对固体充填采煤充实率设计与控制理论研究

摘 要：煤矿开采的主要工作内容是充填采煤，绿色开采是当今环境对采煤行业的客观要求。我们需要定性分析影响充实率的主控因素。但是由于等价采高、工作方向、矿区地质条件和实施充填工艺等主要因素影响[1]，制约了固体充填采煤的发展。随着我国采煤行业的迅速发展，提升充填采煤装备自动化水平，提高充填采煤效率，建立充填采煤基础理论是煤矿充填采煤技术发展的必然趋势。

关键词：绿色开采；固体充填充实率；等价采高

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.050

固体充填采煤技术是煤矿采煤技术里中最有效的方法之一，充填体充实率能很直观的表现固体充填采煤矿层移动，固体充填采煤工程的首要步骤是做好对充填采煤充实率的初步设计，在实施工程的时候，也需要控制和实时监测充填采煤的充实率问题。结合地表建筑以及地底岩层等实际情况设计充填煤矿的充实率，再根据工程要求的采高、充填设备等条件来设置工程参数，进行具体的采煤工程设计[2]。

经过近十年的发展，煤矿充填采煤技术已成为解决开采煤炭与保护环境问题的有效途径之一。其推广应用也得到国家的大力扶持。对推进煤矿开采方式，提高煤炭资源利用、保护生态环境等方面有着重要的作用。

1 充填采煤技术的发展历史

为了满足采矿工业的需要，采煤技术先后经历了水砂充填、风力充填采煤等实验性工作方式，但是由于充填材料缺失、采煤效率低下、投入成本过高等因素，目前水砂充填技术已经很少使用，随着科技的不断发展，在传统充填采煤技术的基础上，煤矿企业陆续研发了抛矸充填、原生矸石综采架后充填、膏体充填和高水材料充填等采煤技术[3]。充填采煤效率得到了显著提升，充填采煤效率技术迈入了新的发展阶段。

2 充填采煤技术的重大突破

想要实现绿色采煤就必须能够开发出能与综合机械化相匹配的现代环保充填技术。在经过中国诸多矿业研究者不断实践研究，结合了现代科学的采煤技术和传统充填采煤技术，取长补短之后，研究人员发明了综合机械化固体充填采煤技术，实现了密实充填有效控制岩层运动的目标，并且发展成为绿色采煤技术的核心。

充填采煤液压支架是综合机械化固体充填采煤工作面的关键设备，采煤和充填均是在充填采煤液压支架的掩护下完成的。该技术采用机械设备将采煤矿区矸石、粉煤灰、风积沙等固体废弃物密实充填入采空区内，控制岩层移动目标在合理范围内，该技术能开采出压煤、边角煤柱等传统采煤技术无法回收煤炭资源，这使得采煤后形成的废物利用率有效提升，煤炭的回收率也得到了明显的提高，对生态环境形成有效保护，对绿色采煤充填有着重要的意义。

3 充填采煤理论与技术的发展与展望

煤矿充填开采理论与技术近年来在我过取得了突破性进展，我国总体处于领先水平，其中综合机械化固体直接充填采煤技术是近百年来国内外采煤充填技术突破取得的重大成果，具备一定的的商业价值。但是该方案也存在几点非常突出的问题：

（1）充填开采的设备较多，工艺比较复杂，对技术的要求较高。然而采煤地区的地质条件多变，生产效率低下，关于充填开采的技术和理论还需要进一步完善。

（2）充填所需要的材料种类多且量大，供应量无法满足大规模开采的需求。

（3）充填技术的初期需要投入大量的人力物力，成本巨大。

（4）充填所需要的最新设备型号难以配套，而且新设备的稳定性差。

（5）缺乏一套完整的采煤充填行业的标准和专门的法律政策规范。

伴随着综合机械化采煤技术的成熟以及越来越复杂化的煤矿开采条件，结合我国采煤行业的发展现状。充填采煤集输应与现代化的综合机械化的采煤技术相配套，创新发展安全高效的采煤技术与装备，方向如下：

（1）加强充填采煤的岩层移动和地表沉陷观测工作，深入研究充填体、煤柱等协同作用，深入研究充填采煤技术相结合的控制理论，努力降低充填材料的需求量，控制成本。

（2）研发自动化设备，提升充填采煤装备的可靠性，优化系统设，提高充填效率。

（3）研究充填材料的特性，寻找更为适应充填采煤环境的充填材料，建立完善的充填效果评价体系，为采煤行业提供一个有效的充填效果验证体系。

（4）在保护采煤区域环境的基础上，不断拓展新的充填采煤技术的应用领域。

（5）地下水资源的保护也是也是煤矿开采需要注意的重要问题之一，因此需要研究充填采煤与地下水资源环境的协调发展关系，发展绿色采煤，走可持续发展道路。

参考文献：

[1]李猛，吴晓刚，姜海强，何琪，谭辅清.基于充实率控制的导水裂隙带发育高度研究[J].中国煤炭，2014（01）：50-53+57.

[2]张宏忠.固体充填采煤充实率控制导水裂隙带高度发育研究[J].煤矿安全，2014（01）：9-12.

[3]张强，张吉雄，巨峰，李猛，耿佃凯.固体充填采煤充实率设计与控制理论研究[J].煤炭学报，2014（01）：64-71.

作者简介：刘忠（197-），男，助理工程师，研究方向：采煤。