煤矿充填开采

煤矿充填开采

张青城

内蒙古伊泰同达煤炭有限责任公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017000

摘要：煤矿充填开采技术主要用于形成煤层采空区。采用现场勘探、室内试验、模拟试验等方法，将机械性能稳定，价格低廉的填料填

入采空区，可满足正常采矿的需要，达到采矿安全，高效的目的。该技术的关键是检测，围岩的稳定性和控制方法，管理和安全高效的采

矿工艺技术。上述方法实现了煤矿采空区煤层安全高效开采，为类似条件下的煤炭资源开采提供了经验。

关键词：煤矿；充填开采；采空区

1充填技术开采的意义
  充填技术应用于煤矿开采，可以有效的减少资源的浪费与消耗，从而达到环境保护的目标，并且资源的利用效率也可以提升。填充技术应用于采煤行业间接的对社会经济发展起到了促进作用。利用传统开采工艺，资源的操利用效率低，存在巨大浪费。而在某些特殊的条件下开采，如建筑，道路设施下部开采难度大的同时效率也低。新技术的应用，开采过程中安全性有了较大提升。一些老的矿区产量得到了显著提升。充填技术可以对地下资源形成保护，尤其是水资源。开采过程中产生的废料则避免了土地占用与污染，也可以防止地表位移与变形。

2充填开采的现状

充填开采是解决“三下”压煤、避免煤矸石和粉煤灰等工业废弃物占用耕地及污染环境的技术手段。20世纪80年代初，国外发展了膏体回填技术。德国瓦尔苏蒙煤矿采用长壁法采煤，以工业废弃细物料（煤泥、粉煤灰）制备膏体料浆回填采空区。我国学者对膏体回填技术在煤矿的应用也进行了研究，提出了固体废物膏体回填不迁村开采技术，把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、城市固体垃圾等在地面加工成胶结性或非胶结性膏体浆液，用回填泵或通过管道自流输送到井下，部分或全部回填工作面采空区，形成以膏体回填体为主体的覆岩支撑体系，控制地表沉陷值，在保证地面建筑物损害轻微的条件下，提高村庄下煤炭资源的采出率，延长矿井的服务年限。 
近年来，我国政府高度重视并积极引导和大力提倡矿井回填技术。国家能源局、财政部、国土资源部、环境保护部 2013.01 发布的国能煤炭〔2013〕19 号文“关于印发《煤矿回填开采工作指导意见》的通知”中明确指出：通过回填开采“三下”煤炭资源，实现中厚煤层采区回采率达到 85%以上，薄煤层采区回采率达到 90%以上，对留设煤柱和边角残煤实施以矸换煤开采，回采率达到 70%以上的目标，实现矿区生态环境明显改善，地面基本实现无矸石山堆存，地表变形和次生地质灾害得到有效控制，降低地下水系和地面生态环境破坏程度。 

3常见的煤矿充填开采技术

目前已在煤矿现场成功进行应用实施的矿井回填采煤技术主要有下列几种方式： 

3.1高水充填开采技术
　　高水充填技术的关键材料是硅质材料，如沙子、赤泥、煤灰、尾矿等基料，也存在膨胀剂、石灰、石膏水泥等辅料。混合辅料和基料之后，制作成为充填料浆、其特点是含水在50%以上，有着非常理想的流动性、较强的抗压性、适宜的膨胀性、充足的可靠性。其工作面布置方式类似于超高水充填开采。

3.2矸石充填开采技术
　　煤矿矸石充填开采技术是将井下采煤、掘进过程中产生的矸石及地面洗选过程中产生的矸石，通过机械破碎后，利用固体物料连续输送系统将矸石输送至井下，再经过输送机运输至工作面，最后借助刮板式充填输送机、充填一体化液压支架等设备进行采空区直接充填，并通过捣实机构反复推压夯实，实现采空区密实充填。煤矿矸石充填系统主要由矸石破碎系统、矸石输送系统和工作面充填系统3部分组成。煤矿矸石充填开采选用的主要充填材料是煤矸石，材料来源广、价格低，可以实现矸石的二次利用，在降低矸石处置费用同时也降低了充填材料费用。其次，煤矿矸石充填系统相对较简单，具有稳定性好、充填效率高等优点，已经在我国峰峰、开滦、新汶、济宁、淮北、阳泉、西山等数十个矿区进行了推广应用。但矸石充填过程中，采空区矸石密实度相对较差，充实率仅保持在80%左右，地表减沉效果相对不佳。
　　3.3膏体似膏体充填技术

