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摘要：为了更好地推广应用综合机械化固体填充采煤一体化技术，使“三下”压煤技术能够更好地被解放，有效提升矿井采出率，使矿山能够在绿色环保的条件下被开采，本文讨论了综合充填采煤发展以及现代化采煤技术必须要实现的目标，对一些要点、难点等进行了综合分析，有效论述了综合机械化固体充填采煤一体化技术的一些关键点，实践证明，该技术具有十分广阔的应用前景。
关键词：综合机械化;固体充填;采煤;一体化
一、开发现代化充填采煤技术的发展目标以及要点
很长时间以来，充填采煤技术都没有取得较大突破，其主要原因是因为受到一些难点技术的制约，另一个方面，现代化采煤技术的不断发展，相应的对充填技术的要求越来越高。因此，不断开发综合机械化采煤充填一体化技术是非常重要的。
（一）关于充填采煤技术实现的难点
众所周知，煤层属于沉积矿体，现代采煤技术中，大多数使用的是综合机械长壁开采的办法，随着相应的工作面不断推进，采空区上部覆盖的岩层随着煤矿开采失去支撑崩塌，具体的采煤工作面纵向图见下图一，从图一中我们可以看到，综采工作面的支架后面一些采空区都是被一些破碎岩石填充的，并没有使用一些固体填充，也没有可以进去的通道。所以，想要实现充填采煤必须要突破三个难点：首先是充填空间;其次是充填物运输通道;最后是充填物的密实度。
图一 综合机械长壁开采覆岩运动示意
（二）充填采煤技术的目标与要求
现代矿区充填采煤技术的目标是能够有效实现安全、高效的采煤，实现高效快速、安全的进行填充。使其能够实现采煤与充填技术共同工作的情形。在这样大目标情况下，现代化充填采煤技术就一定要有安全、高效的采煤资源，并且能够有效控制岩层与地表之间的移动，能够充分满足相应的对象需求，最后，能够带来显著经济效益。
二、综合机械化固体充填采煤一体化技术
（一）系统布置
综合机械化固体充填采煤一体化技术具体示意图见下图二。首先是由地面石头、粉煤灰、建筑垃圾等一些固体废弃垃圾作为主要填充材料的，然后通过固体物料连续运送或者是将其直接投放至系统输送至井下，然后由带式输送机将其送至填充采煤的工作面，借助一些刮板式填充输送机，实现采煤与充填一体化液压支架等设备，使采空区充填、压实，使其能够克服充填空间、运输空间以及充填采煤等一些技术上难点。
图二 综合机械化固体充填采煤一体化生产系统布置
综合机械化固体充填采煤工作面具体布置情况可以由下图三所见，相比传统的综合采矿作业面相比，其大体布置相同，但在采煤工作面的后部，在工作面中平巷布置一条固体填充物料的运输带，将固体填充物料输送至刮板充填机械上，这样的方式就能够有效实现充填采煤能够在同一个工作面上实现作业。
1—运料带式运输机;2—充填物料转载机;
3—运煤刮板运输机;4—填充刮板运输机;
5—卸料孔;6—带式运输机;7—移动变电站
图三 充填工作面示意图
（二）综合机械化固体充填开采一体化液压支架
为了有效满足现代化充填采煤技术的发展要求，现阶段已经有效设计出综合机械化固体填充采煤一体化技术，具体的操作流程详见下图四。由图可想，综合机械化开采技术是现阶段公认最安全有效的一种技术，充填技术一定要与其相匹配，并且能够在综合开采液压支架掩护下进行采煤作业，这样就能够在支架掩护下开展填充作业（详见图二中支架后顶梁掩护空间），再由推进设备将填充物推入采空区域。这样，就能够有效克服填充空间、运输通道以及密实填充等采煤技术上面遇到的难点。采煤与充填一体化液压支架的顶梁主要分为前顶梁与后顶梁。后顶梁的支护能力要比前顶梁支护能力强，前顶梁能够掩护采煤作业，后顶梁能够有效掩护填充作业，后顶梁下面可以设置两根立柱使其显著提升支架后部的支撑能力，将固体物直接连入后顶梁中，将支架后部连接为一体夯实设备使固体充填物能够推进采空区，确定充填物强度经夯实能够超过2Mpa，然后根据岩层的移动、地表的沉陷控制目标，使其能够保障采空区填充效率。
