現(xiàn)代煤礦開采充填技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景展望

劉鵬

摘 要：充填技術(shù)是目前在煤礦開采中使用較為廣泛的一類技術(shù)，體現(xiàn)出來眾多優(yōu)點，也表現(xiàn)出來一些不足之處。文章對煤礦充填開采技術(shù)的基本內(nèi)容進(jìn)行了簡要介紹，深入分析了充填技術(shù)的實際應(yīng)用以及其未來發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；充填技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展前景

充填技術(shù)在近些年的發(fā)展較為迅速，已經(jīng)出現(xiàn)了多種不同的充填技術(shù)，在煤礦開采中發(fā)揮出了重大的作用。充填技術(shù)的優(yōu)點推動其發(fā)展，所具有的缺點又制約著其發(fā)展，因此需要科學(xué)合理地對到充填技術(shù)的正反兩面，合理地在實際開采作業(yè)中使用充填技術(shù)。

1 煤礦開采充填技術(shù)基本內(nèi)容簡要介紹

充填技術(shù)從某種角度來說，是人工支護(hù)開采技術(shù)的一種。在煤礦礦井中，在回采工作面不斷推進(jìn)的過程中，通過外部材料或是開采過程產(chǎn)生的石料逐步對采空區(qū)進(jìn)行充填，以便控制采空區(qū)圍巖崩落、地表移動等問題，并且可以在形成的填充體上進(jìn)行保護(hù)性回采作業(yè)。充填技術(shù)可以用于圍巖性質(zhì)不穩(wěn)，但是礦體品質(zhì)很高的稀缺貴重礦場；適用于地表不允許陷落，開采條件較為困難的礦場。充填技術(shù)的優(yōu)點在于回采率很高、作業(yè)比較安全、對地表的保護(hù)比較到位、適應(yīng)性很強(qiáng)；但是充填技術(shù)的缺點也很明顯，比如施工工藝較為復(fù)雜，施工成本相對較高，生產(chǎn)能力和生產(chǎn)率都比較低等。

一般來說，根據(jù)輸送方式和充填材料之間的不同，可以將充填技術(shù)分為三種：第一，干式充填法。這種充填法的充填材料主要來源是采石場產(chǎn)生的碎石或者地下開采過程中產(chǎn)生的廢石等。通過破碎機(jī)進(jìn)行破碎，再輸送采場之中。第二，水力充填法。這種充填法的充填材料主要是碎石、砂、爐渣或尾砂等，通過水力管道輸送到采場之中。第三，膠結(jié)充填法。這種充填方法的主要材料是砂石、爐渣等材料和水泥等凝膠材料按照一定比例配置的混合物。通過水力管道或輸送機(jī)械運(yùn)輸?shù)讲蓤鲋?。在這三種方法中，干式充填技術(shù)的使用最早，但是其生產(chǎn)效率較低、開采成本較高、勞動強(qiáng)度較大，已經(jīng)逐漸被另外兩種方法所取代。根據(jù)回采工藝、回采方向以及采場結(jié)構(gòu)，充填技術(shù)又可以分為壁式充填、支架充填、向下分層充填以及向上分層充填等。

2 充填技術(shù)在煤礦開采中的實際應(yīng)用分析

2.1 充填目的簡要探討

在煤礦開采中使用充填技術(shù)，其具有多個方面的基本目的。第一，利用充填進(jìn)行地壓管理。通過在采空區(qū)形成充填體，對地表下沉和圍巖崩落形成有效控制，為煤礦開采的回采工作面構(gòu)建安全方便的工作條件，對地表建筑形成有效保護(hù)。第二，杜絕煤礦內(nèi)部火災(zāi)。在煤礦開采過程中，可能由于通風(fēng)系統(tǒng)存在問題，導(dǎo)致煤礦發(fā)生火災(zāi)。通過充填體對回采工作面進(jìn)行保護(hù)以及阻隔作用，在發(fā)生內(nèi)部火災(zāi)時可以有效對火情進(jìn)行隔絕。第三，方便回采礦柱留存。在完成一個區(qū)域的采煤作業(yè)之后，能否對采空區(qū)進(jìn)行及時充填，將會直接影響到礦柱是否可以回采，這將會對平衡生產(chǎn)形成直接的影響。第四，方便水下或深部開采。在采空區(qū)進(jìn)行充填形成充填體，穩(wěn)定采空區(qū)以便進(jìn)行深部或水下開采作業(yè)。

2.2 充填技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用要點

在煤礦開采中應(yīng)用充填技術(shù)，第一，需要對礦體進(jìn)行劃分，將礦體劃分為盤區(qū)，再將盤區(qū)劃分為礦段，再將礦段劃分為回采單元。第二，對采礦環(huán)境進(jìn)行再造，在頂柱部位使用向下分層充填法進(jìn)行一到兩個分層的回采作業(yè)，再使用混凝土進(jìn)行充填以形成人工頂柱。在柱底部位，可以通過淺孔落礦開采技術(shù)進(jìn)行回采，在回采到一定高度之后，再用混凝土進(jìn)行人工底柱澆筑。第三，在柱頂部位預(yù)留一定空間大小的小井作為回采作業(yè)中的通風(fēng)、充填采窄區(qū)的充填井以及人行井。第四，使用深孔設(shè)備對鑿巖硐室向下鉆鑿大直徑深孔，在全高階段上鋪設(shè)球狀向下崩礦。在受到限制的空間內(nèi)，可以使用誘導(dǎo)耦合和強(qiáng)制的落礦方法進(jìn)行回采。

