充填开采

充填开采是解决“三下”压煤、避免煤矸石和粉煤灰等工业废弃物占用耕地及污染环境的技术手段。20世纪80年代初，国外发展了膏体回填技术。德国瓦尔苏蒙煤矿采用长壁法采煤，以工业废弃细物料（煤泥、粉煤灰）制备膏体料浆回填采空区。我国学者对膏体回填技术在煤矿的应用也进行了研究，提出了固体废物膏体回填不迁村开采技术，把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、城市固体垃圾等在地面加工成胶结性或非胶结性膏体浆液，用回填泵或通过管道自流输送到井下，部分或全部回填工作面采空区，形成以膏体回填体为主体的覆岩支撑体系，控制地表沉陷值，在保证地面建筑物损害轻微的条件下，提高村庄下煤炭资源的采出率，延长矿井的服务年限。

近年来，我国政府高度重视并积极引导和大力提倡矿井回填技术。国家能源局、财政部、国土资源部、环境保护部2013.01 发布的国能煤炭〔2013〕19 号文“关于印发《煤矿回填开采工作指导意见》的通知”中明确指出：通过回填开采“三下”煤炭资源，实现中厚煤层采区回采率达到85%以上，薄煤层采区回采率达到90%以上，对留设煤柱和边角残煤实施以矸换煤开采，回采率达到70%以上的目标，实现矿区生态环境明显改善，地面基本实现无矸石山堆存，地表变形和次生地质灾害得到有效控制，降低地下水系和地面生态环境破坏程度。

目前已在煤矿现场成功进行应用实施的矿井回填采煤技术主要有下列几种方式：

（1) 膏体（似膏体）充填采煤技术

（2) 矸石充填采煤技术

（3) 高水材料充填采煤技术。

膏体充填采煤技术就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、河沙、风积沙、工业炉渣、劣质土、城市固体垃圾等在地面加工制作成牙膏状浆体，采用回填泵或重力加压，通过管道送到井下，适时回填采空区的开采方法。

根据矿井主采煤层的地质条件、回采工艺及采掘接续情况，采煤工序与充填工序之间的衔接与协调方式有 2 种：

（1）边采边充。这种方式采煤和充填（回填）工作在同一个工作面内进行，适合于综采和高档普采长壁工作面，顶板中等稳定以上。一般情况下，工作面向前推进2-6m后，就开始在后方采空区内进行充填作业。

（2）先采后充。这种方式采煤和充填（回填）工作在不同的工作面内进行。

首先在一个工作面内进行回采，回采工作全部结束后，再进行回填工作。这种方式适合于顶板较为稳定的短壁工作面。

典型的膏体（似膏体）充填系统由三部分组成：配料制浆子系统、管道输送子系统和工作面回填子系统。配料制浆子系统把煤矸石、粉煤灰、工业炉渣、胶结料和水配制成膏体回填料浆；管道输送子系统利用重力或回填泵的动力把膏体回填料浆通过回填管路由地面输送到井下采煤工作面；工作面回填子系统将膏体材料回填到采空区。

膏体（似膏体）充填具有料浆流动性好、密实度高、回填体强度高的优势，故其对岩层移动与地表沉陷的控制效果较好。

矸石充填采煤技术是利用风力、重力、机械等动力将回填材料（煤矸石）抛入或输入采空区的回填采煤方法。根据回填材料回填采空区的动力方式，煤矸石充填方法分为：

人工回填、自溜回填、风力回填和机械回填。不同充填系统的充填料一般由矸石、砂子、采石场碎石及粉煤灰等组成，成分以煤矸石为主，一般不需要加入胶结料或其他添加剂。人工矸石回填因其生产能力小、效率低、劳动强度大、与回采工艺适应性较差，故很少采用。矸石自溜回填只能在急倾斜煤层中应用，淮南、北京、北票及中梁山等矿区曾应用过这种回填开采方法。机械化矸石回填又根据工作面采煤工艺不同分为普通机械化矸石回填和综合机械化矸石回填两种类型，前者主要应用于炮采、普采工作面，后者应用于综采工作面。

矸石充填系统相对简单，机械化程度高，初期投资较膏体回填低。但矸石充填的密实度相对较低，对岩层移动和地表沉陷的控制效果不如膏体回填。

高水材料是一种低强度的胶凝材料，由A、B 两种材料构成，主要包括高铝水泥、石灰、石膏、速凝剂、解凝剂、悬浮剂等组分。它具有固水能力强、单浆悬浮性和流动性强、凝固速度快、强度增长速度快等特点，可以将高比例的水迅速凝固成具有一定承载能力的固体。使用时，A、B 料以1:1 比例混合配制成浆液，体积含水率达85%~97%，在5~30min 内凝固、硬化，最终形成高含水固体。

该方法解决了充填接顶问题，系统简单，投资少，能够有效降低人工劳动强度，但高水材料抗风化及抗高温能力差，长期稳定性差。