足進(jìn)步，并取得非常良好的應(yīng)用效果。但在煤炭開采過程中還沒有得到廣泛退剛使用，這主要與煤炭開采的特殊環(huán)境條件等因素密不可分。因此，發(fā)展先進(jìn)的煤礦充填采煤技術(shù)就成為煤炭開采研究人員研究的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。就目前我國常采用的充填采煤技術(shù)來看，大致可以分為膏體充填采煤技術(shù)、矸石充填采煤技術(shù)、以及高水材料充填采煤技術(shù)等多種充填采煤技術(shù)。

1.1 膏體充填采煤技術(shù)

膏體充填采礦技術(shù)在充填采礦工程中發(fā)揮非常重要的作用，尤其是在金屬采礦工程中得到廣泛推廣使用。膏體充填采煤技術(shù)實(shí)際就是將煤礦礦井附近的煤矸石、粉煤灰、河砂、以及城市固體廢棄垃圾等在需要填充的地面，按照相關(guān)配比要求加工制作成不需要進(jìn)行脫水處理的牙膏狀漿體，然后利用高壓充填泵或重力加壓進(jìn)行加壓灌注，通過漿體輸送管道送入到需要充填的礦井下，根據(jù)工程實(shí)際地形適時(shí)充填已經(jīng)采空的采煤區(qū)的充填采煤方法。由于膏體充填采煤技術(shù)所進(jìn)行的充填與采煤工序均位于同一個(gè)工作面，同時(shí)充填體的構(gòu)筑方法與金屬礦山充填有所不同，需要構(gòu)筑專門的充填膏體充填隔離支架，同時(shí)在充填過程中煤礦對(duì)充填材料強(qiáng)度性能水平要求較高，需要充填體在充填后數(shù)小時(shí)就能承載整個(gè)采煤過程。煤礦膏體充填采煤技術(shù)所采用的充填原材料多為劣質(zhì)低質(zhì)固體廢棄物，其充填原材料品質(zhì)間差距較大，質(zhì)量波動(dòng)非常大。

膏體充填采煤技術(shù)在采空區(qū)充填過程中具有料漿流動(dòng)性好、充填密實(shí)度高、以及充填體強(qiáng)度較高等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)Σ傻V區(qū)周圍的巖層移動(dòng)與地表沉陷進(jìn)行有效控制。但由于整個(gè)膏體充填工程在初期投資非常高，根據(jù)大量文獻(xiàn)資料和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)分析，初期投資通常高達(dá)3000萬元左右，這樣會(huì)導(dǎo)致煤礦噸煤充填成本相應(yīng)大大增高，大致為60～100元/t，這也就限制了膏體充填技術(shù)在采煤過程中的應(yīng)用。

1.2 矸石充填采煤技術(shù)

矸石充填采煤技術(shù)其主要充填材料為煤炭開采過程中產(chǎn)生的煤矸石，其主要?jiǎng)恿κ强匡L(fēng)力、重力、或其他機(jī)械等動(dòng)力將以煤矸石為主的固體廢棄物拋入或輸送到礦井采空區(qū)進(jìn)行充填采煤的方法。根據(jù)煤矸石動(dòng)力源的不同，可以將矸石充填采煤技術(shù)劃分為人工充填、自溜充填、風(fēng)力充填、普通機(jī)械化充填、以及綜合機(jī)械化充填等。人工煤矸石充填采煤技術(shù)由于其綜合充填效率水平較低、勞動(dòng)工作強(qiáng)度較大，加上回采工藝適應(yīng)性非常差，在煤炭充填開采中很少采用。自溜充填和風(fēng)力充填技術(shù)由于受到源動(dòng)力輸送不穩(wěn)定等因素的制約，只有在外部條件非常優(yōu)越特殊的礦區(qū)使用。普通機(jī)械化是根據(jù)采空區(qū)實(shí)際情況，采用專門機(jī)械如拋矸機(jī)等)將采煤過程中產(chǎn)生的煤矸石拋射向采空區(qū)進(jìn)行充填采煤。普通機(jī)械化煤矸石充填技術(shù)利用井下開采過程中形成的煤矸石進(jìn)行填充，其充填系統(tǒng)較為簡單，裝備綜合投資成本較低，多用在薄及中厚煤層普采工藝中進(jìn)行充填采煤。綜合機(jī)械化矸石充填采煤技術(shù)，是指在綜合機(jī)械化采煤作業(yè)工作面上，同時(shí)利用相關(guān)機(jī)械實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化矸石充填工程，是一個(gè)在采煤作業(yè)工作面上集采煤和充填等多工藝為一體的綜合采煤技術(shù)。

