充填采煤技術現狀與展望

摘 要：當今運用到的充填采煤技術主要有膏體充填采煤技術、高水充填采煤技術、矸石充填采煤技術及局部充填采煤技術，文章在介紹各種充填技術相關知識的同時會對各種技術加以分析，提出目前煤礦開采過程中這些技術存在的不足，著重解決煤礦開采工程中充填采煤技術能力不足的問題。此外，還將研究討論充填采煤技術的理論知識，以助大家深刻認識該技術。

關鍵詞：充填采煤技術；現狀；展望

充填采煤技術的優點主要有：對開采巖層的破壞不大、可以很好地控制開采巖層的移動與地面沉陷的問題，是實現煤礦綠色開采的重要內容之一。我國在二十世紀中期已經開始了充填采煤技術的研究，不過當時的技術存在較大的缺陷，如生產效率不高、機械化程度低，且對充填技術的系統研究方面是空白的，這導致充填采煤技術在當時并未能廣泛使用。經過幾十年的研究，人們探討出了充填采煤技術的理論基礎并將其應用于煤礦開采中，能夠很好的解決煤礦開采與環境破壞之間的矛盾。

1 充填采煤技術的介紹

幾十年的發展使充填采煤技術在煤礦開采過程中得到了極大地推廣，但是由于充填技術的使用存在著一定的條件限制，故目前該技術并未得到廣泛的推廣應用，即充填采煤技術現今仍存在一些需要解決的問題：充填能力與采煤能力未協調的問題、充填材料供需問題、充填技術的成本與所帶來的利益均衡的問題。

充填能力與采煤能力未協調問題主要表現在施工工程中采煤作業與充填是相互制約、相互影響的，兩個環節的相互協調才能使采煤作業順利進行，但是目前充填能力與采煤能力未能相互協調，為了使充填采煤技術達到高產高效的要求，必須解決這兩個能力不協調的問題。充填材料供需問題目前已經找到較好的解決途徑，因采用的是廢石等廢棄物作為充填材料已經基本解決，但是我們知道，煤礦開采過程的廢棄物是較少的，導致了充填材料供應不足的問題，故為了成功應用充填采煤技術，我們必須積極尋找能滿足充填條件的廉價易獲得的充填材料。充填技術很好的解決了煤礦開采過程中的環境、安全等問題，但是其所需的技術、設備等需要很大的資金投入，考慮其效率是一個很現實的問題。除此之外，充填采煤技術對巖層會造成一定的干擾，雖然由于開采后相當長一段時間內巖層會保持穩定，但頂層控制困難，進行充填的時間選擇極其有限，對整體作業有嚴重的干擾。金屬礦脈的頂板多數屬于硬巖，所以其充填時間是可以得到保證的，故對其采空區進行充填是比較容易的，這也是因為采空區空間比較規則、完整，除此之外，對巖層運動的控制也比較容易實現，充填作業與采礦作業之間的相互影響比較小。但是，在層狀巖中的煤層難以保證充填所需的時間與空間，甚至難以保持填充物進入采空區的通道，直接導致了難以實現對巖層運動的控制，填充的時間非常緊迫，容易出現錯誤，導致充填與采煤作業之間相互干擾嚴重。

2 充填采煤技術的現狀

充填采煤技術有多種分類方法，按充填材料可分為高水充填技術、膏體充填技術、水砂充填技術及矸石充填技術；按運送充填材料的方式可分為機械充填技術、水利充填技術、風力充填技術及自溜充填技術；按材料充填位置可分為采空區充填技術、冒落區充填技術及離層區充填技術。此外，根據材料充填的范圍與所占的比例可分為整體充填與局部充填。下面將采用按充填材料不同的分類方法介紹四種充填采煤技術：

