煤礦開采沉陷充填開采技術及其應用

王洪忠

摘 要：目前隨著我們國家的經濟在不斷的發展，我們對于煤礦的開采程度正在不斷的加深，在具體的煤礦開采過程當中，越來越多的先進的技術正在不斷的應用，通過這些先進的技術能夠更好的促進煤礦開采質量的提升，但是在這其中還有很多的問題仍然存在的。所以在此篇文章當中就煤礦開采沉陷充填開采的技術點及其應用的一些具體情況進行分析。

關鍵詞：煤礦開采；沉陷充填開采技術；應用分析

1.前言

根據我們國家目前對于煤礦開采過程當中所出現的具體問題可以看出，由于目前我們對經濟的發展，片面的追求速度、追求經濟效益，導致很多方面在發展過程當中并不是十分的充分，導致很多的問題出現。為此，此篇文章主要是分析煤礦開采沉陷充填開采技術及其應用，推動該技術進一步發展，更好的滿足煤礦開采的需求，促進煤炭行業的發展。

2.煤礦充填開采技術的基本現狀

通常情況下，在開采金屬礦石的過程中都會應用到充填技術，因此，該技術在目前而言相對比較成熟，但在煤礦開采方面，充填技術還處于“借鑒”階段。這是由于煤礦的結構屬于層狀巖石層，在煤礦開采之后必然會導致巖石發生移動或破壞的情況，因此，對于煤礦的開采，充填技術及其解決的最終目的并不同于金屬礦石。有研究顯示，中國在開采煤礦后對沉陷地區的填充方法仍沿襲著20世紀60年代的方法，撫順勝利礦根據傾斜上行水砂充填長壁采煤的方法順利地對工廠的保護煤柱進行了開采；直至后期，中國又借鑒了國外經驗（利用離層注漿的方法來緩解地表下沉情況），從而優化了中國充填技術，并有效減緩了中國在煤礦開采后造成的大面積地表沉陷現象。此外，在技術發展的過程中，為了進一步解決水砂充填時的泌水及建立復雜且難度較高的隔離排水系統等問題，德國 在20世紀80年代就研制出了充填技術，其中，該技術的優勢是將用于填充沉陷部位的填充材料科學制成牙膏狀、不沁水的漿體，然后，利用低流速通過泵機將填充材料順利輸送至沉陷區域，從而不僅有效促進了填充效率的提高，還使得填充材料凝結的時問得到了有效縮短。但就目前對煤礦需求量不斷上升的情況而言，國內煤礦開采后所造成的沉陷范圍愈來愈大；再加上地質情況的不同，對填充方法的要求也不同，如單純采用同一種充填的方法，那么將無法滿足沉陷區填充的需求，也無法達到預期充填的目的。此外，有相關調查顯示，中國目前大約還存有1500座煤礦矸石山。煤礦開采過程中會產生大量矸石，而矸石堆積不但會浪費大面積土地資源，還會破壞生態環境，并造成嚴重的污染問題。因此，深入研究分析煤礦開采后的填充方法及技術對解決生態環境問題與促進綠色開采等具有十分重要的意義。

3.煤礦開采沉陷充填開采技術及其應用

3.1 塊石膠結充填技術及應用

塊石膠結充填技術的工藝相對簡單，具備較強的充填能力，能夠有效利用礦井下的廢石，在低水泥用量的前提下能夠保證充填強度，適用于廢石較多、對充填強度有較高要求的礦區。具體原理如下：將礦井下面的廢石與膠結料漿混合在一起，將其當做充填骨料，在水泥砂漿的作用下骨料會形成一個整體，完整的充 填采空區，有效防止地表塌陷狀況的產生。該種技術最初應用于澳大利亞的一個礦區，取得成功以后迅速得到人們的認可。該種技術對塊石粒徑有較高要求，要求其不能大于300毫米，最好全部控制在150毫米以內，并且要使用尾砂漿或者是細砂漿。與尾砂膠結充填技術相比，該種技術可以節約50%左右的成本，因為 該技術可以節約60%以上的水泥，抗壓強度也明顯提升。同時，塊石與砂漿不在一條管道上輸送，達到輸送地點以后直接用利用砂漿把塊石固結，固結效果非常好，且不需要人工攪拌。除此之外，應用這種技術還能夠減輕對礦區生態環境的污染，對土地的占用面積也很小，因此在我國煤礦開采中的應用非常廣泛。該項技術的未來發展方向是研制出更先進的儀器設備來檢測充填體的穩定性，對這項技術的應用價值進行更科學的評價。

3.2 全尾砂充填膠結技術及應用

為了進一步提升對尾砂的利用率，人們開始研制全尾砂膠結充填技術，20世紀80年代人們正式對該項技術進行試驗，取得成果后進入試用階段。該技術的理論基礎是物理化學以及膠體化學，需要將尾砂漿進行兩段脫水，第一段是使用高效濃密機脫水，第二段使用真空過濾機脫水，脫水后砂漿濃度達到70%以上。將這些尾砂與適量水泥和少量的水攪拌在一起，攪拌時需要使用強力機械攪拌裝置，保證攪拌的均勻性，形成均質膠結料以后，用管道將其輸送到礦區，該種技術對尾砂的利用率可以達到95%。到目前為止該項技術還處在進一步發展之中，對其研究更加深入，不僅停留在材料利用率、充填強度層面，還擴展到了充填體穩定性以及與巖層相互作用的層面，另外，為了進一步改善充填體的性能，人們又開始研究外加劑的使用及其影響。全尾砂膠結充填技術的發展和完善可以幫助人們緩解充填原料不足的問題，對于保護當地生態環境也具有重要意義。但是該技術對尾砂脫水程度有較高要求，工藝相對復雜，因此成本較高，如何在保證脫水率的前提下簡化工藝、降低成本是我們需要解決的問題。

3.3膏體充填技術及應用

膏體充填技術的基礎是全尾砂充填技術，利用了該項技術中全尾砂高濃度這一特征，為了滿足輸送要求，全尾砂漿的濃度不能超過78%，但是為了滿足充填體的強度要求，全尾砂漿的濃度最好可以達到85%，如何調和這種矛盾要求是我們需要解決的問題。為了滿足濃度要求，通常要對尾砂做分級脫泥處理，但是這 種做法會降低尾砂的利用率，材料進場以后還要做進一步脫水處理，脫水過程自然會造成水泥流失，導致充填體的強度下降，為了避免這種問題就要盡量提升充填料漿的濃度，使其滿足強度要求，為擺脫管道運輸條件的限制，就需要使用特殊設備來泵送膏體充填料。由于物料的濃度較高，因此對泵送功率有較高要求，構建整個系統是一個非常復雜的過程，而且泵送過程中容易出現阻塞現象，因此需要對膏體的流體力學性能進行更深入的研究，通過更先進的技術手段來提升泵送效率。

4.結束語

根據這篇文章當中對于煤礦開采沉陷充填開采技術的分析可以看出，此技術在應用能夠大大的促進煤礦開采工作的發展，為煤礦開采提供更好的幫助，推動煤礦開采安全質量的提升。因此，在今后的發展過程當中，還需要對沉陷充填開采技術進行更深入地分析調查和研究，才能夠更好的滿足煤礦開采的需求，促進煤炭行業的發展。