淺議充填采煤技術(shù)在煤層開采中的技術(shù)要點(diǎn)

張飛天　白尚勇

【摘 要】本文對(duì)以膏體充填、矸石充填、高水材料充填為代表的充填采煤技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行研究，對(duì)其適用范圍進(jìn)行科學(xué)分析，在此基礎(chǔ)上研究了綜合機(jī)械化煤矸石固體充填采煤技術(shù)，并對(duì)其技術(shù)優(yōu)越性以及使用過程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】煤礦；充填采煤技術(shù)；技術(shù)要點(diǎn)

0.前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源需求量與日俱增，作為主要消耗能源的煤炭產(chǎn)量也是急劇增大。在這一大環(huán)境下，大量的濫采濫挖現(xiàn)象不斷涌現(xiàn)出來，很多礦區(qū)在開采過后隨機(jī)棄置，對(duì)礦區(qū)內(nèi)建筑物、植被等造成嚴(yán)重危害，居民的居住環(huán)境亦受到嚴(yán)重威脅。對(duì)此，我國很多煤炭專家針對(duì)我國煤炭開采現(xiàn)狀提出了“綠色開采”這一采礦理念，這主要包括礦區(qū)固體廢棄物的回收和填充。作為煤炭開采過程中應(yīng)用最廣泛的煤矸石充填采煤技術(shù)，它在具體操作中有著顯著的成效。因此，研究煤矸石充填采煤技術(shù)對(duì)堅(jiān)持走“綠色開采”這一道路有著重要的意義。

1.充填采煤技術(shù)的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)初，充填采煤技術(shù)出現(xiàn)在澳大利亞北萊爾礦區(qū)，當(dāng)時(shí)的采礦者普遍用廢棄礦石填充礦房。經(jīng)過近百年的驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，這一方法有著良好的應(yīng)用效果。但在現(xiàn)實(shí)的煤礦開采過程中，受限于煤炭開采特殊的環(huán)境和條件等因素，這一方法還沒有得到廣泛使用。因此，研究先進(jìn)的充填采煤技術(shù)成為現(xiàn)階段煤炭工作的重點(diǎn)。

1.1膏體充填采煤技術(shù)

在采礦過程中，膏體充填采礦技術(shù)發(fā)揮著極為重要的作用，這一點(diǎn)在金屬采礦中體現(xiàn)的尤為明顯。膏體充填采煤技術(shù)的過程包含以下幾部分：首先將煤矸石、煤灰等各類固體廢棄物按照一定比例進(jìn)行混合后配置成無需脫水處理的膏狀黏漿；然后將黏漿利用高壓充填泵等裝置輸送到礦井內(nèi)，對(duì)采空的礦井進(jìn)行有效填充。此外，不同于其他金屬礦山的充填，膏體充填采煤技的充填體的構(gòu)筑方法需要有專門的充填隔離支架；同時(shí)為了使得在充填后較短時(shí)間內(nèi)就能繼續(xù)進(jìn)行礦區(qū)開采，煤礦對(duì)充填材料要求較嚴(yán)格?，F(xiàn)在普遍應(yīng)用的充填材料多為固體廢棄物，多為劣質(zhì)，且用料不統(tǒng)一，使得充填質(zhì)量存在較大波動(dòng)。

但不可否認(rèn)的是，這一技術(shù)具有充填強(qiáng)度高、密度大的特點(diǎn)，這要得益于漿體的高流動(dòng)性。但是這一技術(shù)的初期投資至少在3000萬元左右，每噸成本高達(dá)100元左右，這一高成本也就限制了膏體充填采煤技術(shù)的普遍應(yīng)用。

1.2矸石充填采煤技術(shù)

矸石充填采煤技術(shù)的主要原材料便是煤矸石，依靠重力或其他機(jī)械力將這些廢棄物運(yùn)送至礦井采空區(qū)后進(jìn)行科學(xué)填充。根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)可將矸石充填采煤技術(shù)分為幾大類，包括人工填充、風(fēng)力填充、機(jī)械化填充等等。人工填充由于效率低下且勞動(dòng)強(qiáng)度大、回采工藝適應(yīng)性差等缺陷，在現(xiàn)階段煤礦填充過程中很少使用；風(fēng)力充填技術(shù)僅僅在條件優(yōu)越的礦區(qū)才會(huì)使用，這主要受到源動(dòng)力的影響，只有在條件優(yōu)越的礦區(qū)才能保障源動(dòng)力輸送的穩(wěn)定性；機(jī)械化填充要視礦區(qū)采空情況而言，利用拋矸機(jī)等設(shè)備將煤矸石拋向采空區(qū)。普通的機(jī)械化填充技術(shù)設(shè)備投資較小，填充過程簡單且填充材料可以就地取材，操作起來比較方便，因此廣泛應(yīng)用在薄及中厚煤層普采工藝中進(jìn)行礦區(qū)充填。

