深部煤矿井下绿色充填开采技术研究

深部煤矿井下绿色充填开采技术研究

谢红光

国电建投内蒙古能源有限公司  内蒙古鄂尔多斯市 017200

摘要：随着社会的发展，我国的煤矿工程的发展也突飞猛进。现代社会的发展离不开煤矿资源，人们的日常生活，如煤油、灯火、车、水等，都与其息息相关。但是，这么重要的资源，其开采过程却是极其艰难的。因为它是在地下开采的，一旦将煤矿挖掘出来，地质表层失去支撑，失去稳定性，如果没有采取有效的相应措施，地质便会沉陷。由于世界日新月异的发展，人们对于煤矿资源的需求越来越多，我们不可能暂停开采。因此，如何做到有效控制煤矿开采的沉陷，运用相关的充填开采技术减少不良事故的发生，将人员伤亡降到最低，减轻对环境的破坏，成为现代煤矿充填开采技术研究的首要任务。

关键词：煤矿；充填开采；技术研究

1引言

煤矿充填开采是指在开采工作面推过后，通过物料对已采空间进行填充，控制基本顶及上覆岩层运动，进而防止地表下沉的一种采煤方法。中国的充填工艺和技术发展较快，先后经历了废石干式充填、分级尾砂和碎石水力充填、混凝土胶结充填、废石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填和膏体泵送胶结充填、高水充填等过程。随着煤炭资源的不断枯竭，“三下”压煤这部分煤炭资源显得越来越重要，据不完全统计，中国生产矿井“三下”压煤量达150×108t，主要集中于山东、安徽、河北、河南、江苏等5省。其中，山东省通过制定煤矿管理政策、加大充填开采的监管力度，在许多重点矿井实施了充填开采技术，在很大程度上解决了耗能与产能的矛盾。河北省的冀中能源集团将机械化采煤技术与充填开采相结合，对大量“三下”压煤进行了回收，创造了可观的经济效益。河南省、安徽省等通过发展矸石等固体充填技术，既安全回收了煤炭资源，又减少了矸石等固体废弃物对环境的污染，建设了多所现代化模范矿井。同样，中西部水资源匮乏地区，为了进一步减少地下煤炭资源开采对环境的破坏，尤其水资源的保护，也在必要地区探索和实施了保水充填开采技术。

2充填开采技术的现状

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常见煤矿充填开采技术

3.1煤矿矸石充填开采技术

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。

3.2煤矿膏体充填开采技术

煤矿膏体充填开采技术是将煤矿生产过程中产生煤矸石、电厂产生的粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物，在地面加工制成不需要脱水处理、如同牙膏状浆体充填材料，然后通过专用充填泵加压，利用充填管道将充填物料输送至井下，适时充填采空区的煤矿充填开采方法。煤矿膏体充填材料主要由骨料（煤矸石）、水和胶凝材料（水泥）等组成。煤矿膏体充填系统主要由配料系统、泵送系统和采空区充填系统3部分组成。煤矿膏体充填料浆的质量分数65%~88%，具有不分层、不沉淀、不离析等优点，便于充填料浆输送。其次，膏体充填材料泌水率小，工作面作业环境相对较好；膏体充填材料具有早期强度高、密实度高、压缩率低等优点，能够有效控制上覆岩层移动和变形，减少地表下沉和变形，已经在我国淄博、济宁、峰峰、焦作等矿区开展了应用。但膏体充填过程中，充填系统相对较复杂，初期投资较高（约为矸石充填的3倍）；胶凝材料成本高，从而导致吨煤成本较高（约为矸石充填的1.5倍）；膏体料浆在管道内属于柱塞流，输送阻力大，容易发生“堵管”事故，会影响充填的效率和质量。

3.3煤矿超高水充填开采技术

煤矿超高水充填材料是中国矿业大学近年来研制的一种水体积分数可高达97%的煤矿新型充填材料，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。

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。

5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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