充填開采技術在大傾角煤層的應用

摘要：隨著國家經濟的快速增長，能源的需求量越來越大，煤礦開采業得到了快速發展。經過幾十年的開采，地理環境好、開采難度低的煤礦數量正在慢慢減少，許多采礦企業不得不把開采重心向開采難度相對較大的大傾角煤層進行轉變。大傾角煤層在進行開采時，如果不對采空區進行適當充填，很容易導致巖層塌陷。文章就充填開采技術在大傾角煤層中的應用進行了論述。

關鍵詞：充填開采；采空區；傾角煤層；注漿膠結；膏體充填

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）21-0147-03

1 概述

在進行大傾角煤層的地下開采時，由于其巖層構造的特殊性，如果不采取一些保護巖層的措施，極易造成礦區巖層受到破壞。巖層的損壞可以導致地表塌陷、巖層移動等問題，使得礦區地表的一些建筑物、公共設施、水利農田受到破壞，極大地影響了礦區原有的生態環境。采礦的同時，會產生大量的固體廢棄物，如煤矸石等，這些廢棄的固體廢棄物品在礦區周圍堆積，不僅影響礦區的運輸交通能力，還對周圍的環境造成污染。因此，近年來興起的充填開采技術在大傾角煤層開采中得到了較為廣泛的應用。充填開采技術不僅可以對大傾角煤層開采沉陷起到有效控制的作用，還可以使煤矸石等固體廢棄物品得到循環有效利用。

2 充填開采技術與大傾角煤層的基本概述

2.1 充填開采技術的基本概念

充填開采技術是指，將開采煤礦時所產生的固體廢棄物如煤矸石等經過處理，充填到采空區，這樣，不僅可以減少固體廢棄物的堆積而造成土地資源的浪費以及環境的污染，還可以控制巖層的塌陷，保護了煤礦區地表的正常環境。

國內一般的充填開采技術按照充填的材料可以分為以下幾種：注漿膠結充填開采技術、膏體充填開采技術、超高水材料充填開采技術、煤礦似膏體充填開采技術。

2.1.1 注漿膠結充填開采技術

注漿膠結充填開采技術可以分為采空區高濃度漿液充填技術和離層帶注漿充填技術。前者是將在采空區外制作好的高濃度漿液用特殊管道運輸至采空區，在采空區冒落的巖石固體被重新壓縮成型之前，將輸送進來的高濃度漿液進行充填。后者是最近興起的一種動態控制沉陷方法，它的特點是在開采時，密切觀察開采過程中可能會出現的離層現象，當出現離層現象時，對離層內通過鉆孔等方式對離層內進行充填，通過充填材料形成支撐物理結構，從而有效地控制巖層下沉。

2.1.2 膏體充填開采技術

膏體充填開采技術是指在采空區覆巖層冒落之前，將在地表制作的膏狀漿體通過特殊輸送裝置運輸至采空區，對采空區的部分區域進行充填。這種膏狀漿體一般是由煤矸石、煤灰、劣質礦土等廢棄固體材料制作而成。

2.1.3 超高水材料充填開采技術

超高水材料充填開采技術，顧名思義就是在制作充填材料時，所需材料的含水量極高，這將大大減少固體材料的用量。

2.1.4 煤礦似膏體充填開采技術

在對以上三種充填技術充分研究分析的情況下，并且結合了其他先進的充填技術后，煤礦似膏體充填技術應運而生。它具有膠結能力強，流動性好，便于輸送，且在充填膠結時不發生脫水現象的特點，近年來在許多煤礦單位被廣泛應用。

2.2 大傾角煤層的基本特征

2.2.1 大傾角煤層的概念

傾斜煤層可以分為以下三種：緩傾斜煤層、傾斜煤層、急傾斜煤層，其中，緩傾斜煤層的傾斜角度一般為25°以下，傾斜煤層的傾斜角度一般為25°～45°，急傾斜煤層的傾斜角度則一般大于45°。實際上，通過查閱文獻可知，對于大傾角煤層，現今還沒有準確的定義。但在實際的生產過程中，一般將傾斜角在35°～55°范圍內的煤層稱為大傾角煤

