基于煤矿充填法开采技术的研究

摘 要：在社会经济高速发展的形式下，煤矿开采技术的进步与完善始终是采矿学科发展的主题。在现代采煤技术发展的基础上，多层次、多样化采煤技术的不断完善，推动了我国煤矿事业的发展。充填法采煤技术在煤矿开采中的广泛应用与推广，为煤矿开采工作的顺利进行提供了强有力的技术支持，为国民经济的增长提供了可靠的保障。本文主要对煤矿充填法开采技术的概况、应用与发展进行了分析与研究。

关键词：煤矿开采；充填法；技术应用；概况；发展

现阶段我国工业固体废弃物排放量最大的就是以煤矸石为主的煤炭开采与洗选过程中出现的废弃物，现阶段，已积了约34亿吨，占地总面积达到了1.3万平方千米，现阶段还在逐渐递增。长期堆放煤矸石，不仅需要大量占用土地及造成水污染，还会产生有害气体 ，如自燃后产生大量二氧化硫等。这种现象的大量出现，将严重危害生态环境及给人们的健康带来威胁。与此同时，在煤炭开采过程中，将导致地表深陷等问题，进而对原有地形、地貌及地表生态与植被等造成严重的破坏，甚至出现低洼积水坑或沼泽地等状况。现阶段，我国采矿业每年破坏与占用的土地就高达3.4万平方千米，其中开采煤炭每年都会有3万平方千米的地面出现塌陷现象。为有效控制这种现象的出现，必须选用合理的采矿技术，如充填法开采技术，这种技术可以对地表沉陷进行有效抑制，并能对矿区环境加以保护，是煤矿开采单位实现节能减排与绿色开采的重要方式，为此本文主要对填充法开采技术进行了分析，以期为煤矿开采事业的发展提供强有力的技术支持。

一、充填法开采技术的概况

作为顶板控制的重要方式，充填法是指在采空区通过利用沙子、碎石及炉渣等材料进行有效充填，进而起到围岩支撑的作用，避免或降低围岩塌落与变形等情况的出现。水力充填、风力充填、机械充填、矸石自溜充填等是传统的充填方式。

这些充填法中，减沉效果最佳的为水砂充填法，一般其地表下沉系数在0.1到0.3之间。在水源缺乏及井下不适合进行水流增加的情况下，一般选用风力填充法。在急倾斜煤层或倾斜煤层一般选用矸石自溜充填法，0.3到0.4为矸石充填地表下沉系统，这种方式的特点为对专用设备及充填材料要求较低，但与水力和风力充填法相比，这种方式的减沉效果不佳。在煤矿开采中，选用充填法开采技术，可以对上覆岩层移动情况进行有效抑制，并能对地面沉陷问题进行有效控制，是煤炭资源回收率提升的有效途径，这种技术的应用，可以实现煤矿开采的社会效益和环保效益。为提高开采效率，必须对各类充填法开采技术的特点与减沉效果进行分析，如表1所示。

二、煤矿矸石机械充填法开采技术的应用

1、案例分析

以某煤矿为例进行分析，地表大部分为农田，地面标高为+33.0米到+33.3米之间，工作面标高为-639.0米到-663.0米之间。该面东临63下03采空区，西临63下05工作面（未回采），煤岩层总体趋势主要呈现出南高北低的单斜构造，局部伴生宽缓的波状起伏。发育断层共有10条，断层落差在3.0米以上的共有2条，6.5米为本矿层最大落差，在采区内断层延展程度在8到523米的范围内。依据井巷工程具体情况，走向以南北向为主，一般具有较长的延展长度，具有较小的落差变化，以张性正断层为主。

2、矸石充填工作原理

工作面综采与采空区矸石充填是综采工作面矸石充填开采工艺的重要组成部分。液压支架与矸石充填机是矸石充填的重要设备。综合机械化矸石充填过程为以下几个过程：首先，将传统综采液压支架的掩护后顶梁拆除，选用水平短梁；其次，充填矸石通过皮带输送机向刮板式充填机进行充填，进而实现充填矸石连续输送通道；最后，从刮板式充填机开口位置充填矸石向掩护短梁内的掩护空间不断下落，随后充填体通过压实机向采空区进行压实，确保矸石充填的密实度符合施工要求。

3、矸石充填施工流程

选用MG300/700-QWD型双滚筒采煤机双向穿梭割煤，顶煤选用前滚筒进行割除，底煤选用后滚筒进行割除，滚筒自旋可以使其截齿，并实现煤破碎。选用端头斜切割三角煤进刀形式，并按照割煤、移架、推溜及充填的方式进行，同时对采煤和移溜之间的距离控制在12米到15米之间，装煤时应通过采煤机滚筒和刮板运输机铲煤板同时进行。

运输煤时，应根据工程施工情况，进行合理选择，本工程可选用SGZ764/200型双链可弯曲刮板运输机作为前运输机进行运煤工作，选用SGZ960/400型刮板运输机作为后运输进进行充填料的运输。