图四 综合机械化固体填充与采煤一体化技术示意图
三、一些充填开采应用的实例
（一）靠近松散含水层下面充填采煤
一些煤矿在开采的过程中，上方覆盖了平均厚达270m以上的松散含水层，并且这些含水层是与地表水向连接的，原始设计中保留了大量防水煤柱，其压煤量超过3660万吨，现阶段使用综合机械化矸石密实填充的方式将其全部回收，这种矿井服务方式能够将服务延长20年以上。在防水煤柱这一块，煤层在第四纪松散含水层最近的区域仅为15m左右，进行开采的时候，一定要将此处的直接顶保护成为隔水关键位置，就是直接顶不能够形成贯通的裂缝，依据等价才高的理论岩层移动分析，充实密度Φ以及等价才高Me与煤层含水距离h之间的关系可以从下图五看出。
图五 Φ与Me与含水层h之间的关系
（二）密集建筑群下面充填采煤
一些煤矿位置集中在密集建筑群下面，例如山东省的花园煤矿，花园煤矿原设计大多使用条带开采，其采出率不足30%，其运用的是40m左右宽的条带进行开采，并留有82m煤柱。现阶段全部使用固体物料进行填充，并且使其能够使用空留巷无煤柱开采，其采出效率大概在83%以上，矿井的服务年限从原来的预估的不足38年延长至101年以上。山东省花园煤矿平均采深在550m左右，其煤层平均厚度大致在2.6m，开采时候实测地面最大下沉量为210mm。固体物料填充后实测最大下沉量大致为190mm，所以固体物料填充后地表沉降率大致在85%以上。
四、综合机械化固体充填采煤一体化技术研究方向
综合机械化固体充填采煤一体化技术是我国采矿科研工作者经过多年努力，并在深入研究充填采煤岩层理论上，研发一种新型固体充填技术，是一项原始方式以及技术创新的成果。现阶段这项技术在我国社会中取得了较为快速发展，并得到矿大煤矿企业的推广使用，取得了较好的经济效益。该项技术经工程应用表明，其主要是通过机械化方式将矸石等一些固体废弃物填充至采空区，然后由充填体控制覆盖的岩石层以及地表沉陷，所以，下述问题仍需进一步讨论解决。
（一）充填及推进自动化控制
现阶段，综合机械采煤与充填一体化技术中充填与采煤能够实现共同作业，但这种方式一定程度上影响了采煤作业，主要是因为充填与推进效率较低，一定程度上影响了充填工作面夯实速率。所以，充填以及夯实自动化控制研究将是该项技术进一步研究必须要解决的问题。
（二）新型充填材料
综合机械固体充填煤矿一体化技术想要进一步发展，其中充填材料是首先要解决的问题，其材料的来源、成本都会对该项技术发展产生一定影响。现代矿井充填采煤技术需要大量的固体充填物料，所以应该不断加大矸石、粉煤灰、城市建筑垃圾、废石等一些填充材料的研究，使其能够成为新型填充材料，有效降低填充成本。另外，一定要不断研究固体填充物的化学、物理性質，特别是对于填充材料稳定性研究。
（三）深井填充方向
现阶段，我国煤矿资源在开采过程中，大多开采浅部煤炭资源，对于深井开采技术在我国今后煤炭资源回采中占据较大比例。所以，深井填充开采中充填液压支架适应性方面研究以及固体填充材料的强度问题，是我国煤矿相关行业必须要进一步深入研究的问题。
参考文献：
[1] 黄艳利，张吉雄，张强等.充填体压实率对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制作用分析[J].采矿与安全工程学报，2012，29（2）：162-167.
[2] 缪协兴.综合机械化固体充填采煤矿压控制原理与支架受力分析[J].中国矿业大学学报，2010，39（6）：795-801.