1.3高水材料充填采煤技術(shù)

高水材料充填采煤技術(shù)除了在填充材料中包含固體填充物之外，最主要的就是加入了高水速凝固結(jié)材料。這一填充技術(shù)需要使用大量的水，這在一定程度上可以避免煤矸石等固體材料不足這一情況發(fā)生，而且最重要的是這一充填技術(shù)不需要購置大量的充填設(shè)備，因而充填系統(tǒng)的填充工藝較為簡單；此外，由于固體填充物使用量減少，水的使用量增大，就會(huì)使充填物的流動(dòng)性大大提高；再者，部分充填采煤技術(shù)相對(duì)于全部充填采煤技術(shù)而言，更加廣泛地使用了采煤區(qū)土層結(jié)構(gòu)自身的承載能力，大大降低了填充量，節(jié)約了成本。綜上所述，高水材料充填采煤技術(shù)具有投資少，操作簡單，綜合成本較低等特點(diǎn)。

但是由于現(xiàn)階段所采用的高水材料填充物質(zhì)量較差，普遍存在抗高溫和抗風(fēng)化性能差的缺陷，這就大大降低了煤礦采空區(qū)填充物的穩(wěn)定性。

2.綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)要點(diǎn)

要想實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)，就必須克服諸多難點(diǎn)，這包括在填充前解決采空區(qū)充填通道、充填空間以及充填的動(dòng)力學(xué)問題等。結(jié)合多年的煤炭填充工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為在實(shí)施綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)進(jìn)行煤炭開采過程中，要想在綜合開采作業(yè)面上解決這一技術(shù)所帶來的三大技術(shù)性難題，可以采取以下幾種方法：

第一、對(duì)常規(guī)綜合采集液壓支架的掩護(hù)斜梁進(jìn)行拆除，取而代之的是水平短梁，并對(duì)支架進(jìn)行加固；緊接著直接將固體填充物通過一系列填充方式填充到水平短梁支撐的填充空間內(nèi)，而并非將填充物直接放在采空區(qū)。這一方法可以解決綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)中填充空間不足這一問題。

第二、要想解決填充通道不連續(xù)易堵塞等問題，可以事先將刮板式充填機(jī)掛在充填機(jī)械掩護(hù)短梁下，然后將配好的填充物用帶式輸送機(jī)運(yùn)送到刮板式充填機(jī)內(nèi)，這樣就可保證填充物始終處于連續(xù)輸送過程中。

第三、要想使填充物達(dá)到預(yù)設(shè)的密度，保證填充區(qū)后續(xù)采煤有一個(gè)安全穩(wěn)定的環(huán)境，可以用壓實(shí)機(jī)對(duì)落入掩護(hù)短梁掩護(hù)空間內(nèi)的填充物進(jìn)行充分壓實(shí)。

3.矸石充填采煤技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益研究

矸石充填采煤技術(shù)不僅解決了大量的固體廢棄物，保護(hù)了環(huán)境，而且實(shí)現(xiàn)了從開采到充填的一整套煤炭綜合開采技術(shù)，在保證礦區(qū)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)了高效的煤炭采出率；除此之外，在實(shí)際應(yīng)用中，矸石充填采煤技術(shù)每噸綜合成本僅55元，這比膏體充填采煤技術(shù)每噸105元的綜合成本和高水材料充填采煤技術(shù)每噸70元的綜合成本相比較要小得多?？偟膩碇v，矸石充填采煤技術(shù)的應(yīng)用為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)束語

在保障礦區(qū)地表建筑安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行煤層開采的過程中，在開采后以煤矸石填充開采區(qū)，這樣可以實(shí)現(xiàn)以煤矸石為主的固體廢料和煤炭的互換，使得煤礦開采的綜合效益大大提高。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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