矸石充填采煤技术对矿压规律的影响分析

许超

【摘 要】中国是能源大国，但是由于早期生产力和生产技术的落后，导致能源开采所产生的环境污染问题日益严重。煤炭开采过程中产生的矸石既是固体废弃物又可以作为再生资源加以利用。本文从实际出发，以目前我国煤炭开采过程中矸石再利用的实际情况为研究对象，介绍两种常用的矸石充填采煤方法，着重分析矸石充填采煤中的矿压显现规律，并希望通过此次研究与各位业界同事进行深入交流，共同进步。

【关键词】矸石充填采煤；采场矿压；地表沉陷；规律分析

一、引言

中国是能源大国，煤炭储量世界第一。但是在煤炭开采量增多同时矸石等污染物的产出量也在逐年递增。矸石是煤炭开采过程不可避免的固体废弃物质，但是随着生产技术的发展矸石又可以作为煤炭充填物质实现废弃物再利用，从而实现资源再利用和保护环境的目的。现阶段是我国产业结构调整的重要时期，为保证煤炭开采行业的可持续发展，必须转变发展方向，在提高煤炭开采技术的同时加强资源再利用技术和环境保护工作的研究。矸石充填采煤技术在我国煤炭开采作业中卓有成效，但是依然存在提高和发展的较大空间。本文根据我国煤炭开采过程中矸石再利用的实际情况，简单介绍了两种常用的矸石充填采煤方法，并着重分析矸石充填采煤中的矿压显现规律，以期达到提高矸石充填采煤技术的目的。

二、矸石充填采煤技术

近年来煤炭开采技术发展迅速，相应的矸石再利用技术也得到较大发展矸石充填、矸石发电以及矸石建材等。但是在实际工作当中由于技术和成本等问题矸石再利用项目遇到不同程度的困难。矸石充填采煤法因回收率高，就地取材等優点应用广泛。矸石充填采煤方法可大致分为普采矸石填充采煤法和综采矸石充填采煤法两种，并在实际生产中取得良好效果。本章就这两种方法分别介绍分析。

（一）综采矸石充填采煤法

综采矸石充填采煤法简单来说就是边开采边进行矸石充填的煤炭开采作业方法。在煤炭开采作业面的支架上安装矸石充填溜子，在进行煤炭开采的同时通过机械设备将矸石充填到作业面。该技术操作重点在于保证煤炭开采作业与矸石充填作业同时进行，做好矸石充填溜子与割煤、采煤作业面的安全防护距离，以免二者产生冲突。煤矸石本身对其运输器械具有较大磨损，因此必须做好矸石运输系统的养护工作，以保证采煤作业的连续稳定运行。与普采矸石充填采煤方法相比，综采矸石充填采煤方法在作业支架的后面没有按装掩护设备，而是直接在短尾梁上面悬挂矸石充填溜子，这样设计更有利于开采作业人员平直的进行割煤、采煤作业。

（二）普采矸石充填采煤法

普采矸石充填采煤法通常广泛应用于煤矿的采空区，将具有支撑装置的自动抛矸设备安装在采煤作业支架的后面，该设备不仅可以实现矸石的自动抛扔还可以实现矸石的自动充填作业。相较于综采矸石充填采煤方法，普采矸石充填方法可以实现煤炭运输系统和矸石运输系统的互不干扰平行运行，从而极大地提高了采煤作业面生产的连续性，进而提高煤炭开采效率。同时由于对自动化系统的运用，普采法比综采法具有较高的环境适应性，尤其当煤炭采空区域处于较高位置时，普采法可以达到较高的充实力度，充分保障了采煤作业的安全性和稳定性。由于普采法和综采法所具有的各自的优缺点，目前国内矸石充填作业中，逐渐形成以普采矸石充填法为主综采矸石充填方法为辅的局面。这两种方法对提高我国煤炭开采作业效率均做出巨大贡献。

