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[摘 要]煤炭开采为经济建设提供了煤炭资源，在煤炭开采过程中，存在一定的安全隐患，如采空区的沉陷隐患，这种安全隐患不仅对环境造成了很大的危害，还容易引起安全事故，因此必须要应用填充开采技术，改善煤炭开采的现状。文章主要对填充开采技术在煤矿开采中的应用优势和应用现状进行分析和总结，以提高煤矿开采的安全性。
[关键词]充填采煤技术；发展现状；前景
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0059-01
1.引言
充填开采是煤矿绿色开采技术体系的一个重要内容，这种开采方法对岩层的扰动小，具有控制岩层移动与地表沉陷的作用，是解决煤矿开采中三下一上问题以及环境保护问题的一个重要途径。所以近年来，我国对于充填采煤技术进行了深入研究。我国实际上在上个世纪60年代就进行了水砂充填采煤的探索，但是由于生产效率低下，加上充填材料的缺乏，导致研究不深入，实际应用问题多多。本文对当前我国采煤充填技术的发展现状进行分析，并展望了这种技术的发展前景。
2.充填采煤技术特点及分类
2.1充填采煤技术的特点
煤矿充填开采技术的特点主要有以下几个方面。第一，采煤生产能否跟充填生产能力的均衡问题。充填开采中，采矿跟充填两个步骤是相互制约的，二者缺一不可，只有采矿以及充填两个环节都运行良好才能够个共同组成回采作业的大循环。但是实际上，采煤生产能力和充填生产能力的均衡性问题在实践中表现得很突出，即充填生产能力和采煤生产能力不匹配。随着当前煤矿规模的不断扩大，煤矿冲田技术必须要跟煤矿当前的高效高产生产目标相适应才有实际价值。第二，充填材料供需问题。煤矿开采的工业废弃物比较相对较小，煤矸石一般仅为煤炭开采量的15%左右，采空区全部充填是难以解决充填材料来源困难问题的。所以，寻求丰富低价的充填材料是确保充填采煤方法良好运行的必要条件。第三，采后岩层移动和破坏规律复杂，充填作业受时空限制。煤炭资源主要分布在层状沉积岩中，采用长臂垮落法进行煤矿开采，采空区岩石随采随垮，导致能够充填的时间很短。
2.2充填采煤技术的分析
煤矿充填开采方法按照充填介质类型以及运送时的物相状态来分，可以分为膏体充填、水砂充填、矸石充填、高水充填这几种方法。根据充填位置可以将充填开采方法分为离层区充填，即在煤层采出后覆岩离层空洞区域进行注浆充填；采空区充填，即在煤层采出后顶板未冒落前的采空区域进行充填；冒落区充填，即在煤层采出后頂板已冒落的破碎矸石中进行注浆充填。根据充填材料运送材料动力的不同，可以分为水力充填、机械充填、自溜充填等类型。水力充填，是利用水为动力沿管将充填料充入采空区。水力充填按充填料浆的浓度大小，又可分为：低浓度充填、高浓度充填和膏体充填。机械充填，即利用专用投掷机将充填物料抛至采空区。自溜充填，即利用充填料本身的自重沿管、槽或巷道将充填料溜送至采空区；风力充填，即利用压缩空气为动力沿管道或借助风力充填机将充填料运送至采空区。
3.我国充填采煤技术的发展现状
3.1膏体充填采煤技术
膏体充填技术是将煤矿附近的矸石、河砂、工业炉渣等地面加工制作的牙膏状的浆体采取重力加压或者充填泵充填的方式通过管道运输到井下进行采空区充填的开采方法。膏体充填系统一般有配料制浆系统以及工作面充填子系统组成。配料制浆系统能够将干事、工业炉渣以及粉煤灰等制成膏体充填料浆。泵送系统的主要作用是将料浆通过管道输送到井下采煤工作面。工作面充填子系统主要是将膏体材料充填到采空区。膏体充填采煤技术的前期投资较高，主要用于系统的建设，一般在3000万元左右。这一技术在德国已经有了较长时间的运用，我国则是在2004年于焦作、淄博等煤矿中有所运用。