層，有些傾斜角達到60°的也稱為大傾角煤層。

2.2.2 大傾角煤層巖層的特征

大傾角煤層的形成與地質的構造有著不可分割的歷史淵源，與水平面或緩傾斜煤層巖層構造相比，大傾角煤層的頂部與底部的巖層構造由于受到了地質構造時的影響，破壞程度比較大，在進行煤礦開采時，極易造成覆巖層的冒落。

（1）大傾角煤層開采面由于存在比較大的傾斜角，采礦時采空區內產生的冒落的煤矸石由于重力的作用會沿開采面滾落而下，從而造成了采空區下部充滿了從上部滾落的煤矸石，而上部的煤矸石由于滾落而造成懸空。此外，開采面由于重力的作用會沿著傾斜的方向的巖層緩慢移動，造成巖層頂板的沉陷和底板的突起，對于覆巖層的支撐力，由開采面緩慢轉變到中軸線，表現出具有典型特征的非對稱支撐力。

（2）由于開采面會沿著傾斜的方向移動，在沒有外加控制措施的情況下，開采面的底板會受到巖層移動而產生的破壞，一旦開采面的底板受到了破壞，底板的巖層構造將不再穩定，會隨著底板的破裂而發生嚴重的滑動破壞，造成開采面覆巖層、支架、底板整個系統失去平衡，最終引發整個開采區巖層的破壞、地表塌陷等一系列惡化災害。

3 充填開采技術在大傾角煤層生產中的應用

目前，國內對大傾角煤層充填開采技術研究以注漿膠結充填開采技術居多，本文就此技術在大傾角煤層中的應用做以下闡述：

3.1 充填技術的方式和材料

充填技術采用注漿膠結充填技術，其主要的材料構成為煤矸石、煤灰、水泥，材料的質量比為14∶5∶1。在配制充填材料時，加入一定量的減水劑，會使充填注漿的強度更高一些，也減少了水泥的使用量。

3.2 采空面的充填的前期準備工作

（1）對開采面進行擋墻的設置。可根據采空區的具體情況選擇以下擋墻類型：混凝土擋墻、金屬網擋墻、煤矸石擋墻、木質擋墻。每種擋墻各有特點，選擇時可根據需要進行綜合分析后再選用。

（2）對需要充填的區域進行輸送充填材料管道的架設。管道接縫間務必連接緊密，以防發生充填材料的滲漏。在進行充填時，往往需要用到通訊設備，所以，前期的準備工作也需要對所有的通訊設備進行檢查，保證通訊設備的正常運行。

3.3 充填開采技術的具體工作程序

（1）清理輸送管道：在進行充填前，需要對管道進行疏通清理，具體方法是：在充填材料輸送前，對管道進行輸送清水，在確保清水輸送無阻礙后方可進行充填材料的輸送。

（2）充填材料的充填：地面制備好的充填材料（膏體、膠體等）緩緩輸入輸送管道，輸送過程中需密切觀察管道的輸送情況，確保管道的通暢

無阻。

（3）充填的停止：當達到充填量時，迅速停止材料的輸送。停止輸送后需進行管道的清洗，以便下次使用。

4 結語

充填開采技術在國內眾多煤礦的開采生產中得到了廣泛的應用，充填開采技術有著很好的技術優勢，一方面可以使得開采時所產生的煤矸石等廢氣固體材料得到重復利用，減少了資源的浪費，一方面在參與充填時對巖層的沉陷起到了很好的控制作用。隨著大傾角煤層開采量的逐步增多，有理由相信充填開采技術在大傾角煤層開采中必定會得到更為廣泛的應用。

參考文獻

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作者簡介：牛彬（1964-），男，山西高平人，山西高平科興平泉煤業有限公司助理工程師，研究方向：采礦工程。

（責任編輯：周 瓊）