煤礦充填開采技術(shù)應用研究

邱承盛 杜長友 許亞軍

摘 要：經(jīng)過近十年的發(fā)展，充填采煤技術(shù)已成為解決煤炭開采與環(huán)境保護問題最有效的技術(shù)途徑之一，形成了固體直接充填、膏體充填和高水材料充填“三大類”生產(chǎn)工藝技術(shù)體系，其推廣應用得到了國家和地方政府的大力扶助。充填采煤是綠色開采的核心，對煤礦充填開采而言，如何提高充填采煤效率、降低充填成本是需要持續(xù)深入研究的問題。本文結(jié)合煤系層狀覆巖移動特點和控制要求研發(fā)的部分充填采煤技術(shù)，為上述問題的解決提供了一條重要途徑。

關鍵詞：充填采煤;機械化開采;充填與采煤一體化

21世紀是我國小康社會發(fā)展的關鍵時期，也是經(jīng)濟發(fā)展模式和發(fā)展的轉(zhuǎn)型時期，如何處理好經(jīng)濟轉(zhuǎn)型與發(fā)展的關系已經(jīng)成為當今發(fā)展的一個主要問題。充填開采技術(shù)的實施，符合我國經(jīng)濟發(fā)展的主要思路，利用煤研石等采礦廢棄物對采空區(qū)進行充填，既可以避免因采動而造成的地面移動變形下沉所帶來的生態(tài)及社會問題，又可以保護水資源、環(huán)境資源不受破壞，同時很大程度的提高了資源回收的效率，為村莊下等“三下”煤炭的開采提供了有效的解決方法，另外還可以解決采空區(qū)自燃發(fā)火、瓦斯積聚帶來的不安全問題，為礦山安全發(fā)展，小康社會的平穩(wěn)推進起到了重要的作用。

一、充填采煤技術(shù)工藝

（1） 膠結(jié)充填采礦法

膠結(jié)充填主要是應用膠結(jié)材料將充填骨料和水一起混合形成新的充填材料，似膏體充填、膏體充填都是膠結(jié)充填，膠結(jié)充填采礦法對膠結(jié)劑技術(shù)條件主要有兩方面要求，首先是膠結(jié)劑能夠?qū)⒊涮罟橇虾退炔牧闲纬晒袒镔|(zhì)，固化物質(zhì)的強度能夠滿足巖層控制的需要;第二是膠結(jié)劑的成本要較為低廉，能夠滿足煤礦生產(chǎn)經(jīng)濟需求。

（2） 覆巖離層注漿充填法

覆巖離層注漿充填法是將充填材料利用高壓泵輸送到開抽覆巖產(chǎn)生的開裂空間內(nèi)，通過充填材料占據(jù)裂隙空間從而達到控制減緩巖層彎曲下沉的目的，該方法的應用具有一定的條件性，首先是離層發(fā)展要較為充分，同時能夠準確的判斷離層空間的位置，對鉆機也有相應的要求。

（3） 冒落研石空隙注漿膠結(jié)充填減沉法

冒落研石空隙注漿膠結(jié)充填減沉法是利用膠結(jié)材料將采空區(qū)內(nèi)碎脹巖石相互膠結(jié)，從而達到控制巖層下沉的一種技術(shù)手段，具有可與采煤平行作業(yè)、無濾水工藝、強度較高等優(yōu)點，現(xiàn)在尚處于實驗階段。

（4） 粉煤灰部分代替水泥充填法

該技術(shù)主要是在水砂膠結(jié)充填的基礎上，應用粉煤灰代替水砂膠結(jié)充填中得水泥，實驗和實踐證明粉煤灰在合理的配比方案中具有一定的膠結(jié)性能，可以適當?shù)拇嫠嗟墓δ埽诒ＷC充填材料固化強度的基礎上，達到降低充填成本、合理使用廢棄物質(zhì)的目的，在礦山充填領域具有廣闊的應用前景。

（5） 煤研石充填采煤法

研石充填是固體充填方法的一種，主要是應用風力、水力或機械力將研石、碎石等固體材料輸送到充填區(qū)域的一種方法，同時可以加入膠結(jié)料或其它添加劑，提高研石等松散介質(zhì)的強度。

（6） 似膏體充填采煤法

似膏體充填技術(shù)是第四代充填技術(shù)，主要是將粉煤灰、研石粉、巖粉、膠結(jié)材料等混合形成新型的充填材料，該項技術(shù)具有安全環(huán)保、資源重復利用、強度較高、工藝簡單、價格低廉等優(yōu)勢，在充填采礦中得到了較為廣泛的應用。