3.2矸石充填采煤技术
矸石充填采煤法是利用风力、重力、机械等动力将充填材料煤矸石输入或者抛入采空区的充填采煤方法。矸石充填方法包括人工充填、风力充填、机械充填等方法。不同的充填系统的充填料一般是由矸石、砂子、采石场碎石以及粉煤灰组成。人工矸石充填的生产能力较小、效率较低、劳动强度比较大，跟回采工艺的适应性交叉，所以实践中使用的不多。实践中使用较多的是机械充填方法，机械充填分为普通机械化矸石充填以及综合机械化矸石充填两种方法。普通机械化矸石充填工艺主要是采用抛矸机等设备将矸石抛向采空区进行充填。最早在2006年，新汶矿业就对普通机械化矸石充填工艺进行了探索，主要将这种方法用于薄及中厚煤层普采中。综合机械化矸石充填采煤指的是在综合机械化采煤作业面上同时实现综合机械化矸石充填作业。这一技术的难点在与确保充填空间、充填通道和充填动力。
3.3高水材料充填采煤技术
高水材料又叫高水速凝固结材料，是一种胶凝材料，这种材料主要是有高铝水泥、石灰、石膏、解凝剂等物质组成。跟其他几种充填技术相比，高水材料充填采煤具有以下几方面的优势。一方面，由于这种材料的用水量小，所以对于固体材料的需求少，这就克服了煤矿固体充填材料缺乏的问题。另一方面，简化了其他充填技术所需的庞大充填系统。高水材料充填采煤技术对于充填系统的投资较少，而且由于对充填固料的要求少，所以对于矿井辅助运输的影响也比较小。
3.4部分充填采煤技术
部分充填采煤技术指的是充填量以及充填范围都仅是采出煤量一部分，仅对采空区的局部或者离层区与冒落区进行充填。部分充填主要利用煤柱共同支撑覆岩结构的自承载能力，减少了冲天了，降低了充填开采成本。根据部分充填的位置与充填时机的不同，煤矿部分充填开采氛围采空区条带冲田技术、冒落区注浆充填技术等。
3.5综合机械化固体填充技术
当前，在现代化矿井中，综合机械化固体填充技术得到了广泛的应用，其主要是通过机械化的方法来直接密实矿区周围的矸石煤渣并将其填充至填充巷内，如此一来，不但与岩层的移动规律相符，而且还能对煤矿开采区域附近的先天环境的破坏降到最低。通常情况下，此项技术能够有效解决在普通填充时经常发生的空间约束问题，而且适用于各类煤矿中。其主要是利用连续型垂直向的输送系统来从地面将物料运输至井下，而且其辅助动力机还可以结合具体情况来确保填充固体紧固性良好，确保整体作业的安全。
4.充填采煤技术展望
当前充填采煤技术实践应用情况来看，制约当前煤矿开采技术推广应用的一个主要因素就是充填才没能力比较低，跟没看高产高效的生产模式不相适应，这主要是由于当前充填工艺跟采煤工艺的配合不够理想。所以未来对于充填采煤技术的研究主要从充填工艺模式的选择、充填材料的改善等方面进行探讨。
结语
随着现代开采技术的进一步发展，为了满足现代煤矿开采和煤业生产发展的需求，也为了实现绿色开采，保证开采安全，必须要加强煤矿周边采空区的稳定性建设，做好支撑防护工作，因此必须要重视填充开采技术的进一步开发和研究，提高安全开采质量和水平。部分填充结合局部调离法应用在煤矿开采上，这种技术的应用有效解决了煤矿开采后采空区的地质沉陷问题，保证了煤炭开采安全。
参考文献
[1]郭广礼，朱晓峻，查剑锋等.基于等价采高理论的固体充填采煤沉陷预计方法[J].中国有色金属学报（英文版），2014，（10）：3302-3308.
[2]杨同和.充填采煤技术现状与发展探讨[J].企业导报，2014，（22）：64-64，62.
[3]程恳.充填采煤技术在煤层开采中的技术要点研究[J].内蒙古煤炭经济，2014，（3）：12.
