煤矿充填开采技术及其发展趋势

煤矿充填开采技术及其发展趋势

薛志立  

昆明煤炭设计研究院有限公司   云南   昆明   650051

摘要：煤炭作为重要的生产能源之一，对社会经济发展具有较大的推动作用，且在社会生产速度加快的同时，也对生产能源提出了更大的要求。环境和资源问题的加剧使得我国加强了对环保和节能工作的重视，并推出了大量的政策文件指导各个行业进行绿色生产和施工。煤矿开采行业也需积极践行绿色生产理念，在开采作业中尽量降低对环境的破坏影响。充填开采技术是目前来讲使用频率较大，且对环境较为友好的技术体系。下文便对该项技术进行梳理，并分析其发展趋势。

关键词：煤矿充填开采技术；煤矸石；生态环境

现阶段来看，普遍存在煤炭资源过度开采的状况，由于开采深度较大，不可避免的会对地层结构造成扰动影响，引发地表下沉，河流中断等问题，对当地生态环境的影响不可忽视。现行的煤矿生产企业已经逐步认识到经济可持续发展的重要性，并积极探索绿色开采措施。充填开采技术的生态效益相对突出，在现代煤矿生产中得到广泛应用，对该项技术的研究是促进煤矿行业持续稳定发展的重要前提，因此具有十分重要的研究意义。

1.煤矿充填开采技术的应用价值

煤矿充填开采技术实际应用中的价值主要表现在以下两个方面：一方面，能够对自然生态环境起到保护作用。相关统计结果显示，现有的煤矸石数量已经超出数十亿吨，对于土壤环境造成了极大的危害，且导致大量土地资源被浪费。煤矿开采作业中，充填开采技术的应用能够通过边开采边充填的方式减少煤矸石在地面上的堆积量，降低因采矿作业造成的土地资源占用和浪费等问题。此外，充填措施还可尽可能保障土层结构的稳定性，对地下水资源也具有一定的保护作用，很大程度上降低了煤矿开采对生态环境的影响；另一方面，提升煤矿开采的安全作业水平。以往所采取的采矿措施很容易造成瓦斯大量聚集并且流入采空区的现象，增大了瓦斯爆炸的可能性，严重影响人工作业安全。而采取充填采矿技术时，由于充填体能够帮助顶板分担部分压力，顶板的下沉量被有效控制，可以减少瓦斯积聚量，从而降低瓦斯爆炸事故的发生率，提升井下作业安全。

2.煤矿开采中常见的充填开采技术

2.1煤矸石直接充填技术

常规情况下，很少采取人工充填的措施充填煤矸石，多是借助机械充填、风灌充填等手段，部分倾斜度较大的煤层也可采取自滑式充填措施。煤矿开采作业中，没有回收利用价值的废石会被堆积在开采作业现场，致使产生大量的土地资源浪费现象，且会对周边环境带来很多不利影响。直至上世纪后期，才逐步将煤矸石填充于采空区内，此举不仅解决了煤矸石对生态环境的污染影响，还能对采空区起到支撑作用，提升采空区顶板结构的稳定性。但前期应用中，由于缺乏技术经验，且相关设备设施也不够先进，很大程度上影响了煤矸石充填技术的应用和发展。随着技术体系的不断完善与发展，现行的煤矿开采中，能够通过对煤矸石的加工和处理进一步提升煤矿采出量。某煤矿生产企业通过将粉碎后的煤矸石与发电厂产生的粉煤灰充分混合，再由钻出的孔洞将煤矸石与粉煤灰的混合物填充于工作面的采空区内，起到较好的充填效果，虽然一定程度上增大了充填作业的成本，但煤炭资源的采出率也随之增加。

