采煤一體化技術在綜合機械化固體充填中的應用

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714161

摘要：本文分析了固體填充采煤一體化技術的發展歷程，闡述了固體填充采煤一體化技術難點與目標要求，提出了綜合機械化固體充填一體化技術的具體應用要點，旨在使固體充填采煤一體化技術發揮最大的效果，實現采煤充填作業的并行開展，確保煤炭開采過程中經濟、社會及環境效益的有機統一。

關鍵詞：綜合機械化；固體充填采煤一體化技術

一、綜合機械化固體充填采煤一體化技術概述

我國煤炭資源豐富，在能源生產及消費結構中，煤炭資源占有重要地位，與發達國家的采煤實踐相比，我國“三下”壓煤問題突出，即建筑物下、鐵路下及水體下煤炭資源開采技術落后，同時，長期采煤實踐過程中造成的環境污染問題，制約了我國礦井的發展，與可持續發展的理念相背離。試著技術的進步及科學技術的發展，煤炭行業強調綠色采礦與科學采礦的理念，綜合機械化固體充填采煤一體化技術的應用于發展，實現了傳統充填采煤技術的突破性進展。密集建筑群下、公路及鐵路交叉往下、大型水體下及松散含水層下礦區開采工作的有效開展，充分證明了固體充填采煤一體化技術在經濟、社會及環境三個方面的獨特優勢。

（一）固體填充采煤一體化技術發展歷程

早期的充填采礦法主要涉及金屬礦井下礦井各種排棄廢料的具體處理工作，充填采礦法應用于金屬礦山的開采中，先后產生了膠結充填、水砂充填、膏體充填及高水材料充填等技術，取得了良好的效果。煤炭資源的開采過程中，隨著采礦工作的不斷推進，采礦區上的覆巖層會垮落，因此，在具體開采中無法形成穩定完整的采空區，世界采煤界長期以來不斷借鑒金屬礦山充填技術，通過膏體充填、高水材料充填等試驗完善充填采煤技術，在金屬礦區中一般會形成穩定的采礦區，充填才技術也隨著具體采礦區域的不同而不斷的改進，這與現代礦井工業化、規模化的發展需求相一致。目前，我國煤炭開采過程中出現的大規模資源浪費與環境污染問題，促使研究人員在深入研究充填采煤巖層控制理論的基礎上，提出了現代化礦井普遍采用的綜合機械化固體充填采煤一體化技術，利用機械的方法將礦區的建筑垃圾、矸石及粉煤灰等固體廢棄物直接密實充填至采礦區，滿足了控制巖層移動的目標，將傳統技術下無法回收的煤炭資源采出，實現了生態脆弱區大規模煤炭資源開發過程中水資源及環境的保護。

（二）固體填充采煤一體化技術的難點與目標

1.充填采煤技術的難點

在不斷的實踐過程中，充填采煤技術仍未取得突破性的進展，在具體應用過程中，存在諸多的技術難點。將煤炭充填開采技術應用于冶金礦山充填是該技術發展的誤區，在具體的冶金開采過程中，礦脈開采后礦房中完整的空間及通道是水砂機膏體充填的基礎，與煤炭資源開采不同，冶金開采中對巖土控制的要求較低，大部分的煤炭資源分布在沉積巖層，目前使用的長臂垮落式開采方式下踩空區覆巖垮落問題突出，無法保證充填工作中通道及空間的完整性，所以，完善的充填采煤巖層技術理論研究應不斷的進行，并克服充填所需要的動力、空間及通道三大技術難題。在具體作業過程中，應保證采煤作業實踐中采空區的頂板在不垮落的基礎上保持微微下沉，矸石填充過程中應有完整的空間基礎。固體填充材料的運輸過程中應有連續完整的輸送通道，實現填充材料安全運如采空區，為確保填充材料對采空區的密實充填，要關注填充材料在采空區實現夯實填充的動力來源問題。

2.充填采煤技術的目標與技術要求

隨著技術的進步及經濟的發展，現代礦區充填采煤技術的主要目標是實現安全高效采煤及快速填充的雙重目標，為此，煤炭行業應通過不斷的研究，開發出于現代化綜合采煤技術相適應的充填采煤一體化技術。實現采煤與填充作業的并行開展。采煤技術應實現安全、高效的采出煤炭資源，做到嚴格控制地表移動及巖層控制，在采煤實踐中注重環境與經濟發展的一致性。

二、綜合機械化固體填充采煤一體化技術

（一）一體化技術應用過程中系統布置

綜合機械化固體填充采煤一體化技術，其原理為借助建筑垃圾及固體廢棄物等為填充材料，利用礦井下建設的廢棄物料輸送系統或固體物料投放系統實現填充材料的安全下井，在井中帶式傳送機的作用下將材料送至充填采煤工作面，在采空區的壓實、充填過程中，刮板式充填輸送機與采煤充填一體化液壓支架等設備發揮了巨大的作用，技術應用過程中關于輸送通道、密實充填及充填空間的難題也得以解決，與傳統方式下采煤工作面布置相同，綜合采煤充填采煤工作面中充填作業的具體開展在工作面后部的采空區進行，工作面中要設置充填材料傳輸帶，將固體充填物料送至刮板式輸送機上，一體化技術的發展推動了工作面布置中采煤與充填作業的并行操作，提高了作業效率。

（二）綜合機械化固體填充采煤一體化液壓支架

綜合機械化固體填充采煤一體化液壓支架實現了采煤工作面系統中采煤機填充作業的并行開展，在不斷的發展過程中，相關研究人員通過分析固體充填實踐中采場礦壓的主要規律，提出了采礦場壓力學模型理論，分析了液壓支架受力與采場頂板間的關系，指出異于傳統采煤被動受壓機理的采煤支架注定支撐頂板原理。在不斷實踐過程中，開發了可實現采煤機填充并行開展的綜合機械化采煤一體化液壓支架保證了采煤實踐的安全開展及密實填充工作的有效開展。在采煤與充填一體化液壓支架的頂梁有前頂梁與后頂梁之分，通常情況下，后頂梁的支護力大于前頂梁，前頂梁是采煤作業有效開展的基礎條件，后頂梁的牢固是充填作業的基礎，支架的后部支撐能力也以此實現。在后頂梁下設置了兩根立柱，可幫助填充物直接進入到后頂梁中的采空區，保證了支架與后部的連接，使固體填充物夯人采空區，保證了充填過程依據巖層移動與地表沉陷要求保障采空區充填率的目標。

三、總結

綜合機械化固體填充采煤一體化技術的不斷完善與發展，有效解決了“三下”壓煤礦井采出率低的問題，推動礦山開采的綠色化發展，填充采煤一體化技術實現了采煤與填充作業并行開展的技術革新，使煤炭資源開采環節更加的安全高效，實現了經濟、社會效益的統一。

作者簡介：閆建軍（1978），男，山西鄉寧縣昌寧鎮人，本科，中級工程師，研究方向：煤礦技術管理。