蘇建

(山西高平科興平泉煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400)

充填采煤一般是將矸石等固體廢料用作充填材料進(jìn)行井下充填，一方面能夠減少矸石廢料的排放量，另一方面還能夠控制巖層移動(dòng)與開采淪陷，保證地面建筑物的安全，保護(hù)土地資源。所以，對(duì)煤礦充填的開采技術(shù)進(jìn)行深入研究對(duì)綠色開采的發(fā)展具有非常重要的意義。

一、充填采煤的技術(shù)現(xiàn)狀

（一）高水材料充填技術(shù)

高水速凝固結(jié)材料由兩種材料構(gòu)成，主要有高鋁水泥、石膏、石灰、速凝劑、懸浮劑、解凝劑等組分，是一種膠凝材料。高水材料具有流動(dòng)性和單漿懸浮性強(qiáng)、凝固和強(qiáng)度增長(zhǎng)的速度快、固水能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠迅速將高比例水凝固成具備一定的承載能力的固體。

由于高水材料用水量高，對(duì)固體材料需求少，克服了煤礦缺乏固體充填材料的問題，而且充填系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。另外，由于其所需的固體充填材料少，所以基本不會(huì)對(duì)礦井的輔助運(yùn)輸產(chǎn)生影響。

高水材料充填系統(tǒng)的初期投資比較少，一般在500萬元以下，充填料漿的流動(dòng)性非常好，不堵管，并且工作面不會(huì)泌水。但是，高水材料的抗高溫及抗風(fēng)化的性能差，而且無法保證充填材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

（二）膏體充填技術(shù)

膏體充填技術(shù)就是將煤礦附近的矸石、工業(yè)爐渣、城市固體垃圾等在地面進(jìn)行加工制作，成為不需進(jìn)行脫水處理的漿體，通過管道，用充填泵或者重力加壓將其輸送至井下，進(jìn)行采空區(qū)充填的一種開采方法。

膏體料漿密實(shí)度高、流動(dòng)性好，充填體的強(qiáng)度也比較高，所以膏體充填方法能夠?qū)Φ乇沓料菖c巖層移動(dòng)起到很好的控制效果。但是膏體充填系統(tǒng)的初期投資比較高，一般約達(dá)3000萬元，噸煤的充填成本一般每噸約60-100元。

（三）矸石充填技術(shù)

矸石充填方法是對(duì)機(jī)械、重力、風(fēng)力等動(dòng)力加以利用，將作為充填材料的矸石輸入或拋入采空區(qū)的一種充填采煤技術(shù)方法。依據(jù)充填材料充填采空區(qū)所使用的動(dòng)力方式進(jìn)行劃分，可以將矸石充填方法劃分為人工充填、風(fēng)力充填、自溜充填和機(jī)械充填四類，充填材料通常由矸石、糟煤灰、砂子、碎石等組成，以矸石為主，一般無需添加膠結(jié)料或者其他的添加劑。

人工充填矸石生產(chǎn)能力弱，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，同回采工藝的適應(yīng)性比較差，所以很少在實(shí)踐中采用。自溜充填應(yīng)用范圍窄，只能應(yīng)用在急傾斜的煤層中。機(jī)械化的矸石充填按照工作面的采煤工藝不同可以分為普通的機(jī)械充填與綜合機(jī)械充填，前者在普采和炮采工作面應(yīng)用比較廣泛，后者在綜采工作面非常適用。

普通的機(jī)械化充填多應(yīng)用專門機(jī)具將矸石向采空區(qū)拋射填充，比如應(yīng)用拋矸機(jī)作業(yè)等。這種方法利用井下的矸石對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，裝備的投資較少。綜合機(jī)械充填技術(shù)，是在綜合機(jī)械化的采煤作業(yè)面上能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)矸石充填作業(yè)，其技術(shù)難點(diǎn)在于實(shí)施充填作業(yè)的空間、動(dòng)力和充填通道的問題。綜合機(jī)械充填技術(shù)能夠在同一個(gè)液壓支架的掩護(hù)下實(shí)現(xiàn)采煤和充填作業(yè)并行，而且采煤和運(yùn)煤系統(tǒng)的布置上同傳統(tǒng)的綜采是完全相同的。

該充填系統(tǒng)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，而且機(jī)械化的程度相對(duì)較高，初期投資比膏體充填方法要地，一般在1000萬元以下，噸煤的充填成本一般在40-80元左右。但是矸石充填不能保證較高的密實(shí)度，對(duì)于地表沉陷與巖層移動(dòng)的控制次于膏體充填的效果。

（四）部分充填技術(shù)

部分充填開采是全部充填開采的相對(duì)概念，其充填的范圍和充填量都僅是采出的煤量一部分，而且只對(duì)冒落區(qū)與離層區(qū)或者采空區(qū)的局部進(jìn)行充填，依靠充填體、部分煤柱及覆巖結(jié)構(gòu)共同對(duì)覆巖進(jìn)行支持，對(duì)開采淪陷進(jìn)行控制。部分充填不僅可以在采空區(qū)進(jìn)行，而且在冒落區(qū)或者離層區(qū)也可以進(jìn)行。這種充填方法對(duì)覆巖結(jié)構(gòu)自承載能力加以充分利用，減少充填量，節(jié)省了充填的開采成本，使充填采煤的效益得以提高。

按照部分充填時(shí)機(jī)與位置的不同，部分充填開采可以分為：冒落區(qū)的注漿充填、離層區(qū)的注漿充填和采空區(qū)的條帶充填技術(shù)。

