试论煤矿超高水充填开采配比系统分析

试论煤矿超高水充填开采配比系统分析
【摘要】与目前传统的煤矿充填开采技术相比，超高水材料充填具有前期投资低、施工工艺简单易操作、原材料来源广成本低、流动性强稳定性好等优点，对于实现煤矿开采的有效性、经济性以及绿色环保性有着非常重要的意义。

而超高水材料充填开采配比是其核心议题，近年来备受关注，因此本文结合城郊煤矿C2401工作面的现状，对超高水材料充填开采配比系统进行了初步的探讨，研究表明该技术对于提高煤矿开采经济效益，实现绿色可持续发展有着显著的正面效应。

【关键词】城郊煤矿超高水材料超高水充填开采系统
1 前言
我国煤炭资源储量丰富，分布广泛，然而建筑物下、水体下、铁路下压煤量约为137.9亿吨，占已探明资源量的1.14%，严重制约了煤炭资源开采。

实践证明，超高水充填开采是解决三下压煤的有效方法，与传统的充填技术相比，其具有初期投资较低，自动化程度高；充填料分布广泛，成本较低；材料流动性好，适宜井下充填；耗水量大，充填同时可解决井下废水；充填方式多样、简单，可适应不同地质条件等明显优势，对于提高煤炭采出率，以及实现绿色开采具有十分重要的现实意义。

2 超高水充填开采配比系统分析
2.1 超高水材料分析
超高水材料是中国矿业大学近年开发出的一种新型井下充填材料，由两种主料和两种外加剂组成，主料包括A料、B料，外加剂包括AA料、BB料。

A料以铝土矿、石膏等独立炼制而成，B料由石膏、石灰等混磨成主料，外加剂AA 料和BB料分别起着复合缓凝分散剂、复合速凝剂的作用。

2.2 充填开采配比系统分析
超高水材料充填配比系统主要包括上料系统、制浆系统、输送系统和混合系统等几部分。

A料系统同B料系统在设计组成和工作原理方面基本相同，主要配比过程如下：将袋装A料经拆包机的切割、旋转、过滤等作用被过滤到A料料仓内；通过自动控制系统设定制浆比例，加入预定的外加剂AA料，待浆液搅拌均匀后，便通过浆液通道进入A储浆池；活塞泵安设在储浆池的底部，6寸吸浆管与池底直接相连，搅拌好的A、B单浆液分别通过A、B活塞泵和A、B单浆输送管输送至工作面。

值得注意的是，在A、B单浆液进入充填区之前，需用混合设备将A、B单浆液进行等比例混合，然后通过混合管把混合浆液输送到采空区。

3 超高水填充开采配比系统的应用研究
3.1 城郊煤矿C2401工作面现状分析
城郊煤矿位于永城市西城区东部，矿井范围内老城压煤面积较大，合计建下煤炭资源超过7000万吨，建下压煤的大量存在，对矿井回采率、经济效益以及可持续发展能力都产生了极大影响。

C2401工作面煤层平均厚度2.9m，煤层倾角2°～8°，平均约5°，属近水平煤层。

根据工作面特点，对比超高水材料充填方式，为了能更好的适应工作面条件变化，决定采用包式充填法。

同时为了提高充填率，减少上覆岩层下沉变形量，根据现场实际充填情况，可阶段性的对已充填区域进行补充式自流充填。

3.2 超高水材料填充系统的技术改造分析
结合C2401工作面的实际特点，为了进一步优化超高水材料充填配比系统，我矿对相应设备进行了技术改造，其构造特点及优势如下：
首先，为降低工人劳动强度，提高系统工作效率，改善井下工作环境，我矿对上料设备进行系统改造。

在料仓上部加设拆包机，并配置除尘系统，从而实现井下袋装充填材料的自动化拆包、卸料、除袋。

第二，为提高制浆系统的浆液配制精度，减少人工误差，强化设备操控性，我矿对制浆设备进行自动化改造，实现了主料和外加剂的自动取料、称量，浆液的自动配制、搅拌、放浆，自动控制系统可对整套制浆设备的运行状态进行控制和监测，并可快速做出反应。

同时，为进一步提高设备制浆效率和系统可靠性，以超高水材料应用配比为基础，对各称量装置的称量范围进行比例改造优化。

第三，为降低清洗水量，在水洗输浆管路之前，采用高压风进行管路风洗，待清除完管路中残留的浆液后，再水洗管路，这样就极大的降低了清洗水量；同时，为了避免清洗水对工作面的影响，根据我矿充填硐室和工作面的位置关系，采用逆向管路清洗法，将管路中的清洗水逆向冲洗到充填硐室的排水沟中，经沉淀处理后直接排往水仓。

第四，为有效控制顶板下沉，提高充填率，避免地表沉陷，对超高水材料包式充填技术进行工艺改造，撤除传统充填方式中为阻隔充填袋侧面而设计的隔板支架，取而代之的是相邻支架间、相邻充填袋间的抗弯曲钢板，钢板依靠前次充填体和后垂直挡板的夹持，来阻挡充填袋的侧面。

第五，为降低掘进成本，减少煤柱留设，提高煤炭回采率，在充填开采的基础上，对胶带顺槽实行充填留巷，以作为下一工作面的顺槽使用。

相比沿空留巷，超高水材料充填留巷的上覆岩层活动比较平稳，周期来压不明显，顶板易维护，巷道完好程度较好。

3.3 充填效果及经济效益分析
在C2401充填回采工作面设立地表岩移观测站，观测开采前、开采中、开采后地表移动下沉变化数据，回采期间测量组每月对地表控制点进行一次水准和坐标测量，进行数据对比分析。

截至目前，各控制点未发生下沉，达到预期充填效果。

经济效益方面，根据城郊煤矿井下水质条件，C2401充填工作面充填料最终凝固体中水的体积比为95%，吨煤充填开采增加成139.27元/吨。

C2401工作面可采储量7.5万吨，用超高水充填开采可带来利润4800多万元。

为解决“三下”压煤提供了技术依据，为河南煤化的可持续发展注入了新的活力。

4 结语
综上所述，超高水充填材料如今已经在不少煤矿开采过程中得到了推广与应用，在超高水材料的配置过程中，充填原料的配比情况直接关系着充填开采的成功与否，因此，超高水充填开采配比系统有着非常重大的研究价值。

因此，本文结合城郊煤矿C2401工作面的实际情况，重点探讨了煤矿超高水充填开采配比系统在实际中的应用，实践结果表明，该系统的自动化程度高，操作安全有效，并且经济效益和环境效益显著，具有较高的推广应用价值。

参考文献：
[1]马树元，李报，李桂新等.高德矿增大水砂充填供水能力的研究[J].阜新矿业学院学报，1991，10（2）：25-29.
[2]冯光明，王成真，李凤凯等.超高水材料开放式填充开采研究[J].采矿与安全工程学报，2010，12（4）：453-457.。