[1] 巨峰，张吉雄，安百富等.充填采煤固体物料垂直投料井施工工艺研究[J].采矿与安全工程学报，2012，29（1）：38-43.
关键词：综合机械化;固体充填;采煤;一体化
一、开发现代化充填采煤技术的发展目标以及要点
很长时间以来，充填采煤技术都没有取得较大突破，其主要原因是因为受到一些难点技术的制约，另一个方面，现代化采煤技术的不断发展，相应的对充填技术的要求越来越高。因此，不断开发综合机械化采煤充填一体化技术是非常重要的。
（一）关于充填采煤技术实现的难点
众所周知，煤层属于沉积矿体，现代采煤技术中，大多数使用的是综合机械长壁开采的办法，随着相应的工作面不断推进，采空区上部覆盖的岩层随着煤矿开采失去支撑崩塌，具体的采煤工作面纵向图见下图一，从图一中我们可以看到，综采工作面的支架后面一些采空区都是被一些破碎岩石填充的，并没有使用一些固体填充，也没有可以进去的通道。所以，想要实现充填采煤必须要突破三个难点：首先是充填空间;其次是充填物运输通道;最后是充填物的密实度。
图一 综合机械长壁开采覆岩运动示意
（二）充填采煤技术的目标与要求
现代矿区充填采煤技术的目标是能够有效实现安全、高效的采煤，实现高效快速、安全的进行填充。使其能够实现采煤与充填技术共同工作的情形。在这样大目标情况下，现代化充填采煤技术就一定要有安全、高效的采煤资源，并且能够有效控制岩层与地表之间的移动，能够充分满足相应的对象需求，最后，能够带来显著经济效益。
二、综合机械化固体充填采煤一体化技术
（一）系统布置
综合机械化固体充填采煤一体化技术具体示意图见下图二。首先是由地面石头、粉煤灰、建筑垃圾等一些固体废弃垃圾作为主要填充材料的，然后通过固体物料连续运送或者是将其直接投放至系统输送至井下，然后由带式输送机将其送至填充采煤的工作面，借助一些刮板式填充输送机，实现采煤与充填一体化液压支架等设备，使采空区充填、压实，使其能够克服充填空间、运输空间以及充填采煤等一些技术上难点。
图二 综合机械化固体充填采煤一体化生产系统布置
综合机械化固体充填采煤工作面具体布置情况可以由下图三所见，相比传统的综合采矿作业面相比，其大体布置相同，但在采煤工作面的后部，在工作面中平巷布置一条固体填充物料的运输带，将固体填充物料输送至刮板充填机械上，这样的方式就能够有效实现充填采煤能够在同一个工作面上实现作业。
1—运料带式运输机;2—充填物料转载机;
3—运煤刮板运输机;4—填充刮板运输机;
5—卸料孔;6—带式运输机;7—移动变电站
图三 充填工作面示意图
（二）综合机械化固体充填开采一体化液压支架
为了有效满足现代化充填采煤技术的发展要求，现阶段已经有效设计出综合机械化固体填充采煤一体化技术，具体的操作流程详见下图四。由图可想，综合机械化开采技术是现阶段公认最安全有效的一种技术，充填技术一定要与其相匹配，并且能够在综合开采液压支架掩护下进行采煤作业，这样就能够在支架掩护下开展填充作业（详见图二中支架后顶梁掩护空间），再由推进设备将填充物推入采空区域。这样，就能够有效克服填充空间、运输通道以及密实填充等采煤技术上面遇到的难点。采煤与充填一体化液压支架的顶梁主要分为前顶梁与后顶梁。后顶梁的支护能力要比前顶梁支护能力强，前顶梁能够掩护采煤作业，后顶梁能够有效掩护填充作业，后顶梁下面可以设置两根立柱使其显著提升支架后部的支撑能力，将固体物直接连入后顶梁中，将支架后部连接为一体夯实设备使固体充填物能够推进采空区，确定充填物强度经夯实能够超过2Mpa，然后根据岩层的移动、地表的沉陷控制目标，使其能够保障采空区填充效率。
