井下煤矸分离与综合机械化固体充填采煤技术

井下煤矸分离与综合机械化固体充填采煤技术

刘磊

神东煤炭集团补连塔煤矿综采一队，内蒙古 鄂尔多斯 017200

摘要：就我国煤炭行业井下煤矸分离及综合机械化固体充填采煤技术的发展现状，结合煤矸分离技术以及采煤设备及工艺，讨论并研究煤矿井下固体充填采煤系统以及采煤流程、效果等方面的问题。该技术的应用在提升了开采质量和效率的同时，有效保障了煤矿工人的安全。

关键词：机械化固体充填采煤；井下煤矸分离系统

我国自主研发的综合机械化固体废弃物充填采煤技术已得到了规模化的工业性推广应用，并取得了显著的经济效益和社会效益。随着安全高效的固体充填采煤技术的发展，实施井下煤矸分离成为现代化矿井实现绿色开采、资源开发与环境协调发展的现实需求。煤炭是支持工业化生产的重要矿产资源，其开采技术和分离方式得到了人们的广泛关注。综合机械化固体充填采煤属于我国自主研发技术，经过近几十年的发展，逐步呈现规模化和规范化，随着该种技术的不断发展，逐步开始实现在井下煤矸分离的绿色开采，有效统筹了经济效益和生态效益，有利于促进我国经营产业结构升级，朝着集约化的方向前进。综合机械化固体充填采煤技术应用的范围较广，如铁路下方、建筑物下方、水体下方等，将其与井下煤矸分离结合，能更好地保障煤矿的质量，提升资源的利用率。煤矿企业应加大对采煤技术的力度，结合矿区实际情况，合理开采、绿色开采，寻求与大自然和谐发展的途径。

一、机械化固体填充的概况及意义分析

1.机械化固体填充采煤的概况。随着我国煤炭开采深度和开采强度的不断增大，煤矿开采对地表环境造成的破坏现象也越来越严重，随着我国环境和谐型政策的推广与实施，煤炭开采行业当前在开采的过程中，越来越重视井下开采区域的回填工作，而煤矿开采区域的填充物质是从煤炭开采过程中所产生的矸石中取得，机械化固体填充采煤的工艺即通过对井下矸石的填充，让填充区域附近的煤层压力减小，从而有助于对煤层的及开采。机械化固体填充采煤工艺，早期是运用浅槽重介质的煤矸分离技术，使煤矸在井下实现分离，不仅提高了填充采煤的施工效率，也能够有效避免采煤层的压力对地面、煤层等方面所造成的影响。所以说机械化固体填充采煤的工艺是当前煤矿开采作业中常用方法之一。

2.煤矿井下煤矸分离的意义。煤矸分离技术不仅是节省煤矿企业开采成本的有效途径，也是对生态环境的保护，近年来，国外发达国家煤炭开采行业也在不断研究井下煤矸分离技术，因此本文对煤矿井下煤矸分离技术的研究和讨论，有助于煤矿井下煤矸分离的理论研究和实践运用。其次，通过对不同煤矿采煤技术和煤矸分离工艺的考察和分析发现，煤矿井下开采进行充填采矿操作时，对井下填充原料一般选用就地产生的矸石或者由工厂、电厂焚烧之后的煤灰，如果矸石经过履带运输机被运往地面，不仅会产生一定的运输成本，而且地面的矸石堆积对附近生态环境也会产生一定的影响，而井下煤矸分离不仅可以避免煤矸在运往地面所产生的成本，而且在一定程度上还可以有效提高煤矿运输设备的运载量，实现矸石的就地利用，也避免对生态环境的破坏，对于企业和环境来说都是一种成本节约和环境保护的良好方式。另外，充填开采还可以解决“三下一上压煤”问题，提高矿井中煤炭资源的开采率，而且一定程度上还可以延长矿井寿命，通过回收房柱开采残留煤柱，对呆滞煤炭进行再次开采，提高煤矿出煤率。

二、井下煤矸分离具体方法分析

1.井下煤矸动筛型分离方法。井下煤矸动筛型分离方法按水、空气的密度分层，以跳汰机为基础，受到空气等作用，将原煤等物质进行分离，具有效率高、成本低、设备简单多方面的优点，适用范围较广，但受到排料装置、动筛跳汰机体积的影响，增加了设备的占地面积，只有不断优化动筛跳汰机等设备，合理安装开采装置结构，使得动筛型分离方法更加适用于井下煤矸分离。

