我國煤礦充填開采技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

李中彬

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，我國的煤礦事業(yè)在不斷發(fā)展。在煤礦行業(yè)中，越來越多的重視環(huán)保，將可持續(xù)發(fā)展理念和環(huán)保理念作為主要發(fā)展理念。首先對目前我國煤礦中常用的開采技術進行研究分析，并對我國煤礦充填開采技術的應用現(xiàn)狀進行探討，最后對煤礦充填開采技術的發(fā)展趨勢進行展望。

關鍵詞：煤礦充填開采；技術特點；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

長期進行地下開采易導致出現(xiàn)巖層破壞、地表沉陷以及巖層移動的現(xiàn)象，并給道路、水體、建筑物、水工工程、農(nóng)田以及管路等帶來破壞，嚴重影響生態(tài)環(huán)境。近年來，雖然采礦方法種類越來越多，但隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，越來越注重資源的合理開發(fā)，人們對采礦方法提出了越來越高的要求。充填采礦法以其自身具備的貧化率低以及回收率高的優(yōu)點，在煤礦的開采中得到越來越廣泛的應用。以下對其技術發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，并展望其未來發(fā)展趨勢。

1 目前我國煤礦充填開采技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 水砂充填長壁法

對充填開采法應用的范圍進行分析了解后，其主要被用來應用在金屬礦中，相對來說，其技術發(fā)展較為成熟。在德國和波蘭等地，煤礦采空區(qū)充填開采技術應用的較多，主要將煤矸石、河砂以及電廠粉煤灰作為充填材料，在這些充填材料中，水砂應用范圍更廣。通常情況下，將水砂運用到長長壁工作面中，填充后，其地表下沉系數(shù)約為0.20。其具有較好的應用效果，如波蘭通過運用水砂充填法，在多座城市下開采出比較豐富的煤炭資源。

1.2 膏體充填技術

在二十世紀六十年代，我國的撫順勝利礦通過運用水砂充填長壁將工廠保護煤柱開采出來，雖然其開采效果較好，但其需要較高的成本，且工藝較為復雜，在我國煤礦中還未得到廣泛普及。為有效解決水砂充填過程中存在的建立隔排水系統(tǒng)、泌水問題，在二十世紀八十年代初期，膏體充填技術誕生了。在制作充填材料時，能夠?qū)⑵渥鞒刹粫l(fā)生泌水現(xiàn)象的牙膏狀漿體，即使流速較低，也能夠?qū)崿F(xiàn)正常泵送，這樣能夠進一步提高充填效率。由于其自身存在較好的優(yōu)點，在金屬礦山中，其得到快速發(fā)展。目前，在我國煤礦中正在進行膏體充填技術應用在工業(yè)中的可行性試驗。

1.3 離層注漿減緩地表下沉

在二十世紀八十年代后期，借鑒外國的經(jīng)驗后，離層注漿減緩地表下沉在我國誕生了，其試驗獲得成功后，得到了相關工程技術人員以及開采沉陷專家的重視。如在新汶華豐煤礦、開灤唐山煤礦等煤礦中獲得顯著成效。

進入到二十一世紀后，充填技術在不斷的創(chuàng)新和改造，逐漸進步發(fā)展。膏體充填、膠結(jié)充填以及高水速凝材料固結(jié)充填等在煤礦中得到越來越多的使用。但其均不同程度存在一些缺點，如膠結(jié)充填的主要膠凝材料為水泥，由于其固結(jié)細粒能力差，初次充填體時需要進行少量脫水工作，進而易導致析出料漿中的水泥顆粒，并使其流失；另外，在污染井下作業(yè)，還會減弱充填體自身強度等。

2 我國煤礦常見的充填開采工藝技術

對我國煤礦充填法的發(fā)展過程進行分析了解后，主要將其分為兩大類，分別是傳統(tǒng)煤礦充填與現(xiàn)代煤礦充填。

2.1 傳統(tǒng)煤礦充填技術

傳統(tǒng)煤礦充填技術主要包括水力充填、粉煤灰充填、風力充填、矸石自溜充填以及矸石帶狀充填等，其中，水力充填指的是運用水力輸送的方法，將充填料經(jīng)過充填管路送入到采空區(qū)中充填；風力充填指的是運用壓縮空氣風壓的原理，經(jīng)過垂直管路將充填材料送入到井下貯料倉中，然后再運用普通輸送機將其送入到采空區(qū)風力充填機中，運用風壓的原理，將充填材料送到采空區(qū)充填；矸石自溜充填指的是使用單軌吊車、卡軌車或者齒軌車等運輸工具將矸石從掘進工作面中輸送到采空區(qū)中。如煤層傾角比較大，那么則適宜運用矸石自溜充填法進行充填；矸石帶狀充填指的是沿著工作面的推進方向或者開切眼，隔開一定距離后，通過壘砌一個矸石，對頂板進行支撐，進而起到防止地表下沉的作用。