1冒落區(qū)注漿充填

冒落區(qū)的注漿技術(shù)是在采空區(qū)的冒落矸石空隙尚未被壓實(shí)的時(shí)候，及時(shí)注入漿液，進(jìn)行必要的充填，充填的漿液和冒落共同對(duì)上覆巖層進(jìn)行支撐。

2離層區(qū)注漿充填

離層區(qū)的注漿充填是利用巖層的移動(dòng)過程當(dāng)中形成的覆巖內(nèi)離層空隙，在地面布置鉆孔，利用高壓將充填料漿液注入離層空隙，高壓漿體壓實(shí)下部巖層，從而使離層空間增加，充填體經(jīng)脫水壓實(shí)后，對(duì)上覆巖層能夠起到支撐作用，進(jìn)而使巖層的移動(dòng)向地表傳播得到緩解。

3采空區(qū)條帶充填

采空區(qū)的條帶充填就是煤層采出以后，頂板冒落之前，用膠結(jié)材料填充采空區(qū)的部分空間，相間構(gòu)筑充填的條帶，依靠充填條帶對(duì)覆巖進(jìn)行支撐，以控制地表的沉陷。用條帶充填體對(duì)留設(shè)的煤柱進(jìn)行置換，只要能夠保證沒有充填的采空區(qū)寬度比覆巖的關(guān)鍵層初次的破斷跨距要小，覆巖的關(guān)鍵層能夠保持穩(wěn)定，不破斷，而且充填的條帶能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定，就能對(duì)地表淪陷加以有效的控制。

二、充填采煤的技術(shù)發(fā)展

（一）充填采煤技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力

傳統(tǒng)的開采使采空區(qū)的出水、發(fā)火、上隅角的瓦斯超限，采空區(qū)的大面積垮落引起的大量瓦斯涌出等問題亟待解決；“三下”礦井優(yōu)質(zhì)的煤炭資源需要進(jìn)行安全、高效的回采，而且大量的矸石與城市垃圾需要進(jìn)行處理；我國(guó)部分礦井呈現(xiàn)衰老跡象，隨著開采的深度不斷下延，開采成本也不斷加大，而且災(zāi)害嚴(yán)重，災(zāi)害的控制方法操作性不強(qiáng)，礦井越來越不適于繼續(xù)開采等等問題，通過合理采用充填采煤技術(shù)，都能夠有效地得到解決。充填開采必將成為煤礦行業(yè)新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)，成為我國(guó)的煤礦開采一場(chǎng)技術(shù)上的革命。基于此，充填開采方式正被大面積推廣，其技術(shù)也將逐步走向成熟。

（二）充填采煤技術(shù)發(fā)展目標(biāo)

充填開采技術(shù)的發(fā)展以高效率、低成本、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化作為發(fā)展目標(biāo)。膏體充填、超高水材料充填等充填技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，充填體具有流動(dòng)性特點(diǎn)，使用管道運(yùn)輸，對(duì)于仰斜開采有一定適應(yīng)性，但是充填的效率較低。目前正在研究同綜合機(jī)械化的開采相配套的技術(shù)，充填效率也將進(jìn)一步地提高。

（三）充填采煤技術(shù)發(fā)展方向

采用充填技術(shù)的目的是控制巖層的運(yùn)動(dòng)，所以，應(yīng)當(dāng)對(duì)充填開采地表沉陷與巖層破斷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行深入研究，形成能夠滿足地表沉陷與巖層移動(dòng)控制要求的開采理論與方法。

由目前的充填開采實(shí)踐來看，煤礦開采的技術(shù)推廣主要制約因素之一就是充填采煤的能力不足，同高產(chǎn)高效的煤礦生產(chǎn)模式無法匹配。究其原因，主要是采煤工藝和充填工藝沒有實(shí)現(xiàn)有效配合。所以，充填采煤能力的提高應(yīng)當(dāng)作為以后的研究重點(diǎn)。

具體來說，在充填采煤技術(shù)的研究方向確定的前提下，可以從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行研究：對(duì)充填材料的改善，盡量避免采煤作業(yè)受到充填體的固化時(shí)間限制，比如采用氣體作充填材料、充填材料早期強(qiáng)度提高；充填量控制，實(shí)施部分充填的方法；充填工藝的合理模式，比如采充分離等。

結(jié)語

總之，充填采煤技術(shù)是對(duì)解決“三下”壓煤開采問題最基本的途徑，是煤礦開采領(lǐng)域一項(xiàng)技術(shù)革新，為煤礦的安全生產(chǎn)、解決礦區(qū)垃圾污染、保護(hù)環(huán)境及地表建筑物提供了一個(gè)新的途徑。但是，充填采煤技術(shù)的發(fā)展仍然存在一些不完善之處，需要在實(shí)踐中總結(jié)更多經(jīng)驗(yàn)，對(duì)充填采煤技術(shù)進(jìn)行完善，提升采煤效率，為我國(guó)的煤礦事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]霍世強(qiáng)，鄭鮮鋒.鐵路專用線采空區(qū)處治探析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(11).

[2]邱陽.矸石充填帶走向長(zhǎng)壁式采煤法在地方小煤礦中應(yīng)用的探討[J].工會(huì)博覽·理論研究，2009(10).

[3]趙友君.我國(guó)煤礦充填開采技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)[J].科海故事博覽·科技探索，2010(5).