浅谈“三下”压煤充填开采技术

浅谈“三下”压煤充填开采技术

[摘要]文中讲述了当前“三下”压煤充填开采采用的干式充填、水力充填及胶结充填挖掘水平和特点，充分分析了煤矿填充水平国内外发展现状，展望了“三下”压煤充填挖掘能力的前进目标。

【关键词】充填开采；“三下”压煤；绿色开采

绿色挖掘水平是煤矿充填开采技术的主要构成成分，合理高效回采煤炭能源、达到资源可持续发展的主要保证便是煤矿胶结充填开采，煤矿胶结充填挖掘已经渐渐变成煤炭行业的重要环节，其不仅可以使优质煤炭能源回收过程中带来更加丰厚的经营利益，更能提升能源的高效使用率、有利于降低环境负担，起到保护环境的作用。

1、“三下”压煤充填开采方法

“三下”压煤往往聚集布局在工业根基良好、挖掘情况优异、煤炭依赖性较强的经济兴旺区域。干式充填、水力充填和胶结充填是“三下”压煤根据加添原料及运输形式不同所形成的三种充填方式。

1.1干式充填

全球矿山最古老的充填方式采用的是干式充填，它的基本道理是把露天采石场或废石场收集的土壤、砂石、工业废渣、块石等干式加添原料，根据要求的块度构成将收集来的原材通过爆破、筛选分类及混和后，靠人或者机器运用地面传送及井下阶段水平传送将其送到充填井或采空区，经过溜放或储存加添，达到能够挤压蓬松充填体的挖掘水平[1]。采掘、制造、储存及运输和堆积干式加添原料到采空区的装备、设备、构建物和井巷工程的总和构成干式充填体系。

应用干式充填采矿法进行回采作业的过程中，要使开采来的矿石和它下层的加添原材分开，两者的中间应该放上隔断原材，用来降低采矿的贫化及损耗。这种隔断原料必须拥有高强度、低成本和应用重复率高等特征。干式充填体系具有多环节作业、低充填水平、很重的粉尘、充填体固密程度不达标等缺点，但其具有投资少的优点，现在只有小型的矿山和处理采空区，其他的地区较少应用干式充填体系。

1.2水力充填

水力充填就是自1990年以后兴起的一种新兴技术，发展至今已经相当成熟，该充填系统以其适应性强，运送成本不高、输送效率高等特点，被国内外的矿场所使用。其主要工作流程是通过自然压头或泵站，以水为介质，通过设备站沿着管道或者与管道相连接的已经钻好的孔，把矸石、河砂、破碎砂、尾砂或水淬炉碴等水力充填材料输送和充填到采空区[2]。水力充填的基本原理是，首先将充填体脱水，通过外力进行输送，输送的距离最短的几十米，最远的高达上千米，在输送过程中，有专门的排水设施可以将水全部的排出。水力充填主要由分级脱水设备，砂仓、砂浆制备设施，输送管道、采场脱水设施和井下排水和排泥设施。该设施最重要的工艺和设施是管道水利输送和充填管理。输送管理的直径要根据受临界流速、合理流速和水力坡度的不同而确定大小。正常情况下，如果充填材料是以脱泥尾砂或天然砂，充填料浆的固体质量浓度没有高于70%，可以采用自流输送的方法；如果充填倍线较小时，可以使用料泵输送的方法。

1.3胶结充填

胶结充填自开发以来，其不光具有输送速度快、一次充填量大、使用工艺简

单、产生的充填体强度大等特点，而且它还能够较好地控制地表变形，保护村庄现有建筑物，满足了人民合理开发和充分利用地下资源的需求，进一步延长了濒临破产的煤炭企业寿命，因而受到矿山企业的普遍认同。

胶结充填的技术可以分成三类：一类是以适量胶结料为底料，将我通过采集或者加工过的矸石等惰性材料放入其中，通过加水进行混合搅拌，将制成的胶结充填料浆，通过钻孔、管、槽等进行输送或者堆放到别处，在运送过程中将多余的水分脱除，形成了供人民使用的具有特定强度的充填体；二是把采集或者加工好的矸石、大碎石放入到一个专门的井下，按照比例放入一定的胶和微小的惰性材料，再加入一些水搅拌成强度较低的混凝土；三是首先在地面制成一定数量的水泥砂浆或者净浆，与先前准备好的一部分矸石、碎石一并放入井下，再将另一部分矸石、碎石等惰性材料输送到采空区，通过加压注射，自己淋洒等做法，将放入井中的砂浆或净浆完全附在矸石、大碎石上面[3]。

2、国内充填开采使用情况

我国的煤矿点多、线长、面广，可以说是自从开始充填技术以来，我国的充填从最单位的干式充填发展到水力充填，从尾砂、大块石、全尾砂发展到现在的胶结充填，可以说是发了质的变化。特别是近十年来，随着科学技术的快速发展，人们对充技术有了更深的研究，我们在充填技术的研究开发和使用方面都取得了十分的进步。

1990年，兖州矿务局和中国矿业大学在北宿煤矿吴管庄进行合作，专题研究薄煤层双对拉工作面联合开采；进一步增加邢台煤矿的服务时间，1997年研制开发“安全高效高回收率综合机械化固体充填采煤技术”；2006年，峰峰集团经过与中国矿业大学等公司合作，共同开发了一个新款膏体胶结料做固化剂，通过综合机械化的方式进行开采，有效提高了充填工作面的拓展和工作效率；2010年，冀中能源股份有限公司通过与三一重型装备有限公司合作，共同研发了膏体胶结充填开采设备，现已经投入运营，并取得了较好效果。

3、“三下”压煤充填开采展望

充填开采技术打破了固有的采空区，能够放心地挖掘“三下”压煤能源，排除采空区瓦斯超标的危险情况，并且可以办理许多的城市垃圾及矸石，极大地延缓固有采空区引起的应力聚集情况。按照要求，“三下”压煤充填开采的含义不单在于合理使用煤炭能源，更能体现环保等方方面面的社会价值。充填开采技术的未来展望：

（1）探索加添原料，最大限度应用矿井固体废弃物，降低污染。

（2）加强充填原理探究，对充填媒介特点、充填参数与地表下沉的联系进行量化，并对局部充填和可控性沉降的原理进行探究，保证降低充填原材损耗的前提下，最大限度减少充填工艺对回采的干扰，把地表沉降控制在科学的层面上，对充填设计起到原理引导作用。

（3）准备充填设施，包含充填支架、输送机的研制水平、攻关能力。

（4）充填的前进方向是长壁持续充填，在小型煤矿和小块段煤柱中，能够采用巷柱式充填。

4、结语

挖掘“三下”压煤的方法对提升煤矿挖掘安全系数具有划时代的意义，在国内煤矿挖掘过程中拥有宽阔的运用远景。不但能够处理“三下”压煤开采的事情，更给城市固体垃圾、粉煤灰等废弃物提供了全新的解决方法，有利于促进煤矿绿色开采技术的进步，对经济和社会产生深刻的意义。