2.2 現(xiàn)代煤礦充填技術

現(xiàn)代煤礦充填技術主要包括注漿膠結(jié)充填技術、膏體充填技術以及超高水材料充填技術。

2.2.1 注漿膠結(jié)充填技術

注漿膠結(jié)充填技術主要包括采空區(qū)高濃度漿液充填技術和離層帶注漿技術。其中，采空區(qū)高濃度漿液充填指的是在地面將膏狀的高固低水漿液制備后，使用管道將其運送到井下的工作面中，在工作面中進行推進時對采空區(qū)進行充填；離層帶注漿是一種新型的巖石控制方法，在特定地質(zhì)環(huán)境下，如開采空間為特定尺寸，那么采空區(qū)上覆巖層中斷裂帶和彎曲帶相結(jié)合后，在一定范圍中，內(nèi)巖層會發(fā)生離層，經(jīng)地面鉆孔將粉煤灰等材料注入到離層帶內(nèi)，且會在巖體中逐漸形成支撐結(jié)構(gòu)，對覆巖下沉進行有效控制，最終逐漸有效控制地表下沉。

2.2.2 膏體充填技術

膏體充填指的是在采出煤層與頂板冒落之前，將劣質(zhì)土、煤矸石以及粉煤灰等固體廢物制作成不需要脫水、無臨界流速的膏狀漿體，在重力或者泵壓的作用下，通過管道將其運送至回采工作面中，然后填充采空區(qū)，并構(gòu)筑相間的充填條帶，使用充填條帶起到支撐覆巖的作用。其主要包括膠結(jié)膏體充填與非膠結(jié)膏體充填兩種。主要具有環(huán)保、采出率高、安全性高、材料選擇廣泛以及能夠經(jīng)過管道運輸?shù)膬?yōu)點。

2.2.3 超高水材料充填技術

該種材料主要由中國礦業(yè)大學研制，屬于一種ZKD型的高水速凝充填材料，材料主要包括A料、B料、A-A添加劑以及B-B添加劑，其含有較高的摻水量，摻水量達到95%；能夠有效減少固體粉料的用量，是一種比較理想的充填材料。主要使用掛包、水力泵送的方式進行充填。首先將其制作呈高水速凝充填材料，然后將材料輸送到泵中，使用泵進行充填，注意對充填情況進行實時監(jiān)控。

3 我國煤礦充填開采技術的發(fā)展趨勢

煤礦充填開采技術室對“三下”壓煤進行開采的重要途徑，能夠顯著提高煤礦開采的安全性和可靠性，為解決礦山采出矸石、處理城市固體垃圾以及解決矸石山污染與安全提供有效的方法途徑。另外，其解決以往出現(xiàn)的采空區(qū)問題，不僅能夠保證“三下”煤炭資源開采的安全性，而且還有效解決采空區(qū)瓦斯超限問題，給煤炭企業(yè)帶來較大利益。此外，超高水材料充填、膏體充填等技術在我國范圍內(nèi)正逐步推廣應用，其技術發(fā)展越來越成熟。雖然其具備很多優(yōu)點，但也存在不足之處，如在對新型的充填材料進行研發(fā)時，要對礦井固體廢料充分利用，降低固體污染，實現(xiàn)變廢為寶；另外，要注重研究充填理論，對充填介質(zhì)特性進行量化，并發(fā)現(xiàn)充填參數(shù)和地表沉降之間的關系；對新型的充填設備進行研發(fā)，如充填支架、輸送機等設備。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟水平不斷提高，我國的煤礦開采技術也在不斷的創(chuàng)新和發(fā)展，其將會給我國煤礦開采工作帶來更大的效益，真正實現(xiàn)煤炭開采工作的環(huán)保性、經(jīng)濟性、安全性以及高效性。

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