作者简介
王汉国，男，1985年6月出生，工程师，2009年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现工作于七台河市煤炭生产安全监督管理局，主要从事采矿技术及管理工作。
[关键词]充填采煤技术；发展现状；前景
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0059-01
1.引言
充填开采是煤矿绿色开采技术体系的一个重要内容，这种开采方法对岩层的扰动小，具有控制岩层移动与地表沉陷的作用，是解决煤矿开采中三下一上问题以及环境保护问题的一个重要途径。所以近年来，我国对于充填采煤技术进行了深入研究。我国实际上在上个世纪60年代就进行了水砂充填采煤的探索，但是由于生产效率低下，加上充填材料的缺乏，导致研究不深入，实际应用问题多多。本文对当前我国采煤充填技术的发展现状进行分析，并展望了这种技术的发展前景。
2.充填采煤技术特点及分类
2.1充填采煤技术的特点
煤矿充填开采技术的特点主要有以下几个方面。第一，采煤生产能否跟充填生产能力的均衡问题。充填开采中，采矿跟充填两个步骤是相互制约的，二者缺一不可，只有采矿以及充填两个环节都运行良好才能够个共同组成回采作业的大循环。但是实际上，采煤生产能力和充填生产能力的均衡性问题在实践中表现得很突出，即充填生产能力和采煤生产能力不匹配。随着当前煤矿规模的不断扩大，煤矿冲田技术必须要跟煤矿当前的高效高产生产目标相适应才有实际价值。第二，充填材料供需问题。煤矿开采的工业废弃物比较相对较小，煤矸石一般仅为煤炭开采量的15%左右，采空区全部充填是难以解决充填材料来源困难问题的。所以，寻求丰富低价的充填材料是确保充填采煤方法良好运行的必要条件。第三，采后岩层移动和破坏规律复杂，充填作业受时空限制。煤炭资源主要分布在层状沉积岩中，采用长臂垮落法进行煤矿开采，采空区岩石随采随垮，导致能够充填的时间很短。
2.2充填采煤技术的分析
煤矿充填开采方法按照充填介质类型以及运送时的物相状态来分，可以分为膏体充填、水砂充填、矸石充填、高水充填这几种方法。根据充填位置可以将充填开采方法分为离层区充填，即在煤层采出后覆岩离层空洞区域进行注浆充填；采空区充填，即在煤层采出后顶板未冒落前的采空区域进行充填；冒落区充填，即在煤层采出后頂板已冒落的破碎矸石中进行注浆充填。根据充填材料运送材料动力的不同，可以分为水力充填、机械充填、自溜充填等类型。水力充填，是利用水为动力沿管将充填料充入采空区。水力充填按充填料浆的浓度大小，又可分为：低浓度充填、高浓度充填和膏体充填。机械充填，即利用专用投掷机将充填物料抛至采空区。自溜充填，即利用充填料本身的自重沿管、槽或巷道将充填料溜送至采空区；风力充填，即利用压缩空气为动力沿管道或借助风力充填机将充填料运送至采空区。
3.我国充填采煤技术的发展现状
3.1膏体充填采煤技术
膏体充填技术是将煤矿附近的矸石、河砂、工业炉渣等地面加工制作的牙膏状的浆体采取重力加压或者充填泵充填的方式通过管道运输到井下进行采空区充填的开采方法。膏体充填系统一般有配料制浆系统以及工作面充填子系统组成。配料制浆系统能够将干事、工业炉渣以及粉煤灰等制成膏体充填料浆。泵送系统的主要作用是将料浆通过管道输送到井下采煤工作面。工作面充填子系统主要是将膏体材料充填到采空区。膏体充填采煤技术的前期投资较高，主要用于系统的建设，一般在3000万元左右。这一技术在德国已经有了较长时间的运用，我国则是在2004年于焦作、淄博等煤矿中有所运用。
3.2矸石充填采煤技术
