煤炭充填开采技术分类及其施工手段

陈亚进　张辉

【摘 要】充填开采是当前煤炭开采的重要方式，它有效的解决了当前“三下”压煤以及采空区沉陷等引起的生态环境问题，对于煤炭开采的可持续发展具有十分重要的意义。本文主要针对当前主流的三种煤炭开采技术及其实施进行了分析，通过分析可以看出，每种充填开采技术的特点及其实施方式都不同，并且都存在明显的优缺点，如何选择正确的充填开采技术，除了考虑成本等问题之外，还要结合自身矿井的特点，从而保证充填开采实施的有效性。

【关键词】充填开采；矸石充填；水力充填；膏体充填

0.引言

煤炭是重要的能源原料，在国民经济发展中占有重要的地位。随着我国工业化发展速度的加快，煤炭开采速度与规模也在逐年提高，伴随着煤炭开采的发展，一系列的环境、污染、生态等社会问题逐渐凸显。其中，由于煤炭开采而产生的地表沉降等已经成为广泛关注的生态破坏问题，严重违背科学发展观的指导理念。随着煤炭开采技术及开采理念的进步，以充填开采为主要理念的采煤技术已经成为当前煤炭开采的指导理念，它利用一定的物料充填进入煤矿的采空区，以此来达到支撑采空区上覆岩层的作用，从而减小了地面沉降等，有效的解决了一系列的生态环境破坏问题。

1.当前主要充填开采方式及其主要的施工方式

充填开采技术已有很长的发展历史，早在上世纪四五年代干式充填就已经出现。但是，由于充填开采技术不成熟，并且操作工艺较为复杂，所以充填开采技术并未得到很好的推广。随着煤炭开采所带来的生态环境问题愈发严峻，充填开采技术被越来越重视，并成为当前绿色开采的重要组成部分。当前主要的充填开采主要分为三类，分别代表着不同的技术门类。

1.1以矸石充填为代表的干式充填开采技术

干式充填开采技术是发展历史最长，较为成熟的充填开采技术，而这其中以矸石充填应用最为广泛。矸石充填开采技术主要解决了三个问题，一，通过有效的矸石充填，有效的解决了由于煤炭开采而引起的地面沉降等问题，为采空区地面提供了有效的基础支撑；二，有效的合理利用了废弃煤矸石，解决了由于煤矸石的堆积而引起的环境生态污染以及煤矸石自然等问题；三，有效的开发了房柱式开采而产生的遗留煤柱，提高了煤炭开采的效率。

矸石充填开采技术的实施原料来源主要包括两个方面。第一，井下煤炭开采或者巷道掘进过程中所产生的掘进矸石以及煤渣矸石等直接通过井下分矸系统到达井下矸石仓；第二，地面堆积的原有矸石经过投料系统投放到井下矸石仓。这两个类矸石统一经过井下矸石输送系统到达采空面，然后经过专门的综合机械化煤矸石充填液压支架进行传送和压实。这种方法有效的实现了支架前面采煤，后面充填的采煤工艺，保证了充填效果的有效性。

除了矸石充填之外，黄土、砂石都是干式充填的原料，例如在陕西黄土资源较为丰富的地区可以选择黄土充填的方式进行煤炭的充填开采，只要通过试验得到有效的充填量就可以，其技术原理和矸石充填相同。

1.2水力充填开采技术

水力充填开采技术是从上世纪四十年代而开始的一种煤炭充填开采技术，它主要是利用砂浆泵或自流方式，将选厂尾砂、冶炼场炉渣、碎石砂石等固液两相浆体输送到井下，作为充填料来充填采空区。它主要是利用尾料与水的相互作用，形成有效的悬浮溶剂，从而达到充填的目的。在实施水力充填开采过程中，必须注意两个方面的问题，一，充填材料的选择及其配比确定，这对于充填效果具有十分重要的意义，一般水力充填会选择粒径小于1mm的尾砂作为充填骨料，灰水比一般控制在1：4-1：12左右；二，充填浆液的制备。浆液的制备包括制备地点、制备量以及制备流程等，在具体施工是要严格控制。

水砂充填开采的实施过程较为简单，但是其实施的内容较为困难。当充填浆液制备完成之后，只要通过铺设好的管道直接将浆液运输到制定的充填地点，就可以直接进行充填。但是，充填的采空区需要筑专门的护壁和隔墙，并且浆液在运输过程中容易受到采场煤粉等的污染，因此，在水砂充填开采实施过程中必须严格注意。

1.3以膏体充填为代表的胶结物充填开采技术

由于水力充填开采存在的一系列的问题，从中逐渐生成的胶结物充填成为当前主要的充填开采技术，它脱离了水力充填的两相流体，极大的保证了充填的效率和稳定性。在众多的胶结物充填开采中以膏体充填最具有代表性。膏体充填是将一种或多种物料与水进行优化组合，配制形成具有一定稳定性、流动性以及可塑性的牙膏状浆体，在外力或者重力的作用下通过管道输送到采空区内完成充填作业。膏体充填完全克服了水砂充填的缺点，并且其自身所特有的稳定性、流动性以及可塑性保证了充填的效率以及充填效果。尽管膏体充填克服了传统水利充填的缺点，但是其自身也存在着一定的问题，例如在膏体运输的过程中，管壁与膏体之间的阻力严重制约着膏体运输的效率。

膏体充填开采的实施过程并不复杂，在地面进行膏体材料的制作之后，通过一定的充填系统直接推进到采空区进行充填。以全尾砂膏体充填开采为例，充填所采用全尾砂、水淬渣、水泥以及水位原料进行原材料制备，通过泵扬机输送到深锥浓密机。充填时，将深锥浓密机底流出砂浆送至搅拌机，然后与水淬渣、水泥等进行搅拌支撑合格的膏体，然后采用泵压或者自流输送到采空区进行充填。

2.结语

作为当前主流的煤炭开采技术，充填开采技术不仅有效的提高了煤炭开采率，更重要的是有效的解决了由于煤炭开采而引起的地面沉降等生态问题，保证了可持续煤炭开采的有效性，符合科学发展观的理念。文中所介绍的三种充填开采技术仅仅从技术及其实施层面进行分析，其内部的原理及其技术理念较为深刻，并且不同的煤矿其自身的条件是不同的，因此，需要根据煤矿具体情况来推广和使用有效的充填开采技术。

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