袁志剛

山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司

我國煤礦充填開采技術(shù)及綠色開采技術(shù)研究

袁志剛

山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司

隨著煤炭開采技術(shù)水平的提高，為了解放“三下”壓煤，煤礦“三下”開采技術(shù)得到了極大發(fā)展。我國煤礦“三下”傳統(tǒng)開采技術(shù)有離層注漿、條帶式開采，其中離層注漿不能有效控制地表下沉，成本高，效率低；條帶式開采，資源回收率低，一般不超過50%，資源浪費嚴(yán)重。充填開采不僅能有效控制地表下沉，而且資源回收率可達(dá)90%以上。充填開采目前有超高水材料充填、膏體充填、固體物充填三種技術(shù)。本文主要對充填技術(shù)以及綠色開采技術(shù)進(jìn)行簡要闡述。

煤礦工程；充填開采；綠色技術(shù)

隨著煤炭資源的利用越來越廣泛，煤礦開采對周圍環(huán)境的破壞逐漸顯現(xiàn)出來。從實況來看，破壞主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①對土地資源大量的破壞與占用；②破壞與污染周圍水資源；③污染大氣環(huán)境。因此煤炭開采必須要朝著高利用、低開采以及低排放方向發(fā)展。在這種環(huán)境下，探究煤礦的綠色開采技術(shù)及其應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 煤礦充填開采技術(shù)

1.1 超高水材料充填技術(shù)

充填工藝采用水力泵送、掛包充填。包括充填泵站與充填點兩部分，該充填工藝系統(tǒng)相對簡單，初期與總體投入均較低。由于充填材料具有流動性，對于仰斜開采，只需要管路、攪拌與泵送等設(shè)備就可以形成完整的充填系統(tǒng)；而對于水平開采和俯斜開采，還需用充填袋，效率相對較低，月產(chǎn)一般在5000～10000t，目前在綜采機(jī)械化充填方面還沒有取得突破。

1.2 膏體充填采煤技術(shù)

固體廢物膏體充填是煤礦綠色開采技術(shù)的重要組成部分，它是一種將煤矸石、粉煤灰、劣質(zhì)土等固體廢物制作成無臨界流速、不需脫水的膏狀漿體，通過泵壓或重力作用，經(jīng)過管道輸送到回采工作面，適時充填采空區(qū)的綠色開采技術(shù)。膏體充填分膠結(jié)膏體充填、非膠結(jié)膏體充填。該充填技術(shù)具有高采出率、環(huán)保、高安全性等優(yōu)點，管道運輸，材料選擇廣泛，目前已在多個礦井應(yīng)用，在炮采工作面應(yīng)用較多，綜采膏體充填技術(shù)正在研究。

1.3 固體物充填技術(shù)

1.3.1 長壁普采(或炮采)固體物充填技術(shù)。將巖巷和半煤巖巷(煤矸分裝)掘進(jìn)矸石或地面矸石山矸石用礦車運至井下矸石車場，經(jīng)過裝載破碎機(jī)破碎后，進(jìn)入矸石倉。通過矸石倉下口，經(jīng)過膠帶輸送機(jī)將破碎后的矸石運入上下山，而后載入采煤工作面的回風(fēng)平巷，再由工作面采空區(qū)刮板輸送機(jī)運至工作面采空區(qū)拋矸膠帶輸送機(jī)尾部，由拋矸膠帶輸送機(jī)向采空區(qū)拋矸充填。

1.3.2 長壁綜采固體物充填技術(shù)。將地面矸石、粉煤灰、黃土等單一固體廢棄物或者幾種充填物以合適的比例混合后，通過大垂深投料系統(tǒng)(包括防沖擊力的緩沖系統(tǒng)、防止堵倉設(shè)備、井上下調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng))、井下運輸系統(tǒng)運至工作面，再通過掛在充填支架尾梁上的充填開采輸送機(jī)充填到長壁工作面充填區(qū)內(nèi)，由夯實機(jī)進(jìn)行夯實，置換出煤炭資源，從而達(dá)到解放“三下”壓煤并控制覆巖運動及地表沉陷的目的。

2 綠色開采技術(shù)的運用

事實上，采礦開采活動之所以會影響到安全與環(huán)境，主要是因為地下活動導(dǎo)致巖層移動及破壞，導(dǎo)致巖體周圍的地壓、應(yīng)力場、瓦斯水體運移場以及節(jié)理裂隙場等相關(guān)變化。所以綠色開采一定要采用先進(jìn)科學(xué)理論作為基礎(chǔ)。