三、矿压显现规律分析

通过对普采法和综采法的对比分析可以看出，虽然二者在提高开采效率上具有显著效果，但是由于矸石膨胀易碎的特性使其在压实处理技术上存在较大的局限性。虽然空隙的形成无法避免，但是通过研究分析空隙成因，可以在一定程度上降低地表下沉的程度。

（一）矿压显现规律分析意义

采煤场区域矿压显现规律的研究具有很高的实际价值。所谓煤炭开采就是通过破坏原有地质结构的方式将原本处于地质结构中的煤炭资源挖掘出来。这种资源的开采必然会使地层形成空隙进而造成地表下沉等问题，对地质环境的保护工作产生不利影响，因此分析研究采煤场矿压显现规律势在必行。

（二）矸石特性与充实率

通过矸石碎胀性能实验可以发现，采煤矿区地质条件不同，矸石的碎胀性能存在细微差异。对矸石碎胀和压实处理进行相关分析可以看出，矸石的碎胀性能是由其强度决定的，即矸石强度越高就越容易发生碎胀，在矸石充填过程中也更容易形成较大的空隙。因此可以推断出矸石强度与其充实率之间呈反比。与此同时研究还发现矸石颗粒的均匀性与其充填率呈正比，即矸石颗粒均匀度越高，则矸石填充产生的空隙越小，矸石充实率也越高。从矸石本身性质出发提高其填充的充实率，来达到降低采矿区域地表下沉程度的目的。

（三）矿压与支架载荷

在煤炭开采作业中，常采用架设安全支架的方式来进行采空区的安全防护工作以防止发生地质塌方事故。因此研究支架负荷理论是研究矿压显现规律的基础。运用支架负荷理论对煤层开采高度、深度以及支架的支撑能力进行分析计算，并结合采煤作业的实际工作经验，可以得出以下结论：煤层开采的高度越高、深度越深，则支架所承受的负荷越大，换句话说，采煤矿区矿压越高，安全支架的载荷能力越大。

（四）矿压显现规律

经过上述分析可以得出结论：矿压和安全支架的负荷呈正比，因此可以借由安全支架负荷能力来推测采煤场的矿压大小。但是该方法亦存在较大缺陷，安全支架的承载能力仅仅作为一个重要的参考值，而不能完全代表整个采煤场区的矿压。在实际生产中安全支架的承载力会随着时间推移而有所下降。调查有关矸石充填采煤地区历史记录可以发现，与未进行填充处理的采空区域相比，已填充的采空区域的顶板和安全支架的下降程度相对较高。因此对采空区域进行矸石填充处理，可以在一定程度上控制采煤场的矿压。

（五）矿压与地表下沉

从矿压显现规律可以看出，当采煤场开采的高度越高、挖掘的深度越深则矿压就越大，相应采煤场地表下降程度也越大。由此可见煤场开采区地表下沉的程度与矿压之间存在紧密联系。因此为了减轻地表下沉程度，矸石充填采煤应被广泛推广应用。

四、结语

综上所述，矿压显现规律对矸石充填技术来说具有重要研究价值。在科学发展观和可持续发展思想指导下煤炭开采行业也面临巨大挑战，高、精、尖技术发展要求采矿工作人员结合实际工作经验找到适合本矿山情况的煤炭开采方法，并在此基础上加以改进，使其更加契合自己本身的实际情况。高效、环保的煤炭开采技术将是未来发展方向，此次简单总结矸石充填采煤中的矿压显现规律分析，希望能对广大煤炭开采工作者有所帮助，共同进步，为我国煤炭开采行业的可持续发展贡献一份微薄之力。

【参考文献】

[1]殷伟.充填协同垮落式综采矿压控制理论与应用研究[J]. 中国矿业大学. 2017.

[2]缪协兴，张吉雄，郭广礼.综合机械化固体充填采煤方法与技术研究[J]. 煤炭学报. 2010（01）.