二、充填開采方法選擇

煤礦充填開采方法的選擇是在礦井經(jīng)濟、技術(shù)、人員、地質(zhì)條件等多種因素條件下開展的，村莊下充填開采的方法根據(jù)充填地點、充填時間、充填程度、充填量的不同，大致可以分為隨采隨沖連續(xù)充填法、短壁間隔充填法、長壁間隔分段充填法、離層區(qū)膏體分區(qū)充填法和采空區(qū)全部充填法五種，下面對這五種充填方法的優(yōu)缺點及適應情況進行分析總結(jié)，得出最適合新星煤礦村莊下充填開采的方法。

（1） 隨采隨沖連續(xù)充填法是將充填管道預先埋設在采空區(qū)內(nèi)，隨著工作面的回采推進，在采空區(qū)頂板未完全冒落壓實前，利用充填系統(tǒng)將固體膏體充填進采空區(qū)冒落巖石縫隙內(nèi)，從而提高冒落巖石的固結(jié)及支持強度，達到降低地面移動變形的目的。該方法技術(shù)簡單，成本低廉，措施可靠，在早期的充填開采中應用效果較好，但該充填方法減沉效果有限， 對地面沉陷控制要求較高的地點不易使用，一般應用于采高較大、地面為農(nóng)田草場等礦區(qū)。

（2） 全采全充法是指在工作面開采過程中，利用膏體、凝膠、似膏體等充填材料將直接頂未冒落區(qū)域全部充填，使采空區(qū)的直接頂受采動影響的冒落條件降低，或使直接頂不冒落，從而達到控制上覆巖層變形及地表下沉變形的目的，全采全充法具有控制地表變形效果好、充填固結(jié)體抗壓、抗拉強度高、沉陷下沉數(shù)值微小的優(yōu)點，但是其充填材料需要量較大， 充填工序影響正常回采時間較長，適用于厚煤層分層開采或?qū)敯逑鲁亮恳筝^高的回采煤層。

（3） 離層區(qū)膏體充填法是根據(jù)“三帶”變形理論，利用鉆孔等方式將充填材料輸送到兩巖層出現(xiàn)的離層區(qū)域，利用充填材料的支撐作用降低巖層變形、沉陷量，從而達到控制地表變形下沉的作用。這種充填方法具有充填量較小、充填材料利用合理、降沉效果明顯等優(yōu)點，但這種充填方法使用的前提是要準確的判斷“三帶”變形趨勢及區(qū)間，了解上覆關鍵層沉陷的主要規(guī)律，適應條件受地質(zhì)及地層條件影響較大，一般適用于覆巖有厚層關鍵層，采深較大的薄及中厚煤層。

（4） 短壁間隔充填法是基于條帶開采工作面充填的一種非全部充填方法，主要實現(xiàn)手段是在開采規(guī)劃中，根據(jù)地質(zhì)及煤層賦存條件，將工作面劃分為若干個開采條帶，條帶之間保留2-8m 的窄煤柱，一個條帶開采后進行膏體充填，相鄰條帶開采可采用垮落法處理頂板，依此類推，與全采全充法和條帶開采相比，短壁間隔充填提高了一半的回采量，同時降低了一倍的充填量，有利于降低開采成本提高資源回收效率，但該方法回采方式受到限制條件較大，工作面搬家次數(shù)較多，一般適用于煤層賦存條件一般、基巖較厚的薄及中厚煤層。

（5） 長壁間隔充填法是指在長壁垮落開采方法的基礎上，沿著工作面推進方向?qū)⒐ぷ髅鎰澐譃槿舾蓚€充填條帶，在工作面回采直接頂板沒有垮落的前提下，沿著直接頂對劃分的條帶進行部分充填，各條帶之間寬度根據(jù)控制下沉水平、經(jīng)濟技術(shù)效果等因素合力調(diào)整，該方法既具有條帶開采對地表變形影響較小的優(yōu)點，又具有充填開采資源回收利用率高的優(yōu)點，且對回采工序影響較小、系統(tǒng)與其它充填系統(tǒng)相配套、充填效果顯著等優(yōu)點，適用條件較為廣泛。

參考文獻：

[1] 杜獻杰. 煤礦結(jié)構(gòu)充填開采“充填體 - 直接頂”復合承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究[D].太原理工大學，2019.

[2] 李劍. 含水層下矸石充填采煤覆巖導水裂隙演化機理及控制研究[D].中國礦業(yè)大學，2013.

[3] 于健浩. 急傾斜煤層充填開采方法及其圍巖移動機理研究[D].中國礦業(yè)大學（北京），2013.

[4] 馮銳敏. 充填開采覆巖移動變形及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[D].中國礦業(yè)大學（北京），2013.

[5] 周躍進. 難采資源綜合機械化固體充填開采適宜性評價研究[D].中國礦業(yè)大學，2012.