綜合機械化固體充填采煤方法與技術研究

武海鵬

(七臺河市百達利礦業有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

煤炭采集總量不斷提升，需要在采煤方法上進行煤礦采集力度的提升。在實際的煤礦采集過程中，如何進一步對采空的煤層進行加固處理、提升煤礦整體安全性已成為專家學者關注的重點。人們對于采煤方法提出了新要求，綜合機械化固體充填采煤方法應運而生，其可有效解決以上問題，具有嚴密的充填性，嚴格控制巖層移動及地表沉陷，能夠進一步提升產量及產出率，提升采煤經濟性，降低對周邊環境的污染，值得進一步推廣與應用。

1 充填采煤技術發展歷程

充填采煤是指在實際采煤過程中對產生的矸石、石沙、廢棄物、煤渣等物質進行集中處理，將其充填進已經被采空的煤層中，進一步提升采空煤層的安全性，對煤層附近巖層移動情況進行控制，避免采空煤層出現表面沉降情況。實際充填過程中，使用的充填方法有著一定的區別，應用最廣泛的充填方法是水力充填、風力充填、煤矸充填及綜合機械化充填。

綜合機械化充填是一種新技術，其具體方法及設備還需進一步分析，相關基礎技術已發展成熟。在發展的最初階段，充填的主要目的是對采煤過程中出現的廢物進行處理，有效降低廢棄物對周圍環境的影響，減少占地面積。人們逐漸意識到進行采煤充填的必要性及重要性，將其作為一項關鍵技術進行研究。充填物質進行了進一步優化，石沙已經成為充填的主要材料，煤灰粉及煤矸石能夠輔助石沙進行填充。隨著機械自動化技術的發展，綜合機械化固體充填已成為采煤充填主流技術，充填效率大幅度提升，其能夠降低充填過程對周圍環境的影響，避免充填過程中的人工參與，進一步提升了充填工作的安全性。

2 充填采煤技術目標與發展要求

充填采煤技術在我國已有50余年的發展歷史，技術發展目標越來越明確。我國充填采煤技術發展目標主要有：一是進行充填采煤技術應用過程中必須要保證采煤工作后續的安全性。二是在充填工作完成之后，要保證填充煤層附近地區的采集不受影響，避免出現煤層浪費的情況。三是充填技術的應用不能影響附近其他煤層的煤礦質量，要保證充填物質不會對充填地區產生污染。四是在進行充填之前，要考慮到充填工作的進行是否有必要，使其符合環保要求，提升安全性。我國煤礦充填工作要考慮對周圍環境的影響，以此為基礎進行高效率、高質量、高安全的充填，為后續采集提供支持。

3 綜合機械化固體充填采煤原理與方法

綜合機械化固體填充采煤最主要的創新是進行了機械應用，通過機械應用能夠極大提升充填及采煤效率，將充填工作與采煤工作融為一體。想要將綜合機械化固體填充應用到實際的采集中，要解決充填空間、充填通道建設及固體充填動力等問題。水砂充填技術是將水作為充填動力，通過管道的應用將砂直接運輸到采空的煤層中。風力充填是以風作為充填動力，將矸石進行磨碎處理，進行通風管道的建設，使用大功率通風設備將已經粉碎的矸石運輸到采空的煤層中。這些技術是較為傳統的充填方法，需要大量的成本投入，由于技術自身限制和設備影響，難以滿足綜合機械化采煤技術的應用需要。針對此情況，應解決以下3個技術難點：一是要對傳統充填方法中大量使用的綜采液壓支架的掩護斜梁進行拆除，使用水平短梁進行代替，形成一個短梁掩護，使固體填充不直接進入到采空區。二是要進行帶式運輸機及刮板式充填機的機械應用。通過帶式運輸機的應用，將固體填充物運輸到下層的刮板式填充機中，進行連續性運輸，形成一個連續運輸通道。三是固體充填物會從刮板式充填機的開口中落入到掩護短梁托提供的掩護空間中，要對已經掉落的固體充填物進行再次處理，通過加壓實機的應用進行輔助動力的推動，將充填物向著采空煤層的方向進行壓實作業，實現固體緊密型填充。

4 綜合機械化固體充填采煤系統與裝備

綜合機械化固體填充技術的應用可以實現采煤技術的升級，同步開展同一液壓支架掩護下的采煤及充填工作，進一步提升采煤工作效率與質量。在該技術應用過程中，運煤系統的設計與傳統模式一致，為了進一步實現高效率及連續性的充填，要將使用到的充填固體從地面進行加工，等到加工完成之后，將其運輸到需要充填的煤層中。針對此種情況，要進行運輸系統的建設，運輸系統需要的設備主要包括投料井、井下運輸巷及轉載系統，將固體充填物直接運輸到刮板式填充機中。

5 工業應用效果分析

通過實驗方式對綜合機械化固體填充方法的優越性進行分析，試驗地區為某煤場的煤層，煤層平均采深達到600 m，采高達到2.2m，在實際采煤過程中沒有進行人工輔助壓實的情況下，充填采高已達到了0.7 m，煤炭采出率達到95%以上。表1為村鎮下綜采矸石充填地表移動預計與實測情況。

表1 村鎮下綜采矸石充填地表移動預計與實測Tab.1 Prediction and measurement of surface movement of comprehensive mechanized mining gangue filling under villages and towns

從表1看出,如果不對煤層進行充填作業，將會對地面建筑形成一定的破壞，破壞等級達到Ⅱ級，會對煤層上的居民造成巨大影響，如果進行充填開采作業，那么實際影響效果會降為Ⅰ級，煤層上的居民不需要對建筑物進行加固就可以正常使用，不會對居民正常生活產生影響。

6 結語

綜合機械固體充填開采技術已經得到了一定的發展，部分企業已經開展第四代充填與采煤一體化液壓支架及固體充填垂直投送系統的應用，極大提升了采礦效率及充填質量，對采煤建設提供了有力支持。相關設備及技術已逐步發展成熟，值得進一步推廣應用。