2.井下煤矸重介质型选煤方法。井下煤矸重介质型选煤方法将设备悬浮液当成物料分离的介质，按照原煤所含颗粒的大小、密度进行分类，是目前分离煤与矸最有效方式。主要包括前组煤仓、后组煤仓、刮板机、带式输送机、浅槽分选机等设备，其开采程序较为复杂，有矸石脱介筛、循环水池等部分，需要进行介质进化过程，产生的物质有块煤、粒级煤等，因此其设备占地面积大，所需资金投入大。矿区在选择该种方法时，应结合企业实际情况，注重原煤分选的有效性，合理运用该种方法。

3.井下煤矸选择破碎方法。井下煤矸选择破碎方法主要包括转子型、液压式、冲击式等煤矸分离方式，以原煤和矸石之间的硬度差异为基础，借助分离式破碎装置，达到最初煤矸分离目的，主要适用于部分对煤块产品的粒度没有特殊要求的矿井，分离设备主要包括破碎机、分级筛、选择性破碎装置等，将原煤放入该类设备，从而实现原煤和矸石分离。在推广过程中，由于生产出的块煤质量较差且产量较低，需要进一步完善其装备。

三、固体充填采煤技术

该项技术最早是在矿区开采过程中得到运用，进入施工操作之后，经过长期改进和完善，形成了较为成熟的理论、工艺、装备等，如今各大煤矿开采都运用到这一技术，在矿区工程中推广应用。

1.综合机械化固体充填采煤首次运用是在20世纪90年代，经过实验和实践，被在全国加以推广。实施充填开采技术，其主要目的是将矿区周边的压煤空洞进行充填。在进行充填后，地面沉降控制效果满足了建筑物的强度要求。进行开采后，井下建立了浅槽重介煤矸分选系统，真正实现了井下的煤矸分离。

2.进行建筑物下矿区的固体充填采煤，需注意对充填密实度加以控制，保护好地表的建筑物。具体工作流程是：勘测地表建筑物，包括根据覆岩结构及压煤类型进行建筑物抗变形能力的测试，确定变形的最大设防指标，然后进行地表沉陷模型的构建，采用等价采高的概率积分法进行分析，将最大等价采高进行反演。得到充实率的理论控制指标及固体充填采煤的关键工程参数，通过矿压和地表沉降实测得到了综合权衡后的工程控制指标，最后将充实率控制指标及等价采高加以反馈，完成固体充填采煤设计。

3.进行水体下的固体充填采煤，关键要控制好隔水关键层的稳定性，严格控制覆岩导水裂缝带的发育高度。结合实际工程条件，根据工程理论控制指标的要求，运用具体施工工艺，通过对渗流裂隙进行实时监测来确定充实率的工程控制指标，得到进行水体下固体充填采煤工艺设计的最终控制指标并加以反馈。多家煤矿公司实施了水体下固体充填采煤技术，均进行了隔水关键层的稳定性控制，得到了裂隙贯通范围的预计数值，然后对煤炭采出率进行控制目标的设定，确定好充填或局部加固工艺，然后监测渗流裂隙和采场矿压。通过这一技术的运用，大多采矿区域的工作面没有发现松散含水层，隔水关键层直接顶得到了控制。

4.铁路下固体充填采煤技术。主要是针对矿区专用线、铁路干线、铁路支线等，进行铁路下矿区的煤炭开采要考虑到矿区的利益。进行铁路下采煤一般是在矿区专用线下进行工作，必须要进行试采，相对其他类型的采煤，铁路下固体采煤的工程设计有其独特的设防标准。例如在实施铁路下固体充填采煤技术时，由于矿区附近有铁路及其附属建筑物，因此，对应的地表区域有铁路专用线通过，压煤面积在固体充填进行填充之后对矿区的影响面积大于原来勘测的勘测面积。

综合机械化固体废弃物充填采煤作为一种具有绿色环保的采矿技术，其将废弃物进行有效利用，对于生态环境保护及矿区土地的保护均相结合，随着该技术的不断应用，在未来的采矿技术应用中，定会得到充分的推广。

参考文献：

[1]张海.充填采煤技术在煤层开采中的技术要点分析[J].技术与市场，2018，21（5）：197-197.

[2]张苗.浅谈采煤技术在煤层开采中的技术要点[J].城市建设理论研究：电子版，2018：153-153.