陳亞進(jìn)　張輝

【摘 要】充填開采是當(dāng)前煤炭開采的重要方式，它有效的解決了當(dāng)前“三下”壓煤以及采空區(qū)沉陷等引起的生態(tài)環(huán)境問題，對于煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。本文主要針對當(dāng)前主流的三種煤炭開采技術(shù)及其實(shí)施進(jìn)行了分析，通過分析可以看出，每種充填開采技術(shù)的特點(diǎn)及其實(shí)施方式都不同，并且都存在明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，如何選擇正確的充填開采技術(shù)，除了考慮成本等問題之外，還要結(jié)合自身礦井的特點(diǎn)，從而保證充填開采實(shí)施的有效性。

【關(guān)鍵詞】充填開采；矸石充填；水力充填；膏體充填

0.引言

煤炭是重要的能源原料，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位。隨著我國工業(yè)化發(fā)展速度的加快，煤炭開采速度與規(guī)模也在逐年提高，伴隨著煤炭開采的發(fā)展，一系列的環(huán)境、污染、生態(tài)等社會(huì)問題逐漸凸顯。其中，由于煤炭開采而產(chǎn)生的地表沉降等已經(jīng)成為廣泛關(guān)注的生態(tài)破壞問題，嚴(yán)重違背科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)理念。隨著煤炭開采技術(shù)及開采理念的進(jìn)步，以充填開采為主要理念的采煤技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前煤炭開采的指導(dǎo)理念，它利用一定的物料充填進(jìn)入煤礦的采空區(qū)，以此來達(dá)到支撐采空區(qū)上覆巖層的作用，從而減小了地面沉降等，有效的解決了一系列的生態(tài)環(huán)境破壞問題。

1.當(dāng)前主要充填開采方式及其主要的施工方式

充填開采技術(shù)已有很長的發(fā)展歷史，早在上世紀(jì)四五年代干式充填就已經(jīng)出現(xiàn)。但是，由于充填開采技術(shù)不成熟，并且操作工藝較為復(fù)雜，所以充填開采技術(shù)并未得到很好的推廣。隨著煤炭開采所帶來的生態(tài)環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)峻，充填開采技術(shù)被越來越重視，并成為當(dāng)前綠色開采的重要組成部分。當(dāng)前主要的充填開采主要分為三類，分別代表著不同的技術(shù)門類。

1.1以矸石充填為代表的干式充填開采技術(shù)

干式充填開采技術(shù)是發(fā)展歷史最長，較為成熟的充填開采技術(shù)，而這其中以矸石充填應(yīng)用最為廣泛。矸石充填開采技術(shù)主要解決了三個(gè)問題，一，通過有效的矸石充填，有效的解決了由于煤炭開采而引起的地面沉降等問題，為采空區(qū)地面提供了有效的基礎(chǔ)支撐；二，有效的合理利用了廢棄煤矸石，解決了由于煤矸石的堆積而引起的環(huán)境生態(tài)污染以及煤矸石自然等問題；三，有效的開發(fā)了房柱式開采而產(chǎn)生的遺留煤柱，提高了煤炭開采的效率。

矸石充填開采技術(shù)的實(shí)施原料來源主要包括兩個(gè)方面。第一，井下煤炭開采或者巷道掘進(jìn)過程中所產(chǎn)生的掘進(jìn)矸石以及煤渣矸石等直接通過井下分矸系統(tǒng)到達(dá)井下矸石倉；第二，地面堆積的原有矸石經(jīng)過投料系統(tǒng)投放到井下矸石倉。這兩個(gè)類矸石統(tǒng)一經(jīng)過井下矸石輸送系統(tǒng)到達(dá)采空面，然后經(jīng)過專門的綜合機(jī)械化煤矸石充填液壓支架進(jìn)行傳送和壓實(shí)。這種方法有效的實(shí)現(xiàn)了支架前面采煤，后面充填的采煤工藝，保證了充填效果的有效性。

除了矸石充填之外，黃土、砂石都是干式充填的原料，例如在陜西黃土資源較為豐富的地區(qū)可以選擇黃土充填的方式進(jìn)行煤炭的充填開采，只要通過試驗(yàn)得到有效的充填量就可以，其技術(shù)原理和矸石充填相同。

1.2水力充填開采技術(shù)