矸石充填采煤法是利用风力、重力、机械等动力将充填材料煤矸石输入或者抛入采空区的充填采煤方法。矸石充填方法包括人工充填、风力充填、机械充填等方法。不同的充填系统的充填料一般是由矸石、砂子、采石场碎石以及粉煤灰组成。人工矸石充填的生产能力较小、效率较低、劳动强度比较大，跟回采工艺的适应性交叉，所以实践中使用的不多。实践中使用较多的是机械充填方法，机械充填分为普通机械化矸石充填以及综合机械化矸石充填两种方法。普通机械化矸石充填工艺主要是采用抛矸机等设备将矸石抛向采空区进行充填。最早在2006年，新汶矿业就对普通机械化矸石充填工艺进行了探索，主要将这种方法用于薄及中厚煤层普采中。综合机械化矸石充填采煤指的是在综合机械化采煤作业面上同时实现综合机械化矸石充填作业。这一技术的难点在与确保充填空间、充填通道和充填动力。
3.3高水材料充填采煤技术
高水材料又叫高水速凝固结材料，是一种胶凝材料，这种材料主要是有高铝水泥、石灰、石膏、解凝剂等物质组成。跟其他几种充填技术相比，高水材料充填采煤具有以下几方面的优势。一方面，由于这种材料的用水量小，所以对于固体材料的需求少，这就克服了煤矿固体充填材料缺乏的问题。另一方面，简化了其他充填技术所需的庞大充填系统。高水材料充填采煤技术对于充填系统的投资较少，而且由于对充填固料的要求少，所以对于矿井辅助运输的影响也比较小。
3.4部分充填采煤技术
部分充填采煤技术指的是充填量以及充填范围都仅是采出煤量一部分，仅对采空区的局部或者离层区与冒落区进行充填。部分充填主要利用煤柱共同支撑覆岩结构的自承载能力，减少了冲天了，降低了充填开采成本。根据部分充填的位置与充填时机的不同，煤矿部分充填开采氛围采空区条带冲田技术、冒落区注浆充填技术等。
3.5综合机械化固体填充技术
当前，在现代化矿井中，综合机械化固体填充技术得到了广泛的应用，其主要是通过机械化的方法来直接密实矿区周围的矸石煤渣并将其填充至填充巷内，如此一来，不但与岩层的移动规律相符，而且还能对煤矿开采区域附近的先天环境的破坏降到最低。通常情况下，此项技术能够有效解决在普通填充时经常发生的空间约束问题，而且适用于各类煤矿中。其主要是利用连续型垂直向的输送系统来从地面将物料运输至井下，而且其辅助动力机还可以结合具体情况来确保填充固体紧固性良好，确保整体作业的安全。
4.充填采煤技术展望
当前充填采煤技术实践应用情况来看，制约当前煤矿开采技术推广应用的一个主要因素就是充填才没能力比较低，跟没看高产高效的生产模式不相适应，这主要是由于当前充填工艺跟采煤工艺的配合不够理想。所以未来对于充填采煤技术的研究主要从充填工艺模式的选择、充填材料的改善等方面进行探讨。
结语
随着现代开采技术的进一步发展，为了满足现代煤矿开采和煤业生产发展的需求，也为了实现绿色开采，保证开采安全，必须要加强煤矿周边采空区的稳定性建设，做好支撑防护工作，因此必须要重视填充开采技术的进一步开发和研究，提高安全开采质量和水平。部分填充结合局部调离法应用在煤矿开采上，这种技术的应用有效解决了煤矿开采后采空区的地质沉陷问题，保证了煤炭开采安全。
参考文献
[1]郭广礼，朱晓峻，查剑锋等.基于等价采高理论的固体充填采煤沉陷预计方法[J].中国有色金属学报（英文版），2014，（10）：3302-3308.
[2]杨同和.充填采煤技术现状与发展探讨[J].企业导报，2014，（22）：64-64，62.
[3]程恳.充填采煤技术在煤层开采中的技术要点研究[J].内蒙古煤炭经济，2014，（3）：12.
作者简介
王汉国，男，1985年6月出生，工程师，2009年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现工作于七台河市煤炭生产安全监督管理局，主要从事采矿技术及管理工作。