综合机械化固体充填采煤技术研究进展

综合机械化固体充填采煤技术研究进展

王怀俭

冀中能源股份公司邢台矿综采二队河北省邢台市054000

摘要：煤炭能源对我国的经济发展具有一定的支撑作用，近些年来我国煤炭产量显著上升，并且因为煤炭资源分布不均等相关因素影响，导致我国某些地区煤炭资源已经出现枯竭，同时我国煤炭每年都会有大量的煤矸石等固体垃圾排放，不但影响环境，也占有大量土地，所以在此基础上研究新的采煤技术很有必要。本文就综合机械化固体充填采煤技术进行了研究。

关键词：综合机械化；固体充填；采煤技术

作为一种拥有悠久历史的技术，采煤早在我国唐宋时期就有相关记载。直至现代，采煤技术得到了不断的发展与变迁。在近几年来，由于我国对煤炭开发呈大幅度上升趋势，因此，造成了一系列的环境问题与资源问题。为了走出一条绿色而高效的采矿之路，我国相关技术专家进行了不断地探索与研究，并开发出了一套综合机械化固体充填与采煤一体化技术，为采煤业迈向一个新台阶起到了关键性的作用。为此，笔者认为对综合机械化固体充填采煤技术进行研究是很有必要的。

一、现代充填采煤技术概述

现代充填采煤技术的发展和实践应用须达成这个要求：一是高采出率、优质高效的采出煤炭资源；二是具备先进机械化设备及安全措施；三是岩层运动及地表沉陷得到严格控制。但是，由于煤炭资源层属于沉积性矿体，当前大多数矿区是使用综合型机械长臂进行开采的，伴随作业面的深入，采空区上层岩石层会随之垮落，综合作业面支架后部的采空区也会被垮落岩体塞满，无法如矿脉开采进行固体充填，也缺乏进入通道，所以要达成充填采煤要解决好充填空间、充填物运输通道及充填体密实度等三个难点。近年来，我国已设计并研发出了综合机械化固体充填采煤技术，不仅满足了上述要求，也妥善解决了技术上的难题。

二、开发现代化充填采煤技术的目标与要求

一直以来，由于受一些技术难点的制约，充填采煤技术并未有重大的突破。与此同时，不断加快发展脚步的现代化采煤技术，也对充填技术提出了更高的要求，为此，开发综合机械化采煤与固体充填技术应用而生。

1.实现充填采煤技术难点

综合机械化长壁开采是现代化矿区采用的最多的方式之一。随着煤层工作面的不断推进，采空区的上覆岩层会在不断的开采中逐渐坍塌，而其坍塌的破碎岩体则会逐渐将采空区填满。但是其并如矿脉开采般能够进入通道，并有固定的充填空间。所以，为了使充填采煤技术得以实现，必须将充填空间、充填物输送通道及充填体的密实度这三大难点加以克服。

2.充填采煤技术的目标与要求

在现代化的矿区，其充填采煤技术目标是：采煤要实现安全高效的开采目标与安全高效的充填目标。为此，要找到与现代化综合机械化采煤技术相配的技术，其实就是对快速机械化充填一体化技术进行开发，并使采煤与充填作业全部得以实现。在此目标下，现代化充填采煤技术必须满足以下要求：一是在对煤炭资源进行开采时，保证安全高效的采出；二是使岩层与地表移动得到控制，并使被保护对象的要求得以充分的满足；三是使经济、社会与环境效益更加显著。

3.综合机械化采煤与充填一体化技术

要将综合机械化固体充填与采煤一体化技术设计出来，从而使现代化充填采煤技术发展目标与要求得以充分的满足。当前，作为得到一致性认可的安全而高效的采煤技术，综合机械化采煤技术必须要有与之相匹配的技术来完成煤炭的开采，而充填技术就是其最合适的“匹配者”，其如果能够在综采液压支架掩护下，使采煤作业得以实现，那么就可以在支架掩护空间内，使充填作业得以完成。而在支架后的顶梁掩护空间内，要将充填物由夯实机构将其向采空区推进。如此一来，就能够将充填空间、输送通道和密实充填等，充填采煤这三大技术难点得以克服。