2.2膏体充填技术

现阶段来看，我国已经衍生了多种充填采矿技术，可以适用于绝大部分矿山作业条件，且各具应用优势。其中的膏体充填技术能够实现对作业现场各类废料的合理利用，生态效益和经济效益较为突出，实际作业中，是将矿山开采中产生的煤矸石、粉煤灰、低质土壤以及各种固体废物和工业炉渣混合并打碎后制成的膏体状充填材料，之后借助泵送装置将其泵送至需求充填的区域，部分情况下可采取自重加压的方式将充填膏体输送至采空区域。此种充填技术的优势主要体现在环保和节能等方面，不仅解决了作业现场的材料堆积问题，还提升了对各类材料的利用率，表现出较好的经济效益。但同时，此种充填技术也存在一定的技术缺陷，即对密封处理的质量要求较高，且膏体凝固需要一定的时间，相较于其他充填开采技术的作业效率偏低。

2.3高水材料充填技术

高水材料充填中的填料属于胶凝材料，通常由石灰、石膏、快凝剂和混凝剂混合而成，含水率约为66%。由于此种胶凝材料的流动性较强，在一些倾斜煤层的向上开采工况中较为适用，实际开工前，需先将搅拌机设备就位，并做好检查工作，可以采取吊袋以及液压措施将胶凝材料灌装至地下采空区内。实际应用中的技术优势表现如下：第一，此种充填开采技术的固体材料用量需求较小，且以价格较低的充填材料为主，技术应用成本较低；第二，支持随采随填充，填充效率偏高；第三，充填作业中的设备需求量较少，以灌装设备为主，同时具备操作简单，人工投入少的优势。

2.4水砂充填技术

水砂充填技术的由来已久，在上世纪便已经成功应用于大量采矿作业中，主要原因是此项技术具备施工效率高的优势，在煤矿开采后快速进行采空区充填，可以避免采空区长时间暴露造成的地层结构沉陷或者变形等问题，在各类金属矿山中较为常用。但在具体应用中也表现出了一定的不足，即水砂充填技术体系较为复杂，施工中需要大量的设备设施作为支撑，如现场作业中需要设置沉淀池、砂仓、喷砂管等，特定的情况下还需建设水渠，相对来说技术应用成本偏大。这里的充填材料以煤矸石、河砂以及电厂粉煤灰为主，原材料的采购成本不低，且施工作业还需投入大量的设备设施，很难实现机械化操作，成本方面的弊端明显，因此当前已经很少被应用。

2.5覆岩离层注浆充填技术

该类充填技术主要被应用于采空区出现分离的状况，采空区的分离很可能造成采空空间结构失稳的问题，对煤矿开采的作业安全带来不利影响。覆岩离层注浆充填技术的应用，可以快速对采空区的离层部位进行充填处理，有效提升结构稳定性。施工前，相关技术人员需要先对地下采空区的结构特点进行充分了解，并及时收集各类数据，明确离层位置后，结合采空区结构的具体表现制定注浆充填方案，提升充填技术应用的可靠性。

3.煤矿充填开采技术的发展趋势

要想实现煤矿事业健康可持续发展的目标，就需要对煤矿开采技术进行不断改进与创新，使其与煤矿开采的现实需求相符。但在实际开采作业中，暴露出了一定的技术应用问题，主要表现如下：技术应用成本过高；充填材料运输与生产存在相互干扰现象；充填过程中可能会影响正常开采作业，且在充填空间隔离时需要消耗较大的人力与物力。在众多充填开采技术中，膏体充填和高水材料充填的作业效率偏低，主要是由于材料存在硬化过程，且对密封性的要求较为严格。统计数据显示，煤矿充填开采的成本约为50 -120元/吨，而在绿色生产理念的指导下，充填采矿技术将成为煤矿开采今后的主流技术体系之一。但充填成本过大的问题可能会限制充填开采技术的推广与应用，以其中的膏体填充技术为例需要结合当前的应用现状，积极进行技术更新，并且研发具备自动密封性能的膏体材料以增强膏体充填的效率。

结语：煤矿开采作业中，采空区对地下开采作业安全的影响不可忽视。充填采矿技术便是在此种开采背景下产生的，通过边开采边充填来提升煤矿开采的作业安全水平，大量的开采工作实践显示，充填开采技术的合理选用能够有助于提升煤矿采出率，且降低对周边生态环境的不利影响，因此，在今后的煤矿开采作业中仍需不断改进和创新充填开采技术，使其发挥更大的技术价值。

参考文献：

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