煤矿充填开采技术研究与发展

刘雷 李广照 陈旺

摘 要：充填开采是近年发展起来的生态保护性开采技术，采用充填开采防控采煤沉陷并建设生态矿山，涵盖煤矿安全生产、生态环境治理、废弃物利用等多个领域，更多的是侧重社会公益事业，符合生态文明建设和保护环境的发展战略。本文客观分析了我国煤矿充填开采技术，为进一步扩大我国充填开采的应用范围，提供理论依据。

关键词：煤矿;充填开采技术;发展

充填开采是随着采煤工作面的推进，向采空区送入矸石、沙石、膏体等充填材料，并在充填体保护下进行采煤的技术。充填开采是煤矿生产方式的重大变革，是煤炭行业贯彻落实科学发展观和以人为本的具体举措， 具有十分重要的意义。

一、煤矿充填开采必要性

1.1     保障煤矿安全生产的需要

传统的垮落式开采容易带来上隅角瓦斯积聚超限、采空区大面积垮落导致瓦斯大量涌出、采空区自燃发火等问题，引起煤矿事故多发。通过实施充填开采，可以减少井下瓦斯积聚空间，降低瓦斯爆炸、突出等灾难性事故的发生几率。通过实施充填开采，也能够有效减小煤层顶板的下沉量，降低回采工作面超前支承压力，有效抑制煤层及顶底板的动力现象。因此，充填开采对于提高矿井安全保障程度，预防和减少安全事故，促进煤矿安全生产具有重要作用。

1.2     保护生态环境的需要

传统的垮落式开采，地面堆存煤矸石占用土地，有的还自燃并产生有害气体，引发地表和地下水资源破坏、地表沉陷，对矿区环境造成危害。目前，煤矸石累计堆积45亿吨，占地约1.3万 ha，且每年还以约3亿吨的速度增加，造成土壤严重污染;全国煤矿采空区土地沉陷累计达100万ha 左右，每年新增采空区6万ha 左右。通过实施充填开采，不仅能够做到矸石不升井、不上山，而且还能够大量消化地面矸石及城市建筑垃圾，節约大量土地，有效减轻地层变动和沉陷，保护水资源，超前维护生态环境，实现矿区生态环境由被动治理向主动防治的重大转变。

1.3     提高煤炭资源利用水平的需要

目前，我国煤炭资源探明剩余可采储量为1842亿吨。其中“三下”压煤约140亿吨，如果采用防止地表沉陷的条带开采方式，回收率仅为30%～50%。未来一个时期，我国经济仍将快速发展，对煤炭需求增幅虽有下降，但总量仍会上升，煤炭资源消耗速度会继续加快。通过实施充填开采，可以将大量“三下”压煤安全高效地采出来，提高资源回收率，延长矿井服务年限，对于促进煤炭工业可持续发展具有重要意义。

1.4     建设和谐矿区的需要

科学发展观要求实现人与自然的和谐，资源开发利用与环境、社会协调和可持续发展。就煤炭开发而言，我们要按照科学发展观的要求，依靠科技进步，实现更高层次的目标：第一个层次，尽量减少对生态环境的影响;第二个层次，不影响生态环境;第三个层次，主动改善生态环境。通过实施充填开采，可以做到不影响生态环境，不占用耕地，不破坏地下水资源，不搬迁城镇、村庄，改善农矿关系和矿区生活环境，实现资源开发与矿区和谐统一。特定条件下，还可以削平荒山作为充填料，有目的地复垦造地，用于农林耕种或工业发展，或与河道清淤结合起来，实现一举多得，更好地促进和谐矿区建设。

二、充填开采技术研究

2.1     固体充填开采技术

固体充填开采技术分为工作面充填和巷道充填。固体工作面充填开采技术，是将井下采煤、掘进过程中产生的矸石及地面洗选过程中产生的矸石，通过机械破碎后，配以粉煤灰、黄土等辅料，利用连续输送系统将充填材料输送至工作面进行采后直接充填，并用推压密实装置对充填物料推压密实，实现采空区密实充填。目前综合机械化固体工作面充填技术已在河北邢台、开滦矿区，山东新汶矿区，山西阳泉、西山矿区等地推广应用。

2.2     膏体充填开采技术

工作面膏体充填开采技术是将煤矿生产过程中产生的煤矸石、电厂产生的粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物，在地面加工制成浆状充填材料，通过专用充填泵加压，利用充填管道将充填物料输送至井下工作面。工作面膏体充填开采技术已经在我国淄博、济宁、峰峰、焦作等矿区开展了应用。

2.3     高水充填采煤技术

高水充填开采是将制备好的高水充填材料通过管路输送至工作面采空区充填袋（包），待凝固后形成固定形状的支撑体，起到支撑顶板的作用。由于其具有流动性好的特点，可以通过地面打孔至采空区进行灌注，也可以通过管路直接输送至采空区，在邯郸、临沂等矿区进行了应用。

三、充填开采技术应用展望

我国煤炭开采技术整体水平的提高以及解放“三下”压煤和减少地面搬迁的迫切需要，有力地促进了煤矿充填开采工艺技术不断发展。各煤矿企业因地制宜、因企制宜，积极探索实践不同的充填开采技术，已形成了固体物充填、膏体似膏体充填和高水、超高水充填三大类生产工艺技术体系。以新汶矿业集团为代表，探索实施了原生矸石综采充填、普采充填和煤矸石低压风动力充填和泵送充填4种工艺体系，实现了矸石不出区、不升井、不上山。中国矿业大学研制的高水速凝充填材料，为煤矿充填开采提供了重要工艺技术，目前在临沂矿业集团田庄、邯郸矿业集团陶一等煤矿得到了成功应用。淄博王庄矿成功研发和实施高水膨胀材料充填采煤技术，充填材料流动性好、凝固时间短、强度高，具有一定膨胀性，抗风化性能强，较好地满足了煤矿充填开采需求;该矿还坚持充填技术产业化运营、自主化发展，先后在多家煤矿推广应用，促进了企业可持续发展。

参考文献：

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