1.3 高水材料充填采煤技術(shù)

高水材料充填采煤技術(shù)就是在充填材料中加入高水速凝固結(jié)材料的一種充填采煤技術(shù)，此采煤技術(shù)由于其用水量高，相應(yīng)填充材料中所需固體材料就會(huì)減少，不僅可以有效克服煤礦充填過程中固體充填材料不足問題，同時(shí)有效簡化其他充填技術(shù)在實(shí)際填充過程中需要購置龐大充填系統(tǒng)的填充工藝，加上填充固體材料使用量減少，充填料漿流動(dòng)性好，填充施工操作較為方便，且投資較小，可以降低煤炭填充開采綜合投資成本。但由于該技術(shù)中所使用高水材料填充物的抗風(fēng)化及抗高溫性能較差，煤礦采空區(qū)的充填物質(zhì)量長期穩(wěn)定性能較差。

此外，相對(duì)于全部充填采煤技術(shù)而言，部分充填采煤技術(shù)充分利用了采煤區(qū)的覆巖結(jié)構(gòu)的自承載能力，從而大大減少充填工程量，有效降低了煤礦充填開采綜合成本。

2 綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)要點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化固體充填采煤的技術(shù)難點(diǎn)在于解決采空區(qū)實(shí)施充填的充填空間、充填通道、以及充填過程所帶來的動(dòng)力學(xué)問題。從大量工程實(shí)踐，筆者認(rèn)為在采用綜合機(jī)械化固體充填技術(shù)進(jìn)行綜合采煤時(shí)，可以采取以下幾種方法來解決綜采作業(yè)面上進(jìn)行綜合機(jī)械化固體充填采煤工藝中所存在的三大技術(shù)難題:

2.1 拆除常規(guī)綜采液壓支架的掩護(hù)斜梁，用水平短梁取而代之,將填充固體直接充入到水平短梁掩護(hù)空間內(nèi)，并不是將填充固體直接充入到采空區(qū)內(nèi)，從而有效解決綜合機(jī)械化固體充填采煤工藝中充填空間不足問題；

2.2 通過帶式輸送機(jī)將已配比好的充填固體直接運(yùn)至掛在充填機(jī)械掩護(hù)短梁下面的刮板式充填機(jī)中,使采空區(qū)充填固體始終處于連續(xù)輸送通道中，從而有效解決充填通道不連續(xù)，容易堵塞等問題；

2.3 充填固體由于自重從刮板式充填機(jī)開口中直接落入掩護(hù)短梁的掩護(hù)空間中,并再加壓實(shí)機(jī)(或輔助動(dòng)力機(jī))的壓力作用下將充填體在采空區(qū)中進(jìn)行充分壓實(shí),從而實(shí)現(xiàn)煤矸石等固體填充物具有非常好的密實(shí)性能，為采空區(qū)充填后采煤提高一個(gè)優(yōu)良工作環(huán)境。

3 矸石充填采煤技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

矸石充填采煤技術(shù)不僅解決了采煤過程中產(chǎn)生大量煤矸石等固體廢棄物問題，同時(shí)實(shí)行礦井充填開采相結(jié)合的煤炭綜合開采技術(shù)，可以有效提高礦井中有效煤炭資源的采出率，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。從實(shí)際應(yīng)用所帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益來看，矸石充填采煤技術(shù)給各煤礦均帶來了豐厚的利潤。據(jù)一些統(tǒng)計(jì)資料分析，膏體充填采煤技術(shù)其綜合成本最高，大約為105元/t；而高水材料充填采煤技術(shù)由于其充填材料均需外購，加上后期維護(hù)成本較高，其綜合成本大約為67元/t，似膏體充填采煤技術(shù)其綜合成本大約為73元/t；而綜合機(jī)械化矸石充填采煤技術(shù)其綜合成本大約為 55 元 /t。

結(jié)束語

綜合機(jī)械化矸石充填采煤技術(shù)是在保證采礦區(qū)地表建筑物等安全的前提下,以煤矸石填充置換出煤炭開采區(qū)，實(shí)現(xiàn)利用矸石等固體廢棄物置換開采出煤炭資源，大大提高了煤礦企業(yè)煤炭開采的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

[1]許家林，錢鳴高.綠色開采的理念與技術(shù)框架［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2007，25(7):61-65.

[2]周華強(qiáng),侯朝炯,孫希奎,等.固體廢物膏體充填不遷村采煤[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,33(2):154-158.