我國(guó)煤礦充填開(kāi)采技術(shù)及綠色開(kāi)采技術(shù)研究

袁志剛

山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司

我國(guó)煤礦充填開(kāi)采技術(shù)及綠色開(kāi)采技術(shù)研究

袁志剛

山西高平科興新莊煤業(yè)有限公司

隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)水平的提高，為了解放“三下”壓煤，煤礦“三下”開(kāi)采技術(shù)得到了極大發(fā)展。我國(guó)煤礦“三下”傳統(tǒng)開(kāi)采技術(shù)有離層注漿、條帶式開(kāi)采，其中離層注漿不能有效控制地表下沉，成本高，效率低；條帶式開(kāi)采，資源回收率低，一般不超過(guò)50%，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。充填開(kāi)采不僅能有效控制地表下沉，而且資源回收率可達(dá)90%以上。充填開(kāi)采目前有超高水材料充填、膏體充填、固體物充填三種技術(shù)。本文主要對(duì)充填技術(shù)以及綠色開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

煤礦工程；充填開(kāi)采；綠色技術(shù)

隨著煤炭資源的利用越來(lái)越廣泛，煤礦開(kāi)采對(duì)周?chē)h(huán)境的破壞逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。從實(shí)況來(lái)看，破壞主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①對(duì)土地資源大量的破壞與占用；②破壞與污染周?chē)Y源；③污染大氣環(huán)境。因此煤炭開(kāi)采必須要朝著高利用、低開(kāi)采以及低排放方向發(fā)展。在這種環(huán)境下，探究煤礦的綠色開(kāi)采技術(shù)及其應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦充填開(kāi)采技術(shù)

1.1 超高水材料充填技術(shù)

充填工藝采用水力泵送、掛包充填。包括充填泵站與充填點(diǎn)兩部分，該充填工藝系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，初期與總體投入均較低。由于充填材料具有流動(dòng)性，對(duì)于仰斜開(kāi)采，只需要管路、攪拌與泵送等設(shè)備就可以形成完整的充填系統(tǒng)；而對(duì)于水平開(kāi)采和俯斜開(kāi)采，還需用充填袋，效率相對(duì)較低，月產(chǎn)一般在5000～10000t，目前在綜采機(jī)械化充填方面還沒(méi)有取得突破。

1.2 膏體充填采煤技術(shù)

固體廢物膏體充填是煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)的重要組成部分，它是一種將煤矸石、粉煤灰、劣質(zhì)土等固體廢物制作成無(wú)臨界流速、不需脫水的膏狀漿體，通過(guò)泵壓或重力作用，經(jīng)過(guò)管道輸送到回采工作面，適時(shí)充填采空區(qū)的綠色開(kāi)采技術(shù)。膏體充填分膠結(jié)膏體充填、非膠結(jié)膏體充填。該充填技術(shù)具有高采出率、環(huán)保、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，管道運(yùn)輸，材料選擇廣泛，目前已在多個(gè)礦井應(yīng)用，在炮采工作面應(yīng)用較多，綜采膏體充填技術(shù)正在研究。

1.3 固體物充填技術(shù)

1.3.1 長(zhǎng)壁普采(或炮采)固體物充填技術(shù)。將巖巷和半煤巖巷(煤矸分裝)掘進(jìn)矸石或地面矸石山矸石用礦車(chē)運(yùn)至井下矸石車(chē)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)裝載破碎機(jī)破碎后，進(jìn)入矸石倉(cāng)。通過(guò)矸石倉(cāng)下口，經(jīng)過(guò)膠帶輸送機(jī)將破碎后的矸石運(yùn)入上下山，而后載入采煤工作面的回風(fēng)平巷，再由工作面采空區(qū)刮板輸送機(jī)運(yùn)至工作面采空區(qū)拋?lái)纺z帶輸送機(jī)尾部，由拋?lái)纺z帶輸送機(jī)向采空區(qū)拋?lái)烦涮睢?/p>

1.3.2 長(zhǎng)壁綜采固體物充填技術(shù)。將地面矸石、粉煤灰、黃土等單一固體廢棄物或者幾種充填物以合適的比例混合后，通過(guò)大垂深投料系統(tǒng)(包括防沖擊力的緩沖系統(tǒng)、防止堵倉(cāng)設(shè)備、井上下調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng))、井下運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至工作面，再通過(guò)掛在充填支架尾梁上的充填開(kāi)采輸送機(jī)充填到長(zhǎng)壁工作面充填區(qū)內(nèi)，由夯實(shí)機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，置換出煤炭資源，從而達(dá)到解放“三下”壓煤并控制覆巖運(yùn)動(dòng)及地表沉陷的目的。

