我國煤礦充填開采技術的現狀與發展趨勢

李中彬

摘 要：近年來，隨著我國經濟水平的不斷提高，我國的煤礦事業在不斷發展。在煤礦行業中，越來越多的重視環保，將可持續發展理念和環保理念作為主要發展理念。首先對目前我國煤礦中常用的開采技術進行研究分析，并對我國煤礦充填開采技術的應用現狀進行探討，最后對煤礦充填開采技術的發展趨勢進行展望。

關鍵詞：煤礦充填開采；技術特點；現狀；發展趨勢

長期進行地下開采易導致出現巖層破壞、地表沉陷以及巖層移動的現象，并給道路、水體、建筑物、水工工程、農田以及管路等帶來破壞，嚴重影響生態環境。近年來，雖然采礦方法種類越來越多，但隨著人們環保意識的不斷增強，越來越注重資源的合理開發，人們對采礦方法提出了越來越高的要求。充填采礦法以其自身具備的貧化率低以及回收率高的優點，在煤礦的開采中得到越來越廣泛的應用。以下對其技術發展現狀進行分析，并展望其未來發展趨勢。

1 目前我國煤礦充填開采技術的發展現狀

1.1 水砂充填長壁法

對充填開采法應用的范圍進行分析了解后，其主要被用來應用在金屬礦中，相對來說，其技術發展較為成熟。在德國和波蘭等地，煤礦采空區充填開采技術應用的較多，主要將煤矸石、河砂以及電廠粉煤灰作為充填材料，在這些充填材料中，水砂應用范圍更廣。通常情況下，將水砂運用到長長壁工作面中，填充后，其地表下沉系數約為0.20。其具有較好的應用效果，如波蘭通過運用水砂充填法，在多座城市下開采出比較豐富的煤炭資源。

1.2 膏體充填技術

在二十世紀六十年代，我國的撫順勝利礦通過運用水砂充填長壁將工廠保護煤柱開采出來，雖然其開采效果較好，但其需要較高的成本，且工藝較為復雜，在我國煤礦中還未得到廣泛普及。為有效解決水砂充填過程中存在的建立隔排水系統、泌水問題，在二十世紀八十年代初期，膏體充填技術誕生了。在制作充填材料時，能夠將其作成不會發生泌水現象的牙膏狀漿體，即使流速較低，也能夠實現正常泵送，這樣能夠進一步提高充填效率。由于其自身存在較好的優點，在金屬礦山中，其得到快速發展。目前，在我國煤礦中正在進行膏體充填技術應用在工業中的可行性試驗。

1.3 離層注漿減緩地表下沉

在二十世紀八十年代后期，借鑒外國的經驗后，離層注漿減緩地表下沉在我國誕生了，其試驗獲得成功后，得到了相關工程技術人員以及開采沉陷專家的重視。如在新汶華豐煤礦、開灤唐山煤礦等煤礦中獲得顯著成效。

進入到二十一世紀后，充填技術在不斷的創新和改造，逐漸進步發展。膏體充填、膠結充填以及高水速凝材料固結充填等在煤礦中得到越來越多的使用。但其均不同程度存在一些缺點，如膠結充填的主要膠凝材料為水泥，由于其固結細粒能力差，初次充填體時需要進行少量脫水工作，進而易導致析出料漿中的水泥顆粒，并使其流失；另外，在污染井下作業，還會減弱充填體自身強度等。

2 我國煤礦常見的充填開采工藝技術

對我國煤礦充填法的發展過程進行分析了解后，主要將其分為兩大類，分別是傳統煤礦充填與現代煤礦充填。

2.1 傳統煤礦充填技術

傳統煤礦充填技術主要包括水力充填、粉煤灰充填、風力充填、矸石自溜充填以及矸石帶狀充填等，其中，水力充填指的是運用水力輸送的方法，將充填料經過充填管路送入到采空區中充填；風力充填指的是運用壓縮空氣風壓的原理，經過垂直管路將充填材料送入到井下貯料倉中，然后再運用普通輸送機將其送入到采空區風力充填機中，運用風壓的原理，將充填材料送到采空區充填；矸石自溜充填指的是使用單軌吊車、卡軌車或者齒軌車等運輸工具將矸石從掘進工作面中輸送到采空區中。如煤層傾角比較大，那么則適宜運用矸石自溜充填法進行充填；矸石帶狀充填指的是沿著工作面的推進方向或者開切眼，隔開一定距離后，通過壘砌一個矸石，對頂板進行支撐，進而起到防止地表下沉的作用。

