充填开采技术研究浅析

赵云龙　王海琳　于怀磊

摘 要：该文主要介绍了我国充填采矿方法的部分方法和应用现状。煤矿充填开采工艺以其鲜明的绿色环保及物料综合利用的优势，在煤矿中得到日益广泛的应用和发展。在我国的煤炭资源中，“三下”压煤量约占可采煤量的63.5%，随着资源的不断开发，这一比例还在继续上升。“三下”压煤严重制约着我国煤炭资源的开发，且其在开发过程中的危险性也成为我们亟待解决的问题。

关键词：绿色开采 充填开采技术 现状

中图分类号：TD823183 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0018-01

充填开采技术是实现绿色开采的主要技术手段，更是解决“三下”问题的主要途径。该技术不仅可以减少地表沉陷，提高煤炭资源的回采率，还可以完成废弃物利用，避免出现“矸石山”，减少对环境的破坏，围岩控制及巷道支护难度的降低，进一步实现绿色开采。

1 充填开采技术分类

1.1 基于充填材料分类

地质条件和充填方法不同，工作面充填体材料也随之改变。根据充填体材料不同，可将充填开采技术分为膏体充填开采技术、矸石充填开采技术、高水材料充填开采技术、水砂充填开采技术。

1.1.1 膏体充填开采技术

膏体充填开采技术就是将矸石、粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物通过一定工艺与水、胶结料按比例优化组合制成具有流动性、可塑性和稳定性的牙膏状胶结浆体，并且在外力作用下，通过特定管路输送到采空区，进行适时充填。

常用的膏体充填系统由三部分组成：充填料浆混制系统、充填料浆运输系统和工作面充填系统。充填料浆混制系统把矸石、粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物与水、胶结料按比例优化组合制成牙膏状胶结浆体；充填料浆运输系统利用胶结浆体的流动性采用充填泵将其通过特定管路输送到采空区；工作面充填系统利用浆体的可塑性和稳定性在采空区后方进行适时充填。

1.1.2 矸石充填采煤技术

矸石充填采煤技术是利用外界动力将充填材料煤矸石输入采空区的充填采煤方法。根据充填料充填采空区的动力方式来划分，矸石充填方法包括人工充填、自溜充填、风力充填、机械充填。普通机械化矸石充填是采用专门的机械将矸石抛向采空区直接进行充填的方法，故多用于有一定倾角的薄及中厚煤层普采或炮采工作面回收井筒煤柱、工广煤柱。另有综合机械化矸石充填采煤可实现在同一液压支架掩护下采煤与充填并行作业，且采煤与运煤系统布置与传统综采完全相同，只在普通矸石充填系统基础上添加充填运输系统。

1.1.3 高水材料充填采煤技术

高水材料是一种快速胶凝材料，由 A、B两种材料构成，主要包括高铝水泥、石灰、石膏、速凝剂、解凝剂、悬浮剂等组分。其固水能力强、流动性强、凝固速度快、强度增长速度快，可以将高比例的水迅速凝固成具有一定承载能力的固体。高水材料充填系统相对膏体和矸石充填系统结构较为简单，机械化程度较高。

1.1.4 水砂充填开采技术

水砂充填开采方法是通过水力作用把充填尾砂送入采空区的充填方法。它主要将水与尾砂通过一定作用，形成水砂悬浮溶剂，送达采空区后脱水，尾砂形成充填体，水通过井底水仓到达地面贮水池，循环利用，从而达到充填的目的。

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，只要通过管道直接将浆液运输到充填地点，就可直接充填，但是，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污染，因此，实施过程中必须严格注意。

1.2 基于充填技术分类

按照充填体充填量占采出煤量的百分比，充填开采方法可以分为全部充填开采技术和部分充填开采技术。

1.2.1 全部充填开采技术

全部充填采煤技术可以分为干式充填技术和胶结充填技术。其中，干式充填技术可以分为采空区架后输送机漏矸充填技术和巷道迎头抛矸胶带充填技术两种。胶结充填技术可以分为泵送膏体充填技术、泵送高浓度胶结材料充填技术和煤矸石似膏体充填技术。

全部充填开采是在煤层采出后顶板未冒落之前对采空区全部充填，用充填体全部置换煤，充填体充填量占采出煤量的百分比大约为100%。

1.2.2 部分充填开采技术

部分充填技术可以分为采空区条带充填开采技术、冒落区注浆充填开采技术、离层区注浆充填开采技术、覆岩离层分区隔离注浆充填开采技术。部分充填技术相对于全部充填技术而言，仅用部分充填体置换相同量的煤，对采空区、离层区及冒落区进行充填，靠关键层及煤柱共同承载上覆岩层压力。

2 充填开采技术的现状

2012年6月，冀中能源邯矿集团陶一矿在12706工作面依靠充填开采，用“矿井水”置换出了“三下”优质压煤，产量完成5.068万 t，超高水材料充填开采技术实现了向规模生产的转变。2013年11月，首届中国膏体充填采矿国际学术研讨会成功召开，这标志着具有“绿色、安全、高效”的膏体充填采矿技术正在逐步成为全球矿业领域的技术热点和发展新动向。2014年2月，山东能源淄矿集团许厂煤矿第二个膏体充填开采工作面成功实现一次性联合试运行，进入面前及两巷充填阶段。

3 结语

相比之下，膏体充填技术成熟系统；矸石充填直接将井下采出煤矸石充填采空区，初期投资少，机械化程度高，系统简单；高水材料充填水比例高，固体材料少，克服适应煤矿充填技术的材料短缺的问题，并且充填系统简单，设备投资少，材料消耗少，不影响矿井的辅助运输，但缺点是高水材料抗风化和抗高温性能差，长期稳定性差；而水砂充填设备复杂，材料消耗多，机械化程度低，限制较多，水砂充填开采技术逐渐在我国被淘汰。

全部充填法充填百分比大，更高效，而部分充填需要进一步研究煤岩力学性质等，还需进行深入研究。煤矿充填开采是提高煤炭回采率，资源利用率的一项革命性创新。充填开采技术不仅可以解决压煤问题，而且还为矸石、粉煤灰等固体废弃物的回收利用开辟了新的途径，有效推进绿色开采技术的试行，具有广阔的应用前景。

参考文献

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