2.1 高水充填采煤技術

高水即高水材料，是一種主要由石灰膏、凝固劑、解凝劑、水泥、懸浮劑等組成的凝膠材料。高水充填技術比較適合井下或者地面作業，其作業原理圖如圖1所示。

施工時，將A、B兩種單漿液分別加到緩沖池中，待達到所需的量以后，將閘門打開將其運輸至工作面，混合均勻以后注入圖示采空區。與其他技術相比，高水充填具有以下優點：所需固體材料相對較少、對巖層影響極小、成本低、作業后期質量有保證等，很好解決充填材料供應不足、充填穩定性等問題。

2.2 膏體充填采煤技術

膏體充填的材料是矸石、河砂、爐渣、固體垃圾以及粉煤灰等，將這些材料混合無需脫水，制成膏狀物體，然后通過管道將物體送到指定位置。其主要由制漿系統、運輸系統、充填工作面三部分組成。其工作原理圖如圖2所示。

膏體充填采煤技術由于是漿體，故其流動性較好、其密度與強度很高、容易控制，但是膏體充填采煤技術所需成本較高。

2.3 矸石充填采煤技術

充填采煤技術是一種通過動力將充填的材料（煤矸石）運輸到采空區的方法，動力可以是機械動力也可以是自然界中的風力、水利以及重力。按照所采用的動力可以將矸石填充技術細分為機械填充、風力填充以及人工填充。填充材料并非只有矸石，還包括石砂、粉煤灰、碎石子等，此外還得加入一些添加劑，如凝膠劑等。一般矸石填充技術施工時需要專用的機械將填充材料拋入采空區以實現充填，此種充填技術原理簡單，操作方便，運作成本相對較低，在薄層、中厚層煤礦開采中應用廣泛。矸石充填采煤技術由于可以在一個液壓支架的掩護下進行填充和采煤作業，很好的解決的充填技術中關于充填位置、動力、通道之間不協調的問題。矸石充填技術平面原理圖如圖3所示。

2.4 局部充填采煤技術

局部充填顧名思義就是在局部范圍內進行充填是針對整體充填的概念提出的，充填的空間不是整個采空區，只是采空區的一部分，充填的量與空間都只是所采煤礦總量的一部分。

整體填充技術，即全部填充技術通過向采空區填入填充物以控制巖層的運動，達到減小影響的目的，將地面出現沉陷的可能性降到最低，而局部充填除了依靠填充物控制巖層運動，還利用了覆巖的結構和煤柱的支撐力達到控制巖層運動的目的。一方面將充分利用了各種可以使用的條件，另一方面，大大減少了充填量，節約了開采的成本投入，提高了效益。局部充填根據充填位置與時機可細分為采空區條帶充填、離層區注漿充填技術、冒落區充填技術。

3 充填采煤技術的展望

眾所周知，煤礦開采施工過程中，充填采空區是為了控制巖層的運動，將采礦對地殼運動的影響降到最低，故今后對充填技術的研究應著重于探討煤礦開采層巖層運動規律的總結與地面可能出現的沉陷問題的解決。

目前，充填采煤技術的實際應用中，還有很多制約因素，在這些制約充填采煤技術因素中，主要因素是充填能力與采煤能力不協調，這直接導致充填技術不匹配煤礦開采中高產高效的生產模式，為了解決這一問題，應該著重考慮如何實現充填與采煤能力之間的相互協調，使他們能合理配合。可以從下面幾個方面思考，探討解決的方法：

（1）充填技術的合理化，即尋找合適的充填工藝，以實現與采煤能力的相互協調為主要目的，達到充分分離、密切配合、相互協調的目的。

（2）考慮適當的減少充填材料的量，采用局部充填的方法。

（3）改進充填材料，一方面是改進材料性能，比如如何實現對材料固化時間的控制、提高所用材料的強度等，另一方面應積極尋找開發新型的填充材料，比如氣體等。

4 結束語

文章對目前的充填采煤技術進行了介紹，并按填充材料進行了分類介紹，介紹了其優缺點，使大家對填充技術有了初步的了解，在此基礎上，提出了填充采煤技術的展望以期促進填充采煤技術的進一步推廣。

參考文獻

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