水力充填開采技術(shù)是從上世紀(jì)四十年代而開始的一種煤炭充填開采技術(shù)，它主要是利用砂漿泵或自流方式，將選廠尾砂、冶煉場爐渣、碎石砂石等固液兩相漿體輸送到井下，作為充填料來充填采空區(qū)。它主要是利用尾料與水的相互作用，形成有效的懸浮溶劑，從而達(dá)到充填的目的。在實(shí)施水力充填開采過程中，必須注意兩個(gè)方面的問題，一，充填材料的選擇及其配比確定，這對于充填效果具有十分重要的意義，一般水力充填會(huì)選擇粒徑小于1mm的尾砂作為充填骨料，灰水比一般控制在1：4-1：12左右；二，充填漿液的制備。漿液的制備包括制備地點(diǎn)、制備量以及制備流程等，在具體施工是要嚴(yán)格控制。

水砂充填開采的實(shí)施過程較為簡單，但是其實(shí)施的內(nèi)容較為困難。當(dāng)充填漿液制備完成之后，只要通過鋪設(shè)好的管道直接將漿液運(yùn)輸?shù)街贫ǖ某涮畹攸c(diǎn)，就可以直接進(jìn)行充填。但是，充填的采空區(qū)需要筑專門的護(hù)壁和隔墻，并且漿液在運(yùn)輸過程中容易受到采場煤粉等的污染，因此，在水砂充填開采實(shí)施過程中必須嚴(yán)格注意。

1.3以膏體充填為代表的膠結(jié)物充填開采技術(shù)

由于水力充填開采存在的一系列的問題，從中逐漸生成的膠結(jié)物充填成為當(dāng)前主要的充填開采技術(shù)，它脫離了水力充填的兩相流體，極大的保證了充填的效率和穩(wěn)定性。在眾多的膠結(jié)物充填開采中以膏體充填最具有代表性。膏體充填是將一種或多種物料與水進(jìn)行優(yōu)化組合，配制形成具有一定穩(wěn)定性、流動(dòng)性以及可塑性的牙膏狀漿體，在外力或者重力的作用下通過管道輸送到采空區(qū)內(nèi)完成充填作業(yè)。膏體充填完全克服了水砂充填的缺點(diǎn)，并且其自身所特有的穩(wěn)定性、流動(dòng)性以及可塑性保證了充填的效率以及充填效果。盡管膏體充填克服了傳統(tǒng)水利充填的缺點(diǎn)，但是其自身也存在著一定的問題，例如在膏體運(yùn)輸?shù)倪^程中，管壁與膏體之間的阻力嚴(yán)重制約著膏體運(yùn)輸?shù)男省?/p>

膏體充填開采的實(shí)施過程并不復(fù)雜，在地面進(jìn)行膏體材料的制作之后，通過一定的充填系統(tǒng)直接推進(jìn)到采空區(qū)進(jìn)行充填。以全尾砂膏體充填開采為例，充填所采用全尾砂、水淬渣、水泥以及水位原料進(jìn)行原材料制備，通過泵揚(yáng)機(jī)輸送到深錐濃密機(jī)。充填時(shí)，將深錐濃密機(jī)底流出砂漿送至攪拌機(jī)，然后與水淬渣、水泥等進(jìn)行攪拌支撐合格的膏體，然后采用泵壓或者自流輸送到采空區(qū)進(jìn)行充填。

2.結(jié)語

作為當(dāng)前主流的煤炭開采技術(shù)，充填開采技術(shù)不僅有效的提高了煤炭開采率，更重要的是有效的解決了由于煤炭開采而引起的地面沉降等生態(tài)問題，保證了可持續(xù)煤炭開采的有效性，符合科學(xué)發(fā)展觀的理念。文中所介紹的三種充填開采技術(shù)僅僅從技術(shù)及其實(shí)施層面進(jìn)行分析，其內(nèi)部的原理及其技術(shù)理念較為深刻，并且不同的煤礦其自身的條件是不同的，因此，需要根據(jù)煤礦具體情況來推廣和使用有效的充填開采技術(shù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張普田.煤礦矸石充填開采地表變形規(guī)律分析[J].礦山測量，2009.4.

[2]孫旻，馬立勤，齊勝春.煤礦漿體充填開采技術(shù)應(yīng)用[J].水力采煤與管道運(yùn)輸，2009，2.

[3]瞿群迪，姚強(qiáng)嶺，李學(xué)華.充填開采控制地表沉陷的空隙量守恒理論及應(yīng)用研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010.1.

[4]郭永長，于斌，徐法奎.大同礦區(qū)“三下”煤柱充填開采可行性分析[J].煤礦開采，2010，4.