浅谈煤矿井下超高水材料开放式充填开采技术的应用

浅谈煤矿井下超高水材料开放式充填开采技术的应用

范备战王龙江

山东能源临沂矿业集团菏泽煤电公司郭屯煤矿山东菏泽274700

摘要：本论文重点针对超高水材料充填性能进行了分析和研究，并且在此基础之上有效分析了开放式充填技术的具体应用。通过研究分析可以得出该项技术可以有效充填采空区，并且充填开采之后整个采空区域的充填效率超过了85%以上，整个煤矿采空区压力程度明显降低。

关键词：超高水材料；开放式充填；开采技术

在最近几年的发展过程当中，我们国家各个行业对环境保护工作提出了更高的标准要求，其中煤炭企业的快速发展对环境保护工作也尤为重视，相关研究人员针对煤炭资源开发工作提出了一系列的绿色环保工作要求。在煤矿绿色开采过程中针对充填开采作业是其中一个非常重要的工作环节，依照充填工作过程当中所运用的原材料性质的差异，可以将充填开采工作分为水上岩石以及高铁等充填材料，但是在该项技术的使用过程当中也存在一些问题需要加以有效的完善。主要包含了整个操作步骤相对比较复杂，同时前期工作的经济投入较大系统的稳定性不足，填充采空区域所使用到的材料基本上都为固体。在井下的材料运输过程当中存在一定的困难，加大了工作人员的工作强度。

1.超高水材料充填工艺

超高水材料作为一种全新的煤矿采空区填充材料，在实际的使用过程中具有诸多的优势，超高水材料的水体积分数可以超过97%以上，其中重点包含了AB两种不同的构成成分，在A构成成分当中，主要是通过缓凝剂和铝土矿燃烧产物合成所得到，在B材料当中主要是通过CASQ复合速凝剂制作而成，A和B两种不同的材料在使用过程当中的混合比例为1:1。在实际的使用过程当中，相关工作人员需要将水体积分数控制在95%~97%之间，依照各个不同构成部分的添加剂不同，可以将其制成不同的抗压强度以及不同初凝时间的超高水材料，以此来充分满足材料的不同标准需求。在实际的使用过程当中，超高水材料的初凝时间的可调节范围为480~550秒之间，最终的抗压强度可调节最大范围为0.7MPa~1.6MPa，在使用超高水材料进行采空区域的填充过程当中，需要将两个不同混合成分进行混合，其中在1.3d~1.7d之间不会产生完全凝固的现象，如果将两种材料直接进行混合接触，那么很快就会发生相应的水化工作反应并且凝固成型。在超高水材料的水体及分数上，通常情况下是以95%作为设定标准，以95%的水体及含量分数作为超高水材料的性质分割线，超高水材料的水灰比最大可以达到12:1，而普通的材料大约为2:1，如此可以看出超高水材料的水灰比所具有的优势非常明显，可以最大限度上降低对原材料的消耗量，并且降低了填充材料所产生的工作成本。

现阶段在我国制作超高水填充材料过程当中，对原材料的获取非常简单，并且在超高水材料的生产流程上也比较简便，该材料的主要特性是早期的强度较高，并且材料的凝结速度较快，可以依照实际的工作需求，对超高水材料的凝结时间来进行合理的控制。在超高水材料的固化成型之后，不会受到外界环境的影响而产生不良形变问题，在整个材料的力学强度上表现优良，超高水材料需要在一些密闭或者是比较湿润的环境中来进行使用，不能在一些非常干燥的环境下来进行使用，否则会产生比较明显的分化问题，进而影响到了整个材料的工作性能。因此，在煤矿井下采空区域的填充工作当中，对超高水材料的使用必须要充分发挥出材料本身所具有的填充性能，有效结合超高水材料的部分工作性能，并且以此为基础针对整个填充作业流程加以合理的优化[1]。

2开放式采空区充填技术

超过水材料当中的A原料和B原料在制备时，所使用的设备相同二者在工作当中所选择的配料，基本上都是采用PLC控制系统来进行操作，以准确的配套比例来制取相应的浆液，有效降低材料在配比过程当中所产生的误差大小。在该填充系统当中可以在地面或者是井下来直接进行工作，有效提高材料配置的工作效率，直接在采空区域进行注浆操作。当A原料和B原料的制备数量充足的情况下，可以将二者直接输送到煤矿采空区域当中，并且将两种原料进行混合反应，一直到将整个煤矿采空区域完全填充。

在开放式煤矿采矿区的填充工作当中，主要是基于倾斜开采的工作条件下，将超高水材料当中的A原料和B原料分别通过各自的输送管道，同时注入到煤矿采空区域当中，将两种材料进行完全到水化反应工作之后，可以在填充采空区域起到非常良好的填充功能效果。在该工作的开展过程当中，主要的优势在于开放式填充采空区域过程当中针对采空区域的填充工作流程，不会干扰到其他煤矿开采工作的正常进行，同时在回采工作面的煤炭开采工作量方面不会受到填充工作的干扰，这种填充方式在整个操作流程上相对比较简单，同时所需要的人工操作环节相对较少，整个工作的管理流程比较简便，由于在填充作业过程当中不经过采空区域，因此在整个工作过程当中具有较高的安全系数。

在缺点方面主要是针对一些大型的采空区域或者是煤层倾向比较小的工作环境当中，通过开放式填充可以对相邻的采空区域的上层岩层产生不良的影响，会造成整个岩层的稳定性无法得到有效的控制，但是在工作面的后方建立起一面阻隔墙，可以保证整个填充浆液的液面升高，以此可以对整个填充料进行有效的隔离，防止对采空区域产生不良的压力影响，但是在工作面当中的涌水现象会提高填充材料的水灰比，因此对材料的性质会形成一定的干扰，进而影响到了整个采空区域的整体提升效果。针对这一问题必须要有效控制外部环境的水体资源，不会进入到材料区域当中，防止对材料的性能产生不良的影响[2]。

3.结束语：

针对整个采空区域的填充速率相对较慢，同时还会影响到井下工作面的回采工作效率，进而影响到了整个煤矿开采工作的效率，针对以上所存在的问题需要针对填充技术在采空区域的有效运用进行分析和探索，为了有效避免这些问题所产生的影响需要开发出性能更高的填充材料，并且对整个工作流程进行有效的优化，以此来保证整个煤矿开采工作的顺利进行。

参考文献：

[1]冯光明,李乃梁,丁玉.煤矿超高水材料充填工艺系统与实践[J].矿业工程研究,2019,34(01):13-22.

[2]杨国栋.煤矿井下超高水材料开放式充填开采技术的应用研究[J].煤矿现代化,2019(03):142-144.