矸石充填采煤技術對礦壓規律的影響分析

許超

【摘 要】中國是能源大國，但是由于早期生產力和生產技術的落后，導致能源開采所產生的環境污染問題日益嚴重。煤炭開采過程中產生的矸石既是固體廢棄物又可以作為再生資源加以利用。本文從實際出發，以目前我國煤炭開采過程中矸石再利用的實際情況為研究對象，介紹兩種常用的矸石充填采煤方法，著重分析矸石充填采煤中的礦壓顯現規律，并希望通過此次研究與各位業界同事進行深入交流，共同進步。

【關鍵詞】矸石充填采煤；采場礦壓；地表沉陷；規律分析

一、引言

中國是能源大國，煤炭儲量世界第一。但是在煤炭開采量增多同時矸石等污染物的產出量也在逐年遞增。矸石是煤炭開采過程不可避免的固體廢棄物質，但是隨著生產技術的發展矸石又可以作為煤炭充填物質實現廢棄物再利用，從而實現資源再利用和保護環境的目的。現階段是我國產業結構調整的重要時期，為保證煤炭開采行業的可持續發展，必須轉變發展方向，在提高煤炭開采技術的同時加強資源再利用技術和環境保護工作的研究。矸石充填采煤技術在我國煤炭開采作業中卓有成效，但是依然存在提高和發展的較大空間。本文根據我國煤炭開采過程中矸石再利用的實際情況，簡單介紹了兩種常用的矸石充填采煤方法，并著重分析矸石充填采煤中的礦壓顯現規律，以期達到提高矸石充填采煤技術的目的。

二、矸石充填采煤技術

近年來煤炭開采技術發展迅速，相應的矸石再利用技術也得到較大發展矸石充填、矸石發電以及矸石建材等。但是在實際工作當中由于技術和成本等問題矸石再利用項目遇到不同程度的困難。矸石充填采煤法因回收率高，就地取材等優點應用廣泛。矸石充填采煤方法可大致分為普采矸石填充采煤法和綜采矸石充填采煤法兩種，并在實際生產中取得良好效果。本章就這兩種方法分別介紹分析。

（一）綜采矸石充填采煤法

綜采矸石充填采煤法簡單來說就是邊開采邊進行矸石充填的煤炭開采作業方法。在煤炭開采作業面的支架上安裝矸石充填溜子，在進行煤炭開采的同時通過機械設備將矸石充填到作業面。該技術操作重點在于保證煤炭開采作業與矸石充填作業同時進行，做好矸石充填溜子與割煤、采煤作業面的安全防護距離，以免二者產生沖突。煤矸石本身對其運輸器械具有較大磨損，因此必須做好矸石運輸系統的養護工作，以保證采煤作業的連續穩定運行。與普采矸石充填采煤方法相比，綜采矸石充填采煤方法在作業支架的后面沒有按裝掩護設備，而是直接在短尾梁上面懸掛矸石充填溜子，這樣設計更有利于開采作業人員平直的進行割煤、采煤作業。

（二）普采矸石充填采煤法

普采矸石充填采煤法通常廣泛應用于煤礦的采空區，將具有支撐裝置的自動拋矸設備安裝在采煤作業支架的后面，該設備不僅可以實現矸石的自動拋扔還可以實現矸石的自動充填作業。相較于綜采矸石充填采煤方法，普采矸石充填方法可以實現煤炭運輸系統和矸石運輸系統的互不干擾平行運行，從而極大地提高了采煤作業面生產的連續性，進而提高煤炭開采效率。同時由于對自動化系統的運用，普采法比綜采法具有較高的環境適應性，尤其當煤炭采空區域處于較高位置時，普采法可以達到較高的充實力度，充分保障了采煤作業的安全性和穩定性。由于普采法和綜采法所具有的各自的優缺點，目前國內矸石充填作業中，逐漸形成以普采矸石充填法為主綜采矸石充填方法為輔的局面。這兩種方法對提高我國煤炭開采作業效率均做出巨大貢獻。

