武海鵬

(七臺河市百達(dá)利礦業(yè)有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

煤炭采集總量不斷提升，需要在采煤方法上進(jìn)行煤礦采集力度的提升。在實(shí)際的煤礦采集過程中，如何進(jìn)一步對采空的煤層進(jìn)行加固處理、提升煤礦整體安全性已成為專家學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。人們對于采煤方法提出了新要求，綜合機(jī)械化固體充填采煤方法應(yīng)運(yùn)而生，其可有效解決以上問題，具有嚴(yán)密的充填性，嚴(yán)格控制巖層移動及地表沉陷，能夠進(jìn)一步提升產(chǎn)量及產(chǎn)出率，提升采煤經(jīng)濟(jì)性，降低對周邊環(huán)境的污染，值得進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。

1 充填采煤技術(shù)發(fā)展歷程

充填采煤是指在實(shí)際采煤過程中對產(chǎn)生的矸石、石沙、廢棄物、煤渣等物質(zhì)進(jìn)行集中處理，將其充填進(jìn)已經(jīng)被采空的煤層中，進(jìn)一步提升采空煤層的安全性，對煤層附近巖層移動情況進(jìn)行控制，避免采空煤層出現(xiàn)表面沉降情況。實(shí)際充填過程中，使用的充填方法有著一定的區(qū)別，應(yīng)用最廣泛的充填方法是水力充填、風(fēng)力充填、煤矸充填及綜合機(jī)械化充填。

綜合機(jī)械化充填是一種新技術(shù)，其具體方法及設(shè)備還需進(jìn)一步分析，相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)已發(fā)展成熟。在發(fā)展的最初階段，充填的主要目的是對采煤過程中出現(xiàn)的廢物進(jìn)行處理，有效降低廢棄物對周圍環(huán)境的影響，減少占地面積。人們逐漸意識到進(jìn)行采煤充填的必要性及重要性，將其作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。充填物質(zhì)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，石沙已經(jīng)成為充填的主要材料，煤灰粉及煤矸石能夠輔助石沙進(jìn)行填充。隨著機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展，綜合機(jī)械化固體充填已成為采煤充填主流技術(shù)，充填效率大幅度提升，其能夠降低充填過程對周圍環(huán)境的影響，避免充填過程中的人工參與，進(jìn)一步提升了充填工作的安全性。

2 充填采煤技術(shù)目標(biāo)與發(fā)展要求

充填采煤技術(shù)在我國已有50余年的發(fā)展歷史，技術(shù)發(fā)展目標(biāo)越來越明確。我國充填采煤技術(shù)發(fā)展目標(biāo)主要有：一是進(jìn)行充填采煤技術(shù)應(yīng)用過程中必須要保證采煤工作后續(xù)的安全性。二是在充填工作完成之后，要保證填充煤層附近地區(qū)的采集不受影響，避免出現(xiàn)煤層浪費(fèi)的情況。三是充填技術(shù)的應(yīng)用不能影響附近其他煤層的煤礦質(zhì)量，要保證充填物質(zhì)不會對充填地區(qū)產(chǎn)生污染。四是在進(jìn)行充填之前，要考慮到充填工作的進(jìn)行是否有必要，使其符合環(huán)保要求，提升安全性。我國煤礦充填工作要考慮對周圍環(huán)境的影響，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行高效率、高質(zhì)量、高安全的充填，為后續(xù)采集提供支持。

