我国煤矿充填开采技术的现状与发展趋势

李中彬

摘 要：近年来，随着我国经济水平的不断提高，我国的煤矿事业在不断发展。在煤矿行业中，越来越多的重视环保，将可持续发展理念和环保理念作为主要发展理念。首先对目前我国煤矿中常用的开采技术进行研究分析，并对我国煤矿充填开采技术的应用现状进行探讨，最后对煤矿充填开采技术的发展趋势进行展望。

关键词：煤矿充填开采；技术特点；现状；发展趋势

长期进行地下开采易导致出现岩层破坏、地表沉陷以及岩层移动的现象，并给道路、水体、建筑物、水工工程、农田以及管路等带来破坏，严重影响生态环境。近年来，虽然采矿方法种类越来越多，但随着人们环保意识的不断增强，越来越注重资源的合理开发，人们对采矿方法提出了越来越高的要求。充填采矿法以其自身具备的贫化率低以及回收率高的优点，在煤矿的开采中得到越来越广泛的应用。以下对其技术发展现状进行分析，并展望其未来发展趋势。

1 目前我国煤矿充填开采技术的发展现状

1.1 水砂充填长壁法

对充填开采法应用的范围进行分析了解后，其主要被用来应用在金属矿中，相对来说，其技术发展较为成熟。在德国和波兰等地，煤矿采空区充填开采技术应用的较多，主要将煤矸石、河砂以及电厂粉煤灰作为充填材料，在这些充填材料中，水砂应用范围更广。通常情况下，将水砂运用到长长壁工作面中，填充后，其地表下沉系数约为0.20。其具有较好的应用效果，如波兰通过运用水砂充填法，在多座城市下开采出比较丰富的煤炭资源。

1.2 膏体充填技术

在二十世纪六十年代，我国的抚顺胜利矿通过运用水砂充填长壁将工厂保护煤柱开采出来，虽然其开采效果较好，但其需要较高的成本，且工艺较为复杂，在我国煤矿中还未得到广泛普及。为有效解决水砂充填过程中存在的建立隔排水系统、泌水问题，在二十世纪八十年代初期，膏体充填技术诞生了。在制作充填材料时，能够将其作成不会发生泌水现象的牙膏状浆体，即使流速较低，也能够实现正常泵送，这样能够进一步提高充填效率。由于其自身存在较好的优点，在金属矿山中，其得到快速发展。目前，在我国煤矿中正在进行膏体充填技术应用在工业中的可行性试验。

1.3 离层注浆减缓地表下沉

在二十世纪八十年代后期，借鉴外国的经验后，离层注浆减缓地表下沉在我国诞生了，其试验获得成功后，得到了相关工程技术人员以及开采沉陷专家的重视。如在新汶华丰煤矿、开滦唐山煤矿等煤矿中获得显著成效。

进入到二十一世纪后，充填技术在不断的创新和改造，逐渐进步发展。膏体充填、胶结充填以及高水速凝材料固结充填等在煤矿中得到越来越多的使用。但其均不同程度存在一些缺点，如胶结充填的主要胶凝材料为水泥，由于其固结细粒能力差，初次充填体时需要进行少量脱水工作，进而易导致析出料浆中的水泥颗粒，并使其流失；另外，在污染井下作业，还会减弱充填体自身强度等。

2 我国煤矿常见的充填开采工艺技术

对我国煤矿充填法的发展过程进行分析了解后，主要将其分为两大类，分别是传统煤矿充填与现代煤矿充填。

2.1 传统煤矿充填技术

传统煤矿充填技术主要包括水力充填、粉煤灰充填、风力充填、矸石自溜充填以及矸石带状充填等，其中，水力充填指的是运用水力输送的方法，将充填料经过充填管路送入到采空区中充填；风力充填指的是运用压缩空气风压的原理，经过垂直管路将充填材料送入到井下贮料仓中，然后再运用普通输送机将其送入到采空区风力充填机中，运用风压的原理，将充填材料送到采空区充填；矸石自溜充填指的是使用单轨吊车、卡轨车或者齿轨车等运输工具将矸石从掘进工作面中输送到采空区中。如煤层倾角比较大，那么则适宜运用矸石自溜充填法进行充填；矸石带状充填指的是沿着工作面的推进方向或者开切眼，隔开一定距离后，通过垒砌一个矸石，对顶板进行支撑，进而起到防止地表下沉的作用。

2.2 现代煤矿充填技术

现代煤矿充填技术主要包括注浆胶结充填技术、膏体充填技术以及超高水材料充填技术。

2.2.1 注浆胶结充填技术

注浆胶结充填技术主要包括采空区高浓度浆液充填技术和离层带注浆技术。其中，采空区高浓度浆液充填指的是在地面将膏状的高固低水浆液制备后，使用管道将其运送到井下的工作面中，在工作面中进行推进时对采空区进行充填；离层带注浆是一种新型的岩石控制方法，在特定地质环境下，如开采空间为特定尺寸，那么采空区上覆岩层中断裂带和弯曲带相结合后，在一定范围中，内岩层会发生离层，经地面钻孔将粉煤灰等材料注入到离层带内，且会在岩体中逐渐形成支撑结构，对覆岩下沉进行有效控制，最终逐渐有效控制地表下沉。

2.2.2 膏体充填技术

膏体充填指的是在采出煤层与顶板冒落之前，将劣质土、煤矸石以及粉煤灰等固体废物制作成不需要脱水、无临界流速的膏状浆体，在重力或者泵压的作用下，通过管道将其运送至回采工作面中，然后填充采空区，并构筑相间的充填条带，使用充填条带起到支撑覆岩的作用。其主要包括胶结膏体充填与非胶结膏体充填两种。主要具有环保、采出率高、安全性高、材料选择广泛以及能够经过管道运输的优点。

2.2.3 超高水材料充填技术

该种材料主要由中国矿业大学研制，属于一种ZKD型的高水速凝充填材料，材料主要包括A料、B料、A-A添加剂以及B-B添加剂，其含有较高的掺水量，掺水量达到95%；能够有效减少固体粉料的用量，是一种比较理想的充填材料。主要使用挂包、水力泵送的方式进行充填。首先将其制作呈高水速凝充填材料，然后将材料输送到泵中，使用泵进行充填，注意对充填情况进行实时监控。

3 我国煤矿充填开采技术的发展趋势

煤矿充填开采技术室对“三下”压煤进行开采的重要途径，能够显著提高煤矿开采的安全性和可靠性，为解决矿山采出矸石、处理城市固体垃圾以及解决矸石山污染与安全提供有效的方法途径。另外，其解决以往出现的采空区问题，不仅能够保证“三下”煤炭资源开采的安全性，而且还有效解决采空区瓦斯超限问题，给煤炭企业带来较大利益。此外，超高水材料充填、膏体充填等技术在我国范围内正逐步推广应用，其技术发展越来越成熟。虽然其具备很多优点，但也存在不足之处，如在对新型的充填材料进行研发时，要对矿井固体废料充分利用，降低固体污染，实现变废为宝；另外，要注重研究充填理论，对充填介质特性进行量化，并发现充填参数和地表沉降之间的关系；对新型的充填设备进行研发，如充填支架、输送机等设备。

4 结束语

随着我国经济水平不断提高，我国的煤矿开采技术也在不断的创新和发展，其将会给我国煤矿开采工作带来更大的效益，真正实现煤炭开采工作的环保性、经济性、安全性以及高效性。

参考文献

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