2 綠色開(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用

事實(shí)上，采礦開(kāi)采活動(dòng)之所以會(huì)影響到安全與環(huán)境，主要是因?yàn)榈叵禄顒?dòng)導(dǎo)致巖層移動(dòng)及破壞，導(dǎo)致巖體周?chē)牡貕?、?yīng)力場(chǎng)、瓦斯水體運(yùn)移場(chǎng)以及節(jié)理裂隙場(chǎng)等相關(guān)變化。所以綠色開(kāi)采一定要采用先進(jìn)科學(xué)理論作為基礎(chǔ)。

2.1 煤與瓦斯共采技術(shù)

煤與瓦斯共采技術(shù)是在開(kāi)采過(guò)程中，利用上覆巖層的礦壓變化活動(dòng)，掌握對(duì)被卸壓煤層的抽采時(shí)機(jī)，并對(duì)抽采技術(shù)進(jìn)行完善和優(yōu)化。采取了如下措施：

(1)有效保證地質(zhì)安全。在高分辨率地震勘探技術(shù)的協(xié)助下，詳細(xì)呈現(xiàn)了當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件與煤層分布，并精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)出了該煤層的厚度，進(jìn)而對(duì)斷層和裂縫等做出了有效定位以及準(zhǔn)確計(jì)算了瓦斯的分布和含量，從而為煤與瓦斯共采提供可靠依據(jù)。

(2)對(duì)礦井的開(kāi)拓布局進(jìn)行優(yōu)化完善。利用“分區(qū)建設(shè)、分區(qū)開(kāi)拓、分區(qū)通風(fēng)”的礦井安全生產(chǎn)系統(tǒng)，降低了開(kāi)采工程量，并減少了開(kāi)采成本，工期也得到了縮短。

(3)發(fā)展新的開(kāi)采方法。為了減少井巷工程的工作量以及工作面的搬家次數(shù)，礦區(qū)擴(kuò)大了采區(qū)劃分和布置的范圍，并著力加大了工作面長(zhǎng)度以及推進(jìn)長(zhǎng)度，另外，通過(guò)將巷道布置與煤層頂?shù)装逯?。推廣應(yīng)用了有利于瓦斯抽采的新技術(shù)。對(duì)于煤層傾角小于60°的礦井及塊段，應(yīng)該使用傾斜條帶布置，當(dāng)開(kāi)采設(shè)備或技術(shù)等條件能夠滿(mǎn)足要求時(shí)，要選擇綜采，反之，則選擇高檔普采。

2.2 支護(hù)技術(shù)及減少排放矸石技術(shù)

開(kāi)采煤炭過(guò)程中排放的矸石同樣會(huì)影響環(huán)境，如今降低矸石排放所用主要措施就是在煤層中設(shè)置巷道。但是因煤巷圍巖常常出現(xiàn)不可抗拒的大變形，因此大多使用大斷面預(yù)留量、可縮性支架、巷旁充填這種方法。但是采用這種方法時(shí)如果不用將矸石上井，必然會(huì)對(duì)井下的煤巷進(jìn)行維護(hù)，而且伴隨煤礦開(kāi)采的深度增加維護(hù)難度也越大。如果將矸石弄到井上處理，必然出現(xiàn)地面復(fù)墾問(wèn)題。

2.3 采空區(qū)的充填技術(shù)

填充開(kāi)采是開(kāi)采煤礦環(huán)境問(wèn)題的解決措施，特別是在一些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)地區(qū)，解決開(kāi)采建筑物下的問(wèn)題非常重要。但是這種開(kāi)采技術(shù)的成本極高， 因此對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用有一定的限制。如今，充填開(kāi)采技術(shù)關(guān)鍵在于選取充填材料及怎樣降低成本上。要降低成本，可以只對(duì)一部分采空區(qū)進(jìn)行充填，但是要確保沒(méi)充填的采空區(qū)寬度低于覆蓋巖的關(guān)鍵詞初次破斷跨距，而且充填條帶還必須要長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4 煤炭地下氣化技術(shù)

這種技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)的采煤方式進(jìn)行革新，在原位采用熱化學(xué)反應(yīng)把煤炭轉(zhuǎn)為可燃?xì)怏w。該技術(shù)不但改善了煤礦開(kāi)采過(guò)程中的作業(yè)條件與環(huán)境，在一定程度上還消除了不利于煤礦開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響。

煤礦綠色開(kāi)采以關(guān)鍵層理論為基礎(chǔ)，是我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，也是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。目前，我國(guó)的礦產(chǎn)資源日趨緊缺、煤炭開(kāi)采與利用的成本不斷升高、環(huán)境破壞越來(lái)越嚴(yán)重，而在各大煤礦推廣綠色開(kāi)采，對(duì)于保證生產(chǎn)利益的同時(shí)，提高回采率，保護(hù)煤礦周?chē)鷳B(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)廢物利用等都有著重要的意義?？梢哉f(shuō)，煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)是今后我國(guó)煤炭事業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，有很好的發(fā)展前景。

[1] 錢(qián)鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，04：5-10.

[2] 錢(qián)鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].能源技術(shù)與管理，2004，04：1-4.