充填采煤技术现状与展望

充填采煤技术现状与展望
当今运用到的充填采煤技术主要有膏体充填采煤技术、高水充填采煤技术、矸石充填采煤技术及局部充填采煤技术，文章在介绍各种充填技术相关知识的同时会对各种技术加以分析，提出目前煤矿开采过程中这些技术存在的不足，着重解决煤矿开采工程中充填采煤技术能力不足的问题。

此外，还将研究讨论充填采煤技术的理论知识，以助大家深刻认识该技术。

标签：充填采煤技术；现状；展望
充填采煤技术的优点主要有：对开采岩层的破坏不大、可以很好地控制开采岩层的移动与地面沉陷的问题，是实现煤矿绿色开采的重要内容之一。

我国在二十世纪中期已经开始了充填采煤技术的研究，不过当时的技术存在较大的缺陷，如生产效率不高、机械化程度低，且对充填技术的系统研究方面是空白的，这导致充填采煤技术在当时并未能广泛使用。

经过几十年的研究，人们探讨出了充填采煤技术的理论基础并将其应用于煤矿开采中，能够很好的解决煤矿开采与环境破坏之间的矛盾。

1 充填采煤技术的介绍
几十年的发展使充填采煤技术在煤矿开采过程中得到了极大地推广，但是由于充填技术的使用存在着一定的条件限制，故目前该技术并未得到广泛的推广应用，即充填采煤技术现今仍存在一些需要解决的问题：充填能力与采煤能力未协调的问题、充填材料供需问题、充填技术的成本与所带来的利益均衡的问题。

充填能力与采煤能力未协调问题主要表现在施工工程中采煤作业与充填是相互制约、相互影响的，两个环节的相互协调才能使采煤作业顺利进行，但是目前充填能力与采煤能力未能相互协调，为了使充填采煤技术达到高产高效的要求，必须解决这两个能力不协调的问题。

充填材料供需问题目前已经找到较好的解决途径，因采用的是废石等废弃物作为充填材料已经基本解决，但是我们知道，煤矿开采过程的废弃物是较少的，导致了充填材料供应不足的问题，故为了成功应用充填采煤技术，我们必须积极寻找能满足充填条件的廉价易获得的充填材料。

充填技术很好的解决了煤矿开采过程中的环境、安全等问题，但是其所需的技术、设备等需要很大的资金投入，考虑其效率是一个很现实的问题。

除此之外，充填采煤技术对岩层会造成一定的干扰，虽然由于开采后相当长一段时间内岩层会保持稳定，但顶层控制困难，进行充填的时间选择极其有限，对整体作业有严重的干扰。

金属矿脉的顶板多数属于硬岩，所以其充填时间是可以得到保证的，故对其采空区进行充填是比较容易的，这也是因为采空区空间比较规则、完整，除此之外，对岩层运动的控制也比较容易实现，充填作业与采矿作业之间的相互影响比较小。

但是，在层状岩中的煤层难以保证充填所需的时间与空间，甚至难以保持填充物进入采空区的通道，直接导致了难以实现对岩层运动的控制，填充的时间非常紧迫，容易出现错误，导致充填与采煤作业之间相互干扰严重。

2 充填采煤技术的现状
充填采煤技术有多种分类方法，按充填材料可分为高水充填技术、膏体充填技术、水砂充填技术及矸石充填技术；按运送充填材料的方式可分为机械充填技术、水利充填技术、风力充填技术及自溜充填技术；按材料充填位置可分为采空区充填技术、冒落区充填技术及离层区充填技术。

此外，根据材料充填的范围与所占的比例可分为整体充填与局部充填。

下面将采用按充填材料不同的分类方法介绍四种充填采煤技术：
2.1 高水充填采煤技术
高水即高水材料，是一种主要由石灰膏、凝固剂、解凝剂、水泥、悬浮剂等组成的凝胶材料。

