對固體充填采煤充實率設計與控制理論研究

摘 要：煤礦開采的主要工作內容是充填采煤，綠色開采是當今環境對采煤行業的客觀要求。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、礦區地質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展。隨著我國采煤行業的迅速發展，提升充填采煤裝備自動化水平，提高充填采煤效率，建立充填采煤基礎理論是煤礦充填采煤技術發展的必然趨勢。

關鍵詞：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

固體充填采煤技術是煤礦采煤技術里中最有效的方法之一，充填體充實率能很直觀的表現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計，在實施工程的時候，也需要控制和實時監測充填采煤的充實率問題。結合地表建筑以及地底巖層等實際情況設計充填煤礦的充實率，再根據工程要求的采高、充填設備等條件來設置工程參數，進行具體的采煤工程設計[2]。

經過近十年的發展，煤礦充填采煤技術已成為解決開采煤炭與保護環境問題的有效途徑之一。其推廣應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、保護生態環境等方面有著重要的作用。

1 充填采煤技術的發展歷史

為了滿足采礦工業的需要，采煤技術先后經歷了水砂充填、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，目前水砂充填技術已經很少使用，隨著科技的不斷發展，在傳統充填采煤技術的基礎上，煤礦企業陸續研發了拋矸充填、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[3]。充填采煤效率得到了顯著提升，充填采煤效率技術邁入了新的發展階段。

2 充填采煤技術的重大突破

想要實現綠色采煤就必須能夠開發出能與綜合機械化相匹配的現代環保充填技術。在經過中國諸多礦業研究者不斷實踐研究，結合了現代科學的采煤技術和傳統充填采煤技術，取長補短之后，研究人員發明了綜合機械化固體充填采煤技術，實現了密實充填有效控制巖層運動的目標，并且發展成為綠色采煤技術的核心。

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鍵設備，采煤和充填均是在充填采煤液壓支架的掩護下完成的。該技術采用機械設備將采煤礦區矸石、粉煤灰、風積沙等固體廢棄物密實充填入采空區內，控制巖層移動目標在合理范圍內，該技術能開采出壓煤、邊角煤柱等傳統采煤技術無法回收煤炭資源，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，對生態環境形成有效保護，對綠色采煤充填有著重要的意義。

3 充填采煤理論與技術的發展與展望

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

（1）充填開采的設備較多，工藝比較復雜，對技術的要求較高。然而采煤地區的地質條件多變，生產效率低下，關于充填開采的技術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，供應量無法滿足大規模開采的需求。

（3）充填技術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備型號難以配套，而且新設備的穩定性差。

（5）缺乏一套完整的采煤充填行業的標準和專門的法律政策規范。

伴隨著綜合機械化采煤技術的成熟以及越來越復雜化的煤礦開采條件，結合我國采煤行業的發展現狀。充填采煤集輸應與現代化的綜合機械化的采煤技術相配套，創新發展安全高效的采煤技術與裝備，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、煤柱等協同作用，深入研究充填采煤技術相結合的控制理論，努力降低充填材料的需求量，控制成本。

（2）研發自動化設備，提升充填采煤裝備的可靠性，優化系統設，提高充填效率。

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

（4）在保護采煤區域環境的基礎上，不斷拓展新的充填采煤技術的應用領域。

（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境的協調發展關系，發展綠色采煤，走可持續發展道路。

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水裂隙帶發育高度研究[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水裂隙帶高度發育研究[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。