图四 综合机械化固体填充与采煤一体化技术示意图
三、一些充填开采应用的实例
（一）靠近松散含水层下面充填采煤
一些煤矿在开采的过程中，上方覆盖了平均厚达270m以上的松散含水层，并且这些含水层是与地表水向连接的，原始设计中保留了大量防水煤柱，其压煤量超过3660万吨，现阶段使用综合机械化矸石密实填充的方式将其全部回收，这种矿井服务方式能够将服务延长20年以上。在防水煤柱这一块，煤层在第四纪松散含水层最近的区域仅为15m左右，进行开采的时候，一定要将此处的直接顶保护成为隔水关键位置，就是直接顶不能够形成贯通的裂缝，依据等价才高的理论岩层移动分析，充实密度Φ以及等价才高Me与煤层含水距离h之间的关系可以从下图五看出。
图五 Φ与Me与含水层h之间的关系
（二）密集建筑群下面充填采煤
一些煤矿位置集中在密集建筑群下面，例如山东省的花园煤矿，花园煤矿原设计大多使用条带开采，其采出率不足30%，其运用的是40m左右宽的条带进行开采，并留有82m煤柱。现阶段全部使用固体物料进行填充，并且使其能够使用空留巷无煤柱开采，其采出效率大概在83%以上，矿井的服务年限从原来的预估的不足38年延长至101年以上。山东省花园煤矿平均采深在550m左右，其煤层平均厚度大致在2.6m，开采时候实测地面最大下沉量为210mm。固体物料填充后实测最大下沉量大致为190mm，所以固体物料填充后地表沉降率大致在85%以上。
四、综合机械化固体充填采煤一体化技术研究方向
综合机械化固体充填采煤一体化技术是我国采矿科研工作者经过多年努力，并在深入研究充填采煤岩层理论上，研发一种新型固体充填技术，是一项原始方式以及技术创新的成果。现阶段这项技术在我国社会中取得了较为快速发展，并得到矿大煤矿企业的推广使用，取得了较好的经济效益。该项技术经工程应用表明，其主要是通过机械化方式将矸石等一些固体废弃物填充至采空区，然后由充填体控制覆盖的岩石层以及地表沉陷，所以，下述问题仍需进一步讨论解决。
（一）充填及推进自动化控制
现阶段，综合机械采煤与充填一体化技术中充填与采煤能够实现共同作业，但这种方式一定程度上影响了采煤作业，主要是因为充填与推进效率较低，一定程度上影响了充填工作面夯实速率。所以，充填以及夯实自动化控制研究将是该项技术进一步研究必须要解决的问题。
（二）新型充填材料
综合机械固体充填煤矿一体化技术想要进一步发展，其中充填材料是首先要解决的问题，其材料的来源、成本都会对该项技术发展产生一定影响。现代矿井充填采煤技术需要大量的固体充填物料，所以应该不断加大矸石、粉煤灰、城市建筑垃圾、废石等一些填充材料的研究，使其能够成为新型填充材料，有效降低填充成本。另外，一定要不断研究固体填充物的化学、物理性質，特别是对于填充材料稳定性研究。
（三）深井填充方向
现阶段，我国煤矿资源在开采过程中，大多开采浅部煤炭资源，对于深井开采技术在我国今后煤炭资源回采中占据较大比例。所以，深井填充开采中充填液压支架适应性方面研究以及固体填充材料的强度问题，是我国煤矿相关行业必须要进一步深入研究的问题。
参考文献：
[1] 黄艳利，张吉雄，张强等.充填体压实率对综合机械化固体充填采煤岩层移动控制作用分析[J].采矿与安全工程学报，2012，29（2）：162-167.
[2] 缪协兴.综合机械化固体充填采煤矿压控制原理与支架受力分析[J].中国矿业大学学报，2010，39（6）：795-801.
[1] 巨峰，张吉雄，安百富等.充填采煤固体物料垂直投料井施工工艺研究[J].采矿与安全工程学报，2012，29（1）：38-43.