三、综合机械化固体充填采煤设备分析

3.1支架结构

依照已知矿压的显现规律可知，综合开采液压支架的主要功能是确保安全作业的空间。而把直接顶转变为最基本的支架结构，如此可有效减少部分开采带来的压力。在充填开采过程中，尽量减轻直接顶带来的破坏，它的整体性和开采前无显著变化。从开采控制目标层面看，固体充填可满足覆岩层垮落的开采环境需要，使开采点能够在相对稳固支架开采下，根据周期生产特性运作。

3.2填充工艺

应用一体填充液压支架虽说可实现填充采煤设备达成同步采煤和充填，但此种自行研制出来的矿料输送机难以满足运输量要求，与此同时，此种大深埋、大孔径的固体物料填充煤炭开采系统还会较大的影响到正常采空区的作业进度。因此，采用先进固体物料填充工艺，把矸石输送到采空区，在支架结构推压下，把矸石送至支架后方，不但方便填充操作的有序进行，还有效提升了充填开采煤炭资源技术的效率及质量。

3.3填充效果

为了有效保障充填采煤技术对矿井有较为理想的充填效果，开采企业还应通过有关专业计量设备对充填采煤设备固体物料进量和出煤情况开展严密监控。从开采的巷道起，上、下部液压支架结构岩层位移可否满足装配压力、作业面可否根据周期性覆岩层位移特性对顶板运动进行有效控制等方面的问题均可检验固体充填采煤技术应用效果。伴随作业面的深入，整体充填采煤设备对矿山结构的开采环境能够逐步适应，根据中部填充情况，开采人员应根据充填采煤作业面的实际状况制定出科学、合理的计划。

四、综合机械化固体充填采煤技术分析

（一）系统设计

综合机械化固体充填采煤技术，是将粉煤灰、煤矸石、建筑垃圾等固体废弃物作为充填物料，经固体物料的持续输入系统或直接使用投放设备送至矿进底下，再通过带式输送设备送至充填采煤作业面，依靠刮板式充填输送机、采煤充填一体液压装置等设备使采空区得到充填及充实，进而解决充填采煤中的技术难点。

另外，在综合机械化固体充填采煤技术中，其采煤的工作面与传统的采煤技术的工作面是相同的，采煤的作业面都是处于后部，也就是在采空区一边开设充填操作面，然后在操作面上布置一条固体充填物料运输带，从而将固体充填物送到刮板充填运输机上。此种作业面布置，能够有效达到充填和采煤在相同作业系统中同时进行的目的。

（二）工艺设计

在综合机械化固体充填采煤技术应用中，能够有效实现采煤和固体充填并行作业，基本工艺和传统综采工艺具有相似性。

在充填作业过程中，从机尾位置开始向机头方向将充填卸料孔依次打开和关闭，通常情况下只要确保3-4个孔同时打开即可。在充填高度中可以对夯实机角度实施任意调节，基于充填密实度需求确定具体的夯实工艺要求，并且从采空区充填密实度对系统和岩层移动实施密切观察，以此确保良好的夯实效果。当前通常采用的是“以充定采”及“采充并举”两个工艺设计原则。

五、结束语

一直以来，在对充填采煤技术进行探索与开发的过程中，世界采煤界走着一条艰难的发展道路。其对综合机械化固体充填采煤技术的研究，虽有一定的成绩但仍旧需要不断的发展改进。本文以综合机械化固体充填采煤技术为着眼点，从开发现代化充填采煤技术的目标与要求，与综合机械化固体充填采煤系统装备及工艺进行了具体的阐述与研究，并重点对综合机械化固体充填采煤系统装备及工艺，从固体充填采煤井上下输送系统设计、固体充填采煤工作面装备与选型以及综合机械化固体充填采煤工艺设计，这三大方面进行了分析研究，以期对相关工作者带来一定的助益。

参考文献：

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[2]张吉雄，周跃进，黄艳利.综合机械化固体充填采煤一体化技术[J].煤炭科学技术，2016（11）.

[3]黄艳利，张吉雄，张强，等.充填体压实率对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制作用分析[J].采矿与安全工程学报，2015（03）.