充填施工中，应遵循相应的施工顺序进行，如先选用机组进行进刀割煤作业，随后进行拉架及拉皮带转载机，依次对工作面中间支架进行充填矸石，并逐个进行捣实作业，充填矸石应选用2架机头与2架机尾，在机头位置进行捣实作业，同时机尾应沿空留巷，并选用人工的方式攉矸充填上端头，以此重复进行。

如图1所示，通过后悬式矸石充填输送机溜槽槽板上的落矸孔矸石充填料可以向采空区进行充填。将插板设置在溜槽侧面，不仅可以对充填矸石的范围进行有效控制，更能对矸石漏量进行控制。充填施工中，充填料经过矸石充填输送机刮板向落矸孔内进行不断推移，为对矸石充填体的密实度与接顶率进行最大限度地提升，应通过输送机下刮板推平向采空区进行下落，实现矸石充填，并利用液压支架对夯实矸石充填体进行推压。

跟随移架后悬式矸石充填输送机不断向前移动，这种机械运输过程中可以实现弯曲行驶，移架不会对充填材料运输造成任何影响，因为这种机械运输必须在充填液压支架后顶梁掩护下前行，这样可以有效提升充填设备的安全性，在选用前移支架时，可以对维修设备的空间进行最大限度的满足，同时达到无人进入充填区就可以实现充填作业的效果。

按照本煤矿的实际情况，如技术应用、试采面地质采矿情况及采高要求等，4米以下范围应作为本煤矿矸石充填综采开采厚度的最大限度，选用岩巷矸石作为主要充填材料，井下矸石选用皮带运输机从掘进工作面直接向工作面机尾位置进行运输，架后充填可选用支架后顶梁吊挂刮板运输机进行作业。

三、煤矿充填法开采技术的发展

作为煤矿绿色开采技术的重要组成部分，充填开采技术的应用，不仅可以对煤矿开采环境问题进行有效解决，更能实现煤矿开采的社会效益与经济效益。传统充填开采技术具有较高的成本，在煤矿试验研究与开发中这种问题的存在将对填充开采技术的发展造成极大制约，为此必须在充填成本降低等问题上加以重视，才能实现煤矿绿色开采的意义。目前可选用袋装充填与城市垃圾充填的方式，实现煤矿绿色开采的愿望。

在地面城市垃圾、破碎矸石及黄河沙等通过一定程度地破碎，并利用地面投料系统向井下储料仓进行输送，随后通过螺旋给料机料，打包则选用自动包装机，并利用皮带进行输送，随后将充填袋通过液压支架架后翻转装置向采空区翻入，架前掩护采煤作业可通过充填液压支架实现，架后充填袋利用翻转装置向采空区推入并进行施工作业。

作为矿业开采大国，我国每年开凿的井巷就有几万千米，剥离的地表山体就有几亿吨，矿山采区具有较多的地下井巷、采空区等。这些采空区如回填不及时，地表沉陷面积将大幅度提升并出现大规模山体滑落情况，这些现象的出现将对生态环境及人民的安全造成极大的影响，通过城市垃圾处理结合采空区充填的方式，可以对这一现象进行有效抑制，为实现我国煤矿开采事业可持续发展具有至关重要的作用。

四、结束语

综上所述，随着我国煤矿开采事业发展速度的不断提升，各类问题得到了有效处理。充填法开采技术作为煤矿开采的重要技术之一，其作业效果是否良好将直接影响到煤矿开采的整体质量，为此，相关单位必须推广充填法开采技术的应用 ，严格按照施工要求进行有效操作，只有这样才能提高煤矿开采的整体质量，实现其经济效益。

参考文献

[1] 李兴尚，许家林，朱卫兵，赖文奇. 从采充均衡论煤矿部分充填开采模式的选择[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版）. 2008（02）

[2] 肖家平，韩磊，姚向荣，周波. “三软”煤层大采高工作面采场覆岩运动规律数值研究[J]. 煤矿开采. 2012（01）

[3] 侯利斌. 综合机械化采空区条带充填开采中充填体布置参数研究[D]. 太原理工大学 2013

[4] 张吉雄，缪协兴，郭广礼. 矸石（固体废物）直接充填采煤技术发展现状[J]. 采矿与安全工程学报. 2009（04）

[5] 张吉雄，缪协兴，郭广礼. 矸石（固体废物）直接充填采煤技术发展现状[J]. 采矿与安全工程学报. 2009（04）

[6] 吴宇浩. 煤矿膏体充填开采上覆岩层变形移动规律及地表沉陷控制研究[D]. 河北工程大学 2014

[7] 许家林，赖文奇，钱鸣高. 中国煤矿充填开采的发展前景与技术途径探讨[A]. 第八届国际充填采矿会议论文集[C]. 2004

[8] 伍永平，张永涛，解盘石，曾佑富. 急倾斜煤层巷道围岩变形破坏特征及支护技术研究[J]. 煤炭工程. 2012（01）