2.3 煤礦全采全部充填技術(shù)分析

所謂全采全部充填就是在煤層開采之后，頂板沒有出現(xiàn)冒落的情況下，就對采空區(qū)的全部范圍進(jìn)行充填，充填材料用量應(yīng)該和煤礦開采的采出量基本保持一致，以實現(xiàn)全采全部充填。根據(jù)充填材料和輸送方式存在的差異，全采全部充填技術(shù)可以分為干式充填和膠結(jié)充填，干式充填可以最大程度利用采煤過程中產(chǎn)生的廢料廢渣，減少相應(yīng)的渣料排除工作。目前，我國煤礦開采過程中干式充填中最常見的就是在巷道迎頭拋矸石機(jī)膠帶充填以及采空區(qū)架設(shè)后刮板輸送機(jī)樓矸石充填。干式充填對廢石廢料進(jìn)行二次利用的特性，使其成為了一種環(huán)保的開采技術(shù)，具備了廣闊的發(fā)展前景。

2.4 煤礦全采部分充填技術(shù)分析

所謂全采部分充填就是在煤層開采之后，只對采空區(qū)的部分空間或是冒落區(qū)和離層區(qū)進(jìn)行充填，這種只進(jìn)行部分充填的開采技術(shù)就稱為全采部分充填技術(shù)。采動巖層的移動規(guī)律是全采部分充填技術(shù)的關(guān)鍵，在實際應(yīng)用當(dāng)中，常用的全采部分充填開采技術(shù)主要是覆巖離層注漿充填開采技術(shù)以及冒落矸石空隙注漿膠結(jié)充填開采技術(shù)。值得注意的是，冒落區(qū)充填可以根據(jù)具體形狀的差異，分為條帶冒落區(qū)注漿充填、房柱式冒落區(qū)注漿充填以及長壁式冒落區(qū)注漿充填。

3 煤礦開采充填技術(shù)的發(fā)展前景簡要探討

根據(jù)我國煤礦開采的實際發(fā)展情況來看，充填技術(shù)正在逐步完善日趨成熟。雖然從實際角度來講，充填技術(shù)最初只是用于金屬礦的開采。但是在將充填技術(shù)引入煤礦開采之后，不僅對煤礦開采起到了積極的推動作用，更是憑借煤礦開采的應(yīng)用實踐得到了長足的進(jìn)步和發(fā)展，使其在煤礦開采中的作用越來越重要。比如可以提供較為良好的煤礦開采作業(yè)環(huán)境以及對地表植物或建筑形成有效保護(hù)。在煤礦開采過程中，充填技術(shù)的充填材料主要是煤矸石、砂石以及煤粉灰等。充填原料的選擇一般需要根據(jù)取材和運(yùn)輸?shù)榷鄠€方面來綜合考慮，從實際情況來看，水砂在取材和運(yùn)輸?shù)确矫娑几叱杀緝?yōu)勢，所以在煤礦充填開采中使用十分廣泛。但是水砂雖然具有成本方面的優(yōu)勢，但是其在性能方面卻具有缺陷。總的來說，我國煤礦開采技術(shù)正在穩(wěn)步發(fā)展，充填技術(shù)的材料使用也在日趨多樣化，在滿足各種情況的基本需求的同時，還能夠創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。但是，膠結(jié)充填的凝結(jié)過程可能出現(xiàn)沖洗現(xiàn)象，水泥顆粒被洗出，不僅會給煤礦井下造成污染，還會降低充填材料的充填強(qiáng)度，弱化充填技術(shù)的作用。

從長遠(yuǎn)趨勢來看，煤礦開采充填技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景，需要在發(fā)展過程中解決目前存在的一系列問題。首先，要加強(qiáng)對煤礦地下充填開采的研究。這種技術(shù)的主要使用條件是煤礦開采區(qū)域地表存在各類建筑。如果建筑物進(jìn)行拆遷，不僅會帶來大量的資金浪費，在很大程度上也無法取得建筑物所有者的統(tǒng)一，可以說困難重重，因此加強(qiáng)煤礦地下充填開采研究，在開采過程中對采空區(qū)進(jìn)行強(qiáng)有力的充填支護(hù)，確保地表不會受到煤礦開采的影響。其次，充填技術(shù)需要更加注意經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的和諧發(fā)展，并且在兩者之間實現(xiàn)平衡。和諧發(fā)展是在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上提出的，要求在發(fā)展過程中各方實現(xiàn)和諧共處均衡發(fā)展。充填技術(shù)的未來發(fā)展就需要更加強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保，對煤礦開采的長期過程進(jìn)行科學(xué)合理的經(jīng)濟(jì)效益規(guī)劃以及環(huán)境影響評估，進(jìn)而優(yōu)化充填開采技術(shù)的某些環(huán)境，使其在經(jīng)濟(jì)與環(huán)保之間達(dá)到平衡。

4 結(jié)束語

充填技術(shù)在礦產(chǎn)開采中使用十分廣泛，近些年更是在煤礦開采中得到了深遠(yuǎn)的發(fā)展。利用充填技術(shù)要根據(jù)實際地質(zhì)情況、開采技術(shù)手段等方面的要素，確定科學(xué)合理的充填開采技術(shù)，確保在不斷實踐應(yīng)用的過程中，使充填技術(shù)得到最大的發(fā)展進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]李寶堂.煤礦的高校開采技術(shù)探討[J].經(jīng)營管理者，2011.

[2]吳偉利.現(xiàn)代煤礦開采充填技術(shù)的發(fā)展探析[J].統(tǒng)計與管理，2014.

[3]李楊，楊寶貴.我國現(xiàn)代煤礦充填技術(shù)發(fā)展及其分類[J].煤礦開采，2011.