2.2 現代煤礦充填技術

現代煤礦充填技術主要包括注漿膠結充填技術、膏體充填技術以及超高水材料充填技術。

2.2.1 注漿膠結充填技術

注漿膠結充填技術主要包括采空區高濃度漿液充填技術和離層帶注漿技術。其中，采空區高濃度漿液充填指的是在地面將膏狀的高固低水漿液制備后，使用管道將其運送到井下的工作面中，在工作面中進行推進時對采空區進行充填；離層帶注漿是一種新型的巖石控制方法，在特定地質環境下，如開采空間為特定尺寸，那么采空區上覆巖層中斷裂帶和彎曲帶相結合后，在一定范圍中，內巖層會發生離層，經地面鉆孔將粉煤灰等材料注入到離層帶內，且會在巖體中逐漸形成支撐結構，對覆巖下沉進行有效控制，最終逐漸有效控制地表下沉。

2.2.2 膏體充填技術

膏體充填指的是在采出煤層與頂板冒落之前，將劣質土、煤矸石以及粉煤灰等固體廢物制作成不需要脫水、無臨界流速的膏狀漿體，在重力或者泵壓的作用下，通過管道將其運送至回采工作面中，然后填充采空區，并構筑相間的充填條帶，使用充填條帶起到支撐覆巖的作用。其主要包括膠結膏體充填與非膠結膏體充填兩種。主要具有環保、采出率高、安全性高、材料選擇廣泛以及能夠經過管道運輸的優點。

2.2.3 超高水材料充填技術

該種材料主要由中國礦業大學研制，屬于一種ZKD型的高水速凝充填材料，材料主要包括A料、B料、A-A添加劑以及B-B添加劑，其含有較高的摻水量，摻水量達到95%；能夠有效減少固體粉料的用量，是一種比較理想的充填材料。主要使用掛包、水力泵送的方式進行充填。首先將其制作呈高水速凝充填材料，然后將材料輸送到泵中，使用泵進行充填，注意對充填情況進行實時監控。

3 我國煤礦充填開采技術的發展趨勢

煤礦充填開采技術室對“三下”壓煤進行開采的重要途徑，能夠顯著提高煤礦開采的安全性和可靠性，為解決礦山采出矸石、處理城市固體垃圾以及解決矸石山污染與安全提供有效的方法途徑。另外，其解決以往出現的采空區問題，不僅能夠保證“三下”煤炭資源開采的安全性，而且還有效解決采空區瓦斯超限問題，給煤炭企業帶來較大利益。此外，超高水材料充填、膏體充填等技術在我國范圍內正逐步推廣應用，其技術發展越來越成熟。雖然其具備很多優點，但也存在不足之處，如在對新型的充填材料進行研發時，要對礦井固體廢料充分利用，降低固體污染，實現變廢為寶；另外，要注重研究充填理論，對充填介質特性進行量化，并發現充填參數和地表沉降之間的關系；對新型的充填設備進行研發，如充填支架、輸送機等設備。

4 結束語

隨著我國經濟水平不斷提高，我國的煤礦開采技術也在不斷的創新和發展，其將會給我國煤礦開采工作帶來更大的效益，真正實現煤炭開采工作的環保性、經濟性、安全性以及高效性。

參考文獻

[1]惠功領.我國煤礦充填開采技術現狀與發展[J].煤炭工程，2010，01（02）：21-22.

[2]胡炳南.我國煤礦充填開采技術及其發展趨勢[J].煤炭科學技術，2012，40（11）：1-3.

[3]代建四.煤礦充填開采的現狀與發展趨勢[J].科技創新導報，2010，14（18）：60-62.

[4]吳吟.中國煤礦充填開采技術的成效與發展方向[J].中國煤炭，2012，01（11）：9-10.

[5]楊勝利，白亞光，李佳.煤礦充填開采的現狀綜合分析與展望[J].煤炭工程，2013，10（31）：95-9.6