三、礦壓顯現規律分析

通過對普采法和綜采法的對比分析可以看出，雖然二者在提高開采效率上具有顯著效果，但是由于矸石膨脹易碎的特性使其在壓實處理技術上存在較大的局限性。雖然空隙的形成無法避免，但是通過研究分析空隙成因，可以在一定程度上降低地表下沉的程度。

（一）礦壓顯現規律分析意義

采煤場區域礦壓顯現規律的研究具有很高的實際價值。所謂煤炭開采就是通過破壞原有地質結構的方式將原本處于地質結構中的煤炭資源挖掘出來。這種資源的開采必然會使地層形成空隙進而造成地表下沉等問題，對地質環境的保護工作產生不利影響，因此分析研究采煤場礦壓顯現規律勢在必行。

（二）矸石特性與充實率

通過矸石碎脹性能實驗可以發現，采煤礦區地質條件不同，矸石的碎脹性能存在細微差異。對矸石碎脹和壓實處理進行相關分析可以看出，矸石的碎脹性能是由其強度決定的，即矸石強度越高就越容易發生碎脹，在矸石充填過程中也更容易形成較大的空隙。因此可以推斷出矸石強度與其充實率之間呈反比。與此同時研究還發現矸石顆粒的均勻性與其充填率呈正比，即矸石顆粒均勻度越高，則矸石填充產生的空隙越小，矸石充實率也越高。從矸石本身性質出發提高其填充的充實率，來達到降低采礦區域地表下沉程度的目的。

（三）礦壓與支架載荷

在煤炭開采作業中，常采用架設安全支架的方式來進行采空區的安全防護工作以防止發生地質塌方事故。因此研究支架負荷理論是研究礦壓顯現規律的基礎。運用支架負荷理論對煤層開采高度、深度以及支架的支撐能力進行分析計算，并結合采煤作業的實際工作經驗，可以得出以下結論：煤層開采的高度越高、深度越深，則支架所承受的負荷越大，換句話說，采煤礦區礦壓越高，安全支架的載荷能力越大。

（四）礦壓顯現規律

經過上述分析可以得出結論：礦壓和安全支架的負荷呈正比，因此可以借由安全支架負荷能力來推測采煤場的礦壓大小。但是該方法亦存在較大缺陷，安全支架的承載能力僅僅作為一個重要的參考值，而不能完全代表整個采煤場區的礦壓。在實際生產中安全支架的承載力會隨著時間推移而有所下降。調查有關矸石充填采煤地區歷史記錄可以發現，與未進行填充處理的采空區域相比，已填充的采空區域的頂板和安全支架的下降程度相對較高。因此對采空區域進行矸石填充處理，可以在一定程度上控制采煤場的礦壓。

（五）礦壓與地表下沉

從礦壓顯現規律可以看出，當采煤場開采的高度越高、挖掘的深度越深則礦壓就越大，相應采煤場地表下降程度也越大。由此可見煤場開采區地表下沉的程度與礦壓之間存在緊密聯系。因此為了減輕地表下沉程度，矸石充填采煤應被廣泛推廣應用。

四、結語

綜上所述，礦壓顯現規律對矸石充填技術來說具有重要研究價值。在科學發展觀和可持續發展思想指導下煤炭開采行業也面臨巨大挑戰，高、精、尖技術發展要求采礦工作人員結合實際工作經驗找到適合本礦山情況的煤炭開采方法，并在此基礎上加以改進，使其更加契合自己本身的實際情況。高效、環保的煤炭開采技術將是未來發展方向，此次簡單總結矸石充填采煤中的礦壓顯現規律分析，希望能對廣大煤炭開采工作者有所幫助，共同進步，為我國煤炭開采行業的可持續發展貢獻一份微薄之力。

【參考文獻】

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