我國煤礦充填開采技術及綠色開采技術研究

袁志剛

山西高平科興新莊煤業有限公司

我國煤礦充填開采技術及綠色開采技術研究

袁志剛

山西高平科興新莊煤業有限公司

隨著煤炭開采技術水平的提高，為了解放“三下”壓煤，煤礦“三下”開采技術得到了極大發展。我國煤礦“三下”傳統開采技術有離層注漿、條帶式開采，其中離層注漿不能有效控制地表下沉，成本高，效率低；條帶式開采，資源回收率低，一般不超過50%，資源浪費嚴重。充填開采不僅能有效控制地表下沉，而且資源回收率可達90%以上。充填開采目前有超高水材料充填、膏體充填、固體物充填三種技術。本文主要對充填技術以及綠色開采技術進行簡要闡述。

煤礦工程；充填開采；綠色技術

隨著煤炭資源的利用越來越廣泛，煤礦開采對周圍環境的破壞逐漸顯現出來。從實況來看，破壞主要表現在以下幾個方面：①對土地資源大量的破壞與占用；②破壞與污染周圍水資源；③污染大氣環境。因此煤炭開采必須要朝著高利用、低開采以及低排放方向發展。在這種環境下，探究煤礦的綠色開采技術及其應用具有重要的現實意義。

1 煤礦充填開采技術

1.1 超高水材料充填技術

充填工藝采用水力泵送、掛包充填。包括充填泵站與充填點兩部分，該充填工藝系統相對簡單，初期與總體投入均較低。由于充填材料具有流動性，對于仰斜開采，只需要管路、攪拌與泵送等設備就可以形成完整的充填系統；而對于水平開采和俯斜開采，還需用充填袋，效率相對較低，月產一般在5000～10000t，目前在綜采機械化充填方面還沒有取得突破。

1.2 膏體充填采煤技術

固體廢物膏體充填是煤礦綠色開采技術的重要組成部分，它是一種將煤矸石、粉煤灰、劣質土等固體廢物制作成無臨界流速、不需脫水的膏狀漿體，通過泵壓或重力作用，經過管道輸送到回采工作面，適時充填采空區的綠色開采技術。膏體充填分膠結膏體充填、非膠結膏體充填。該充填技術具有高采出率、環保、高安全性等優點，管道運輸，材料選擇廣泛，目前已在多個礦井應用，在炮采工作面應用較多，綜采膏體充填技術正在研究。

1.3 固體物充填技術

1.3.1 長壁普采(或炮采)固體物充填技術。將巖巷和半煤巖巷(煤矸分裝)掘進矸石或地面矸石山矸石用礦車運至井下矸石車場，經過裝載破碎機破碎后，進入矸石倉。通過矸石倉下口，經過膠帶輸送機將破碎后的矸石運入上下山，而后載入采煤工作面的回風平巷，再由工作面采空區刮板輸送機運至工作面采空區拋矸膠帶輸送機尾部，由拋矸膠帶輸送機向采空區拋矸充填。

1.3.2 長壁綜采固體物充填技術。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，通過大垂深投料系統(包括防沖擊力的緩沖系統、防止堵倉設備、井上下調度監控系統)、井下運輸系統運至工作面，再通過掛在充填支架尾梁上的充填開采輸送機充填到長壁工作面充填區內，由夯實機進行夯實，置換出煤炭資源，從而達到解放“三下”壓煤并控制覆巖運動及地表沉陷的目的。

2 綠色開采技術的運用

事實上，采礦開采活動之所以會影響到安全與環境，主要是因為地下活動導致巖層移動及破壞，導致巖體周圍的地壓、應力場、瓦斯水體運移場以及節理裂隙場等相關變化。所以綠色開采一定要采用先進科學理論作為基礎。

2.1 煤與瓦斯共采技術

煤與瓦斯共采技術是在開采過程中，利用上覆巖層的礦壓變化活動，掌握對被卸壓煤層的抽采時機，并對抽采技術進行完善和優化。采取了如下措施：

(1)有效保證地質安全。在高分辨率地震勘探技術的協助下，詳細呈現了當地的地質條件與煤層分布，并精準的預測出了該煤層的厚度，進而對斷層和裂縫等做出了有效定位以及準確計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。

(2)對礦井的開拓布局進行優化完善。利用“分區建設、分區開拓、分區通風”的礦井安全生產系統，降低了開采工程量，并減少了開采成本，工期也得到了縮短。

(3)發展新的開采方法。為了減少井巷工程的工作量以及工作面的搬家次數，礦區擴大了采區劃分和布置的范圍，并著力加大了工作面長度以及推進長度，另外，通過將巷道布置與煤層頂底板中。推廣應用了有利于瓦斯抽采的新技術。對于煤層傾角小于60°的礦井及塊段，應該使用傾斜條帶布置，當開采設備或技術等條件能夠滿足要求時，要選擇綜采，反之，則選擇高檔普采。

2.2 支護技術及減少排放矸石技術

開采煤炭過程中排放的矸石同樣會影響環境，如今降低矸石排放所用主要措施就是在煤層中設置巷道。但是因煤巷圍巖常常出現不可抗拒的大變形，因此大多使用大斷面預留量、可縮性支架、巷旁充填這種方法。但是采用這種方法時如果不用將矸石上井，必然會對井下的煤巷進行維護，而且伴隨煤礦開采的深度增加維護難度也越大。如果將矸石弄到井上處理，必然出現地面復墾問題。

2.3 采空區的充填技術

填充開采是開采煤礦環境問題的解決措施，特別是在一些經濟較為發達地區，解決開采建筑物下的問題非常重要。但是這種開采技術的成本極高， 因此對該技術的應用有一定的限制。如今，充填開采技術關鍵在于選取充填材料及怎樣降低成本上。要降低成本，可以只對一部分采空區進行充填，但是要確保沒充填的采空區寬度低于覆蓋巖的關鍵詞初次破斷跨距，而且充填條帶還必須要長時間處于穩定狀態。

2.4 煤炭地下氣化技術

這種技術是對傳統的采煤方式進行革新，在原位采用熱化學反應把煤炭轉為可燃氣體。該技術不但改善了煤礦開采過程中的作業條件與環境，在一定程度上還消除了不利于煤礦開采對環境的影響。

煤礦綠色開采以關鍵層理論為基礎，是我國煤炭工業發展的目標，也是我國可持續發展的必然要求。目前，我國的礦產資源日趨緊缺、煤炭開采與利用的成本不斷升高、環境破壞越來越嚴重，而在各大煤礦推廣綠色開采，對于保證生產利益的同時，提高回采率，保護煤礦周圍生態環境，實現廢物利用等都有著重要的意義?？梢哉f，煤炭綠色開采技術是今后我國煤炭事業的發展趨勢，有很好的發展前景。

[1] 錢鳴高，許家林，繆協興.煤礦綠色開采技術[J].中國礦業大學學報，2003，04：5-10.

[2] 錢鳴高，許家林，繆協興.煤礦綠色開采技術的研究與實踐[J].能源技術與管理，2004，04：1-4.