3 綜合機(jī)械化固體充填采煤原理與方法

綜合機(jī)械化固體填充采煤最主要的創(chuàng)新是進(jìn)行了機(jī)械應(yīng)用，通過機(jī)械應(yīng)用能夠極大提升充填及采煤效率，將充填工作與采煤工作融為一體。想要將綜合機(jī)械化固體填充應(yīng)用到實(shí)際的采集中，要解決充填空間、充填通道建設(shè)及固體充填動力等問題。水砂充填技術(shù)是將水作為充填動力，通過管道的應(yīng)用將砂直接運(yùn)輸?shù)讲煽盏拿簩又?。風(fēng)力充填是以風(fēng)作為充填動力，將矸石進(jìn)行磨碎處理，進(jìn)行通風(fēng)管道的建設(shè)，使用大功率通風(fēng)設(shè)備將已經(jīng)粉碎的矸石運(yùn)輸?shù)讲煽盏拿簩又?。這些技術(shù)是較為傳統(tǒng)的充填方法，需要大量的成本投入，由于技術(shù)自身限制和設(shè)備影響，難以滿足綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的應(yīng)用需要。針對此情況，應(yīng)解決以下3個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：一是要對傳統(tǒng)充填方法中大量使用的綜采液壓支架的掩護(hù)斜梁進(jìn)行拆除，使用水平短梁進(jìn)行代替，形成一個(gè)短梁掩護(hù)，使固體填充不直接進(jìn)入到采空區(qū)。二是要進(jìn)行帶式運(yùn)輸機(jī)及刮板式充填機(jī)的機(jī)械應(yīng)用。通過帶式運(yùn)輸機(jī)的應(yīng)用，將固體填充物運(yùn)輸?shù)较聦拥墓伟迨教畛錂C(jī)中，進(jìn)行連續(xù)性運(yùn)輸，形成一個(gè)連續(xù)運(yùn)輸通道。三是固體充填物會從刮板式充填機(jī)的開口中落入到掩護(hù)短梁托提供的掩護(hù)空間中，要對已經(jīng)掉落的固體充填物進(jìn)行再次處理，通過加壓實(shí)機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行輔助動力的推動，將充填物向著采空煤層的方向進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)固體緊密型填充。

4 綜合機(jī)械化固體充填采煤系統(tǒng)與裝備

綜合機(jī)械化固體填充技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)采煤技術(shù)的升級，同步開展同一液壓支架掩護(hù)下的采煤及充填工作，進(jìn)一步提升采煤工作效率與質(zhì)量。在該技術(shù)應(yīng)用過程中，運(yùn)煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)模式一致，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高效率及連續(xù)性的充填，要將使用到的充填固體從地面進(jìn)行加工，等到加工完成之后，將其運(yùn)輸?shù)叫枰涮畹拿簩又?。針對此種情況，要進(jìn)行運(yùn)輸系統(tǒng)的建設(shè)，運(yùn)輸系統(tǒng)需要的設(shè)備主要包括投料井、井下運(yùn)輸巷及轉(zhuǎn)載系統(tǒng)，將固體充填物直接運(yùn)輸?shù)焦伟迨教畛錂C(jī)中。

5 工業(yè)應(yīng)用效果分析

通過實(shí)驗(yàn)方式對綜合機(jī)械化固體填充方法的優(yōu)越性進(jìn)行分析，試驗(yàn)地區(qū)為某煤場的煤層，煤層平均采深達(dá)到600 m，采高達(dá)到2.2m，在實(shí)際采煤過程中沒有進(jìn)行人工輔助壓實(shí)的情況下，充填采高已達(dá)到了0.7 m，煤炭采出率達(dá)到95%以上。表1為村鎮(zhèn)下綜采矸石充填地表移動預(yù)計(jì)與實(shí)測情況。

表1 村鎮(zhèn)下綜采矸石充填地表移動預(yù)計(jì)與實(shí)測Tab.1 Prediction and measurement of surface movement of comprehensive mechanized mining gangue filling under villages and towns

從表1看出,如果不對煤層進(jìn)行充填作業(yè)，將會對地面建筑形成一定的破壞，破壞等級達(dá)到Ⅱ級，會對煤層上的居民造成巨大影響，如果進(jìn)行充填開采作業(yè)，那么實(shí)際影響效果會降為Ⅰ級，煤層上的居民不需要對建筑物進(jìn)行加固就可以正常使用，不會對居民正常生活產(chǎn)生影響。

6 結(jié)語

綜合機(jī)械固體充填開采技術(shù)已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，部分企業(yè)已經(jīng)開展第四代充填與采煤一體化液壓支架及固體充填垂直投送系統(tǒng)的應(yīng)用，極大提升了采礦效率及充填質(zhì)量，對采煤建設(shè)提供了有力支持。相關(guān)設(shè)備及技術(shù)已逐步發(fā)展成熟，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。