膏体充填采煤技术就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、河沙、风积沙、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成牙膏状浆体，采用回填泵或重力加压，通过管道送到井下，适时回填采空区的开采方法。膏体、似膏体充填技术由于其良好的充填效果及充填材料的充分利用，在改善安全开采条件、提高煤炭回采率及缓解矸石等固体废弃物的浪费等方面发挥重要作用。
　　3.4超高水充填开采技术
　　煤矿超高水充填材料由2种主料A、B和2种辅料AA、BB组成，主料按1∶1使用，辅料根据实际情况配合使用，A料主要是由铝土矿烧制而来；AA料主要是复合缓凝剂；B料主要是石膏；BB料主要是复合速凝剂。煤矿超高水充填系统主要由料浆制备系统、输送系统、混合系统和采空区充填系统等4部分组成。煤矿超高水充填开采的材料制备工艺简单，水体积分数可达95%以上，可以充分利用矿区的生产废水。其次，煤矿超高水单料浆具有稳定性好、流动性好、易于泵送等优点，可以实现长距离泵送；混合超高水料浆稠度低，能有效充填采空区及上覆岩层的裂隙空间，将采空区和上覆岩层固结成一个整体，控制“关键层”破断和变形，有效减缓地表下沉。此外，超高水料浆中固体质量分数仅保持在20%左右，固体材料用量少，不仅解决了煤矿充填材料短缺的难题，还简化了物料运输系统，降低了初期投资（仅为矸石充填成本的1/2），已经在我国邯郸、邢台、临沂等矿区进行了应用。但超高水充填材料不耐高温、易风化，长期稳定性差，A、B主料的成本高（吨煤成本约为矸石充填的2倍）。

4煤矿开采中部分充填开采技术发展目标
  我国是当今最大的发展中国家，在发展过程中对于各项资源的需求量都十分大，特别是在煤矿资源的使用上面更是巨大。因此，若在进行煤矿开采过程中得不到高效地开采和运用则会对国家经济发展造成较大影响。现今我男煤矿开采技术发展目标主要以经济、环保以及高效为重要发展方向，其中经济性要求就是要对煤矿开采废弃物予以足够重视，在进行矿坑加填工作中应当充分利用煤矿废弃物以及一些较为低廉的材料做为填充材料，如在可使用在开采过程中所产生泥土、沙石等。因此，为了切实有效地保障煤矿开采效率应当从煤矿开采设备着手，相关开采设备应当向标准化发展。传统的煤矿开采主要以人为主要劳动力且大多数采煤工作并不具备设备使用能力，这就使得在实际开采过程中没能充分发挥设备开采的真正价值和作用。此外，在进行充填过程中还可以以膏体作为其填充材料，这种膏体自身具有一定流动性，无论是在运输还是在填充过程中都可以有效地节约作业时间和人为劳动力，这样一来便可以有效地提升经济效益，促进煤矿开采效率地提升。由于，在今后的煤矿部分充填开采技术中应当将设备和劳动力作为重要的内容进行综合考量，尽可能地提升煤矿开采社会以及经济效益。

结语
  煤矿充填开采不仅能够有效处置固体废弃物，减少传统煤炭开采过程中带来的环境污染，还可以实现废弃物和采空区地下空间的二次利用，对于推进生态文明建设具有重要意义。因此，煤矿充填开采技术应不断加快发展新型煤矿充填材料和工艺装备，以适应煤炭开采技术发展水平，为建设“集约、安全、高效、绿色”的现代煤炭工业体系，实现煤炭工业转型升级发展提供技术支撑。

参考文献
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