關于綜合機械化固體充填采煤一體化技術的探討

摘 要：在對綜合機械化固體充填采煤一體化技術進行介紹的基礎上，本文從作業物資輸送系統布置、充填與采煤并舉兩方面對技術的應用要點展開了分析，并對技術的未來發展進行了探究。

關鍵詞：綜合機械化采煤；充填采煤技術；一體化技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.100

0 引言

作為煤炭消費大國，我國擁有豐富的煤炭資源。但是與發達國家相比，我國在煤炭開采方面的技術較為落后，無法滿足煤炭開采的效率要求，同時煤炭開采也給環境帶來了嚴重污染，不利于促進礦井的長久發展。而提出綜合機械化固體充填采煤一體化技術，有助于解決煤礦開采問題和環境污染問題，因此還應對該技術展開進一步的研究和應用。

1 綜合機械化固體充填采煤一體化技術

在煤礦開采的過程中，采礦區上的覆巖層將會隨著開采工作的推進而逐漸垮落，所以會給煤礦開采人員帶來安全威脅。為解決這一問題，充填采煤技術得到了應用，即通過對采空區進行膏體、高水材料等不同材料的充填，形成穩定的采礦區，繼而為煤礦開采提供保證。伴隨著機械化技術水平的提升，同時伴隨著人們環保意識的增強，綜合機械化固體充填采煤一體化技術得到了研發。采用該技術，就是利用機械將煤礦開采形成的矸石、粉煤灰等固體廢棄物充填至采礦區，以達到控制巖層移動的目的。在整個過程中，由于聯合采用了綜合機械化采煤技術和固體充填采煤技術，因此推動了采煤技術的一體化發展。采用該技術，首先能夠保證采礦區的頂板不垮落，為煤礦開采提供安全保障。其次，采用該技術實現了對煤礦開采過程中產生的固體廢棄物的利用和處理，所以能夠為采煤作業帶來一定的環保效益。最后，通過綜合機械化采煤，可以使煤礦開采保持較高的效率，因此能夠滿足企業生產需求。

2 綜合機械化固體充填采煤一體化技術的應用要點

2.1 作業物資輸送系統布置

在應用綜合機械化固體充填采煤一體化技術進行開采作業時，首先還要解決充填固體材料和煤炭的運輸問題。在技術應用的過程中，主要需要以地面上建筑垃圾、矸石、粉煤灰等固體廢棄物為充填材料，需要從井上將材料輸送至井下的采煤工作面。而與此同時，采煤工作也正在進行，所以需要將井下的煤炭輸送至井上[1]。因此在技術應用的過程中，不僅需要解決物質的連續輸送問題，還要完成物資輸送系統的科學布置，以確保煤礦開采和固體充填不會發生相互干擾。為達成這一目標，實現綜合機械化，需要完成物資輸送系統的布置。該系統由井上固體充填物料輸送系統、物料垂直連續輸送系統、井下煤炭輸送系統構成。針對固體廢棄物，可以直接理應投放系統將其輸送至井下，然后利用帶式輸送機運輸至采礦區，利用刮板式充填機等設備進行充填。而井下煤炭輸送有其專用通道和系統，與固體充填料的運輸保持平行，同樣能夠利用投放系統輸送至地面。在采煤工作面后，需要完成充填作業面的布置。在該工作面上，需進行一條固體充填料輸送帶的設置，用于將物料輸送至充填設備。

2.2 充填與采煤并舉的實現

在技術應用的過程中，還要同時進行煤礦開采。為保證采煤作業安全，還要利用一體化液壓支架支撐頂板。該支架的設置，是結合多年研究結果得到的結論。通過對固體充填開采煤礦的壓顯現規律進行系統分析的基礎上，可以完成采場礦壓力學模型的構建，對充填采煤支架的主動受壓機理展開分析。不同于傳統支架被動進行頂板支撐，該種液壓支架能夠主動承受頂板壓力，為開采作業的安全進行提供保障。從結構上來看，支架由前頂梁和后頂梁構成，后者的支護力較強，能夠為充填作業提供頂板支撐力。而前者能夠為采煤作業的開展提供頂板支撐力，保證采煤與充填作業同時進行。在支架后頂梁下，存在兩根立柱，能夠提供較大的支撐力。該位置同時連接有充填和夯實設備，能夠在充填固體物料后，對其進行高效密實。從效果上來看，經過夯實的的充填物強度能夠達到2MPa。

3 綜合機械化固體充填采煤一體化技術的發展

現階段，采用一體化技術進行煤礦開采和采空區充填，同時開展充填作業將在一定程度上對采煤作業效率產生影響。因為在充填的過程中，需要一定的時間對固體充填物進行夯實。采用機械自動化控制技術，可以實現充填和夯實作業的自動化控制，則能使充填和夯實效率得到提升，所以能夠更好的滿足一體化作業提出的效率要求。而在固體充填方面，使用廢石、建筑垃圾等材料，還應對材料的長期穩定性和物理學性質展開進一步分析[2]。結合分析結果，對固體充填材料的來源進行拓寬，則能使用城市生活垃圾、風積砂等各種材料作為煤礦固體充填材料，繼而更好的解決垃圾處理問題和充填物來源問題。此外，目前一體化技術的使用范圍依然受限，其適應的煤層高度在2.0-4.0m之間。想要在大采高和薄煤層開采中進行技術的應用，還要對采煤液壓支架、固體充填物夯實設備等技術的適應性問題展開研究。伴隨著淺部煤炭資源的逐步減少，深井開采必然成為煤炭資源的主要開采方式。因此，還要加強對綜合機械化固體充填采煤一體化技術的適應性研究，才能更好的進行技術的應用。

4 結論

通過研究可以發現，在煤礦開采的綠色化發展過程中，綜合機械化固體充填采煤一體化技術的研發，使得煤礦開采作業與采空區填充作業的同時開展成為了可能，不僅能夠有效提升煤礦開采效率，也能加強對固體廢棄物的回收利用，從而在為煤礦企業帶來更多經濟效益的同時，創造一定的社會效益。因此，還應加強對該技術的研究，以便結合未來煤礦開采需求更好的進行技術的推廣應用。

參考文獻：

[1]黃曾華，南柄飛，張科學等.基于Ethernet/IP綜采機器人一體化智能控制平臺設計[J].煤炭科學技術，2017，45（05）：9-15.

[2]楊所武.煤礦井下采選充采一體化工藝與技術研究[J].山東煤炭科技，2016（02）：21-22+24.

作者簡介：牛辰（1988-），男，山西大同人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦機電。