對固體充填采煤充實率設(shè)計與控制理論研究

摘 要：煤礦開采的主要工作內(nèi)容是充填采煤，綠色開采是當今環(huán)境對采煤行業(yè)的客觀要求。我們需要定性分析影響充實率的主控因素。但是由于等價采高、工作方向、礦區(qū)地質(zhì)條件和實施充填工藝等主要因素影響[1]，制約了固體充填采煤的發(fā)展。隨著我國采煤行業(yè)的迅速發(fā)展，提升充填采煤裝備自動化水平，提高充填采煤效率，建立充填采煤基礎(chǔ)理論是煤礦充填采煤技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

關(guān)鍵詞：綠色開采；固體充填充實率；等價采高

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.050

固體充填采煤技術(shù)是煤礦采煤技術(shù)里中最有效的方法之一，充填體充實率能很直觀的表現(xiàn)固體充填采煤礦層移動，固體充填采煤工程的首要步驟是做好對充填采煤充實率的初步設(shè)計，在實施工程的時候，也需要控制和實時監(jiān)測充填采煤的充實率問題。結(jié)合地表建筑以及地底巖層等實際情況設(shè)計充填煤礦的充實率，再根據(jù)工程要求的采高、充填設(shè)備等條件來設(shè)置工程參數(shù)，進行具體的采煤工程設(shè)計[2]。

經(jīng)過近十年的發(fā)展，煤礦充填采煤技術(shù)已成為解決開采煤炭與保護環(huán)境問題的有效途徑之一。其推廣應(yīng)用也得到國家的大力扶持。對推進煤礦開采方式，提高煤炭資源利用、保護生態(tài)環(huán)境等方面有著重要的作用。

1 充填采煤技術(shù)的發(fā)展歷史

為了滿足采礦工業(yè)的需要，采煤技術(shù)先后經(jīng)歷了水砂充填、風力充填采煤等實驗性工作方式，但是由于充填材料缺失、采煤效率低下、投入成本過高等因素，目前水砂充填技術(shù)已經(jīng)很少使用，隨著科技的不斷發(fā)展，在傳統(tǒng)充填采煤技術(shù)的基礎(chǔ)上，煤礦企業(yè)陸續(xù)研發(fā)了拋矸充填、原生矸石綜采架后充填、膏體充填和高水材料充填等采煤技術(shù)[3]。充填采煤效率得到了顯著提升，充填采煤效率技術(shù)邁入了新的發(fā)展階段。

2 充填采煤技術(shù)的重大突破

想要實現(xiàn)綠色采煤就必須能夠開發(fā)出能與綜合機械化相匹配的現(xiàn)代環(huán)保充填技術(shù)。在經(jīng)過中國諸多礦業(yè)研究者不斷實踐研究，結(jié)合了現(xiàn)代科學的采煤技術(shù)和傳統(tǒng)充填采煤技術(shù)，取長補短之后，研究人員發(fā)明了綜合機械化固體充填采煤技術(shù)，實現(xiàn)了密實充填有效控制巖層運動的目標，并且發(fā)展成為綠色采煤技術(shù)的核心。

充填采煤液壓支架是綜合機械化固體充填采煤工作面的關(guān)鍵設(shè)備，采煤和充填均是在充填采煤液壓支架的掩護下完成的。該技術(shù)采用機械設(shè)備將采煤礦區(qū)矸石、粉煤灰、風積沙等固體廢棄物密實充填入采空區(qū)內(nèi)，控制巖層移動目標在合理范圍內(nèi)，該技術(shù)能開采出壓煤、邊角煤柱等傳統(tǒng)采煤技術(shù)無法回收煤炭資源，這使得采煤后形成的廢物利用率有效提升，煤炭的回收率也得到了明顯的提高，對生態(tài)環(huán)境形成有效保護，對綠色采煤充填有著重要的意義。

3 充填采煤理論與技術(shù)的發(fā)展與展望

煤礦充填開采理論與技術(shù)近年來在我過取得了突破性進展，我國總體處于領(lǐng)先水平，其中綜合機械化固體直接充填采煤技術(shù)是近百年來國內(nèi)外采煤充填技術(shù)突破取得的重大成果，具備一定的的商業(yè)價值。但是該方案也存在幾點非常突出的問題：

（1）充填開采的設(shè)備較多，工藝比較復(fù)雜，對技術(shù)的要求較高。然而采煤地區(qū)的地質(zhì)條件多變，生產(chǎn)效率低下，關(guān)于充填開采的技術(shù)和理論還需要進一步完善。

（2）充填所需要的材料種類多且量大，供應(yīng)量無法滿足大規(guī)模開采的需求。

（3）充填技術(shù)的初期需要投入大量的人力物力，成本巨大。

（4）充填所需要的最新設(shè)備型號難以配套，而且新設(shè)備的穩(wěn)定性差。

（5）缺乏一套完整的采煤充填行業(yè)的標準和專門的法律政策規(guī)范。

伴隨著綜合機械化采煤技術(shù)的成熟以及越來越復(fù)雜化的煤礦開采條件，結(jié)合我國采煤行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。充填采煤集輸應(yīng)與現(xiàn)代化的綜合機械化的采煤技術(shù)相配套，創(chuàng)新發(fā)展安全高效的采煤技術(shù)與裝備，方向如下：

（1）加強充填采煤的巖層移動和地表沉陷觀測工作，深入研究充填體、煤柱等協(xié)同作用，深入研究充填采煤技術(shù)相結(jié)合的控制理論，努力降低充填材料的需求量，控制成本。

（2）研發(fā)自動化設(shè)備，提升充填采煤裝備的可靠性，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)，提高充填效率。

（3）研究充填材料的特性，尋找更為適應(yīng)充填采煤環(huán)境的充填材料，建立完善的充填效果評價體系，為采煤行業(yè)提供一個有效的充填效果驗證體系。

（4）在保護采煤區(qū)域環(huán)境的基礎(chǔ)上，不斷拓展新的充填采煤技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

（5）地下水資源的保護也是也是煤礦開采需要注意的重要問題之一，因此需要研究充填采煤與地下水資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，發(fā)展綠色采煤，走可持續(xù)發(fā)展道路。

參考文獻：

[1]李猛，吳曉剛，姜海強，何琪，譚輔清.基于充實率控制的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度研究[J].中國煤炭，2014（01）：50-53+57.

[2]張宏忠.固體充填采煤充實率控制導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育研究[J].煤礦安全，2014（01）：9-12.

[3]張強，張吉雄，巨峰，李猛，耿佃凱.固體充填采煤充實率設(shè)計與控制理論研究[J].煤炭學報，2014（01）：64-71.

作者簡介：劉忠（197-），男，助理工程師，研究方向：采煤。