2.1 煤與瓦斯共采技術(shù)

煤與瓦斯共采技術(shù)是在開采過程中，利用上覆巖層的礦壓變化活動，掌握對被卸壓煤層的抽采時機(jī)，并對抽采技術(shù)進(jìn)行完善和優(yōu)化。采取了如下措施：

(1)有效保證地質(zhì)安全。在高分辨率地震勘探技術(shù)的協(xié)助下，詳細(xì)呈現(xiàn)了當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件與煤層分布，并精準(zhǔn)的預(yù)測出了該煤層的厚度，進(jìn)而對斷層和裂縫等做出了有效定位以及準(zhǔn)確計算了瓦斯的分布和含量，從而為煤與瓦斯共采提供可靠依據(jù)。

(2)對礦井的開拓布局進(jìn)行優(yōu)化完善。利用“分區(qū)建設(shè)、分區(qū)開拓、分區(qū)通風(fēng)”的礦井安全生產(chǎn)系統(tǒng)，降低了開采工程量，并減少了開采成本，工期也得到了縮短。

(3)發(fā)展新的開采方法。為了減少井巷工程的工作量以及工作面的搬家次數(shù)，礦區(qū)擴(kuò)大了采區(qū)劃分和布置的范圍，并著力加大了工作面長度以及推進(jìn)長度，另外，通過將巷道布置與煤層頂?shù)装逯?。推廣應(yīng)用了有利于瓦斯抽采的新技術(shù)。對于煤層傾角小于60°的礦井及塊段，應(yīng)該使用傾斜條帶布置，當(dāng)開采設(shè)備或技術(shù)等條件能夠滿足要求時，要選擇綜采，反之，則選擇高檔普采。

2.2 支護(hù)技術(shù)及減少排放矸石技術(shù)

開采煤炭過程中排放的矸石同樣會影響環(huán)境，如今降低矸石排放所用主要措施就是在煤層中設(shè)置巷道。但是因煤巷圍巖常常出現(xiàn)不可抗拒的大變形，因此大多使用大斷面預(yù)留量、可縮性支架、巷旁充填這種方法。但是采用這種方法時如果不用將矸石上井，必然會對井下的煤巷進(jìn)行維護(hù)，而且伴隨煤礦開采的深度增加維護(hù)難度也越大。如果將矸石弄到井上處理，必然出現(xiàn)地面復(fù)墾問題。

2.3 采空區(qū)的充填技術(shù)

填充開采是開采煤礦環(huán)境問題的解決措施，特別是在一些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)地區(qū)，解決開采建筑物下的問題非常重要。但是這種開采技術(shù)的成本極高， 因此對該技術(shù)的應(yīng)用有一定的限制。如今，充填開采技術(shù)關(guān)鍵在于選取充填材料及怎樣降低成本上。要降低成本，可以只對一部分采空區(qū)進(jìn)行充填，但是要確保沒充填的采空區(qū)寬度低于覆蓋巖的關(guān)鍵詞初次破斷跨距，而且充填條帶還必須要長時間處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4 煤炭地下氣化技術(shù)

這種技術(shù)是對傳統(tǒng)的采煤方式進(jìn)行革新，在原位采用熱化學(xué)反應(yīng)把煤炭轉(zhuǎn)為可燃?xì)怏w。該技術(shù)不但改善了煤礦開采過程中的作業(yè)條件與環(huán)境，在一定程度上還消除了不利于煤礦開采對環(huán)境的影響。

煤礦綠色開采以關(guān)鍵層理論為基礎(chǔ)，是我國煤炭工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，也是我國可持續(xù)發(fā)展的必然要求。目前，我國的礦產(chǎn)資源日趨緊缺、煤炭開采與利用的成本不斷升高、環(huán)境破壞越來越嚴(yán)重，而在各大煤礦推廣綠色開采，對于保證生產(chǎn)利益的同時，提高回采率，保護(hù)煤礦周圍生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)廢物利用等都有著重要的意義?？梢哉f，煤炭綠色開采技術(shù)是今后我國煤炭事業(yè)的發(fā)展趨勢，有很好的發(fā)展前景。

[1] 錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，04：5-10.

[2] 錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)的研究與實踐[J].能源技術(shù)與管理，2004，04：1-4.