高水充填技术比较适合井下或者地面作业，其作业原理图如图1所示。

施工时，将A、B两种单浆液分别加到缓冲池中，待达到所需的量以后，将闸门打开将其运输至工作面，混合均匀以后注入图示采空区。

与其他技术相比，高水充填具有以下优点：所需固体材料相对较少、对岩层影响极小、成本低、作业后期质量有保证等，很好解决充填材料供应不足、充填稳定性等问题。

2.2 膏体充填采煤技术
膏体充填的材料是矸石、河砂、炉渣、固体垃圾以及粉煤灰等，将这些材料混合无需脱水，制成膏状物体，然后通过管道将物体送到指定位置。

其主要由制浆系统、运输系统、充填工作面三部分组成。

其工作原理图如图2所示。

膏体充填采煤技术由于是浆体，故其流动性较好、其密度与强度很高、容易控制，但是膏体充填采煤技术所需成本较高。

2.3 矸石充填采煤技术
充填采煤技术是一种通过动力将充填的材料（煤矸石）运输到采空区的方法，动力可以是机械动力也可以是自然界中的风力、水利以及重力。

按照所采用的动力可以将矸石填充技术细分为机械填充、风力填充以及人工填充。

填充材料并非只有矸石，还包括石砂、粉煤灰、碎石子等，此外还得加入一些添加剂，如凝胶剂等。

一般矸石填充技术施工时需要专用的机械将填充材料抛入采空区以实现充填，此种充填技术原理简单，操作方便，运作成本相对较低，在薄层、中厚层煤矿开采中应用广泛。

矸石充填采煤技术由于可以在一个液压支架的掩护下进行填充和采煤作业，很好的解决的充填技术中关于充填位置、动力、通道之间不协调的问题。

矸石充填技术平面原理图如图3所示。

2.4 局部充填采煤技术
局部充填顾名思义就是在局部范围内进行充填是针对整体充填的概念提出
的，充填的空间不是整个采空区，只是采空区的一部分，充填的量与空间都只是所采煤矿总量的一部分。

整体填充技术，即全部填充技术通过向采空区填入填充物以控制岩层的运动，达到减小影响的目的，将地面出现沉陷的可能性降到最低，而局部充填除了依靠填充物控制岩层运动，还利用了覆岩的结构和煤柱的支撑力达到控制岩层运动的目的。

一方面将充分利用了各种可以使用的条件，另一方面，大大减少了充填量，节约了开采的成本投入，提高了效益。

局部充填根据充填位置与时机可细分为采空区条带充填、离层区注浆充填技术、冒落区充填技术。

3 充填采煤技术的展望
众所周知，煤矿开采施工过程中，充填采空区是为了控制岩层的运动，将采矿对地壳运动的影响降到最低，故今后对充填技术的研究应着重于探讨煤矿开采层岩层运动规律的总结与地面可能出现的沉陷问题的解决。

目前，充填采煤技术的实际应用中，还有很多制约因素，在这些制约充填采煤技术因素中，主要因素是充填能力与采煤能力不协调，这直接导致充填技术不匹配煤矿开采中高产高效的生产模式，为了解决这一问题，应该着重考虑如何实现充填与采煤能力之间的相互协调，使他们能合理配合。

可以从下面几个方面思考，探讨解决的方法：
（1）充填技术的合理化，即寻找合适的充填工艺，以实现与采煤能力的相互协调为主要目的，达到充分分离、密切配合、相互协调的目的。

（2）考虑适当的减少充填材料的量，采用局部充填的方法。

（3）改进充填材料，一方面是改进材料性能，比如如何实现对材料固化时间的控制、提高所用材料的强度等，另一方面应积极寻找开发新型的填充材料，比如气体等。

4 结束语
文章对目前的充填采煤技术进行了介绍，并按填充材料进行了分类介绍，介绍了其优缺点，使大家对填充技术有了初步的了解，在此基础上，提出了填充采煤技术的展望以期促进填充采煤技术的进一步推广。

参考文献
[1]刘建功.太平煤矿充填支架综采工作面设备配套与工艺[J].煤矿开采，2012（16）：56-58.
[2]张文海，张吉雄.矸石充填采煤工艺及配套设备研究[J].采矿与安全工程学报，2011（03）：23-25.。