充填开采技术

浅析充填开采技术
[摘要]本文主要借鉴我国煤矿进行沉陷治理的先进经验，针对煤矿的现状，结合以往发生的各类事故的教训、经验，总结出一些适合实际应用的充填开采技术，为提高煤矿的安全水平，为煤矿健康可持续发展做一点贡献。

[关键词]开采沉陷生态环境充填开采
中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-175-01
1.1 充填开采的概念及其理论依据
地表移动变形值与开采空间成正比，因此减小煤层开采厚度就可有效地减小地表移动变形值，从而减轻地下开采对建筑物或构筑物的损害程度。

充填法开采就是利用充填材料来充填煤层开采留下的空间，从而减小地表沉陷和地下开采对建筑物的影响。

充填开采在金属矿应用较多，技术相对成熟，可以为煤矿的充填开采提供借鉴，但煤系地层属于层状岩层，与一般金属矿岩层产状不尽相同，采后岩层移动与破坏规律也不尽一致，充填的目的也不完全一样。

因此，煤矿充填开采技术的研究与发展必须适应煤系岩层活动规律与控
制要求，形成符合煤矿开采特点的充填开采理论与技术。

煤矿采空区充填开采技术在波兰、德国应用较多，充填材料通常是河砂、煤矸石和电厂粉煤灰，其中以水砂充填技术应用最多[1]。

1.2 充填法开采的种类
根据充填材料和充填方法的不同，可分为：水砂充填法、水力矸
石充填法、风力充填法、矸石自溜充填法、手工带状充填、边界充填。

按充填料浆的浓度大小，煤矿充填开采方法可分为：低浓度充填、高浓度充填和膏体充填。

按充填料浆是否胶结，煤矿充填开采方法可分为：胶结充填、非胶结充填[2]。

按充填位置，煤矿充填开采方法可分为：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，即在煤层采出后顶板已冒落的破碎矸石中进行注浆充填。

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。

一般情况下，采空区充填宜采用高浓度或膏体的胶结充填，离层区充填和冒落区充填宜采用低浓度充填。

按充填量和充填范围占采出煤层的比例，煤矿充填开采方法可分为：全部充填与部分充填。

全部充填开采即在煤层采出后顶板未冒落前，对所有采空区域进行充填，充填量和充填范围与采出煤量大体一致，它完全靠采空区充填体支撑上覆岩层控制开采沉陷[3]。

1.3 水砂充填法
以水为输送介质，利用自然压头和泵压，从制备站沿管道或与管道相连的钻孔，将河沙，矸石等水力充填材料输送到采空区。

充填时，使充填体脱水，并将水排出。

砂浆在管道中流动的阻力，靠砂浆柱自然压头或砂浆泵产生的管道输送压力去克服。

选择输送管道直径时，需要先按充填能力，砂浆浓度和最大粒径算出砂浆的临界
流速和水力坡度等[4]。

我国是世界上使用水力充填最早的国家之一。

抚顺矿区1912年即采用水力充填开采特厚煤层。

1925年，抚顺矿使用了开采特厚煤层的“v”型长壁上行充填采煤法。

20世纪50年代初期，阜新，辽源等矿区又应用了走向长壁上行充填采煤法。

新汶等矿区使用水力充填处理采空区，成功的解决了河下采煤问题。

水力充填是将从露天沙场采出的沙石也可以用矸石经过粉碎、筛分后进入储砂仓。

而后在注砂室将成品砂与水混合成砂浆，经喇叭口注入充填管，然后送入采空区，并在采空区脱水。

从采空区脱出的废水流入井下沉淀池，经沉淀后，澄清的水流入水仓，然后由水泵经排水管排至地面储水池，以便循环使用[5]。

缓斜及倾斜特厚煤层一般采用倾斜分层上行充填采煤法，分层的厚度为2-2.5m，由于充填体的沉陷，当分层数超过7-9层时，上部煤层可能遭到破坏。

因此，当煤层很厚时，应将各分层分组，每组包含7-9个分层，组内采用上行开采顺序，组间则用下行开采。

常用的水力充填采煤法，有走向长壁上行充填采煤法和v型长壁上行充填采煤法。

一般认为，在倾角为5°-25°时应选用走向长壁上行充填采煤法，走向长壁水力充填处理采空区办法如图6-5所示。

当工作面推进到最大控顶距时，先进行充填的准备工作，包括钉砂门子，布置工作面的临时沉淀池和接充填管等。

砂门子是用秸秆和杏条等制成的帘子，借助板条、草绳或废钢丝绳而固定在支柱上的围栅。

其中拉帮门子1用来隔开工作空间与采空区；底铺3的作
用是防止工作空间底板充填砂被水冲走；半截门子2用来控制水流方向，它不铺设到顶板；顺水门子4用来引导水流向水沟流动，使其不淹没输送机；临时沉淀池7布置在工作面下部充填区一侧，倾斜长15-25m左右，宽等于排距，拉帮门子到此要拐向采空区一侧，沉淀池内要设数道半截门子以截留泥沙。

如果要保留分层运输巷，则在充填区与分层运输巷间要设堵头门子。

在钉砂门子的同时，要从分层回风巷向采空区接充填管6，管末端距分层运输巷约15m。

准备工作结束后即可通知注砂室给水下砂。

随充填工作进展要逐渐拆管，可以停砂拆管也可以不停砂拆管[6]。

沉陷区治理关系到千家万户受灾群众的生命财产安全，治理开采沉陷是一项复杂的工程。

充填开采技术是煤矿绿色开采的重要组成部分，采用充填开采将煤矸石等固体废弃物作为主要充填材料充填到井下，一方面可以减少矸石的排放，另一方面可以控制开采沉陷，达到建筑物下压煤开采和保护土地资源的目的，符合发展煤炭循环经济的要求。

参考文献：
[1] 阳雨平，吴爱祥，余健.利用注浆加固充填体技术回收水平矿柱[j].化工矿物与加工，2001（8）：11-15.
[2] 苏仲杰，刘文生.减缓地表沉降的覆岩离层注浆新技术的研究[j].中国安全科学学报，2001，（4）：21-24.
[3] 郭广礼，何国清，邓喀中，等.采动破裂岩体地基注浆加固及其检测技术[j].中国矿业大学学报，2000，29（3）：293-296.
[4] 杨米加，张农.破裂岩体注浆加固后本构模型的研究[j].金属矿山，1998（5）：11-14.
[5] 曹胜根，刘长友.采场破碎顶板注浆加固机理[j].中国矿业大学学报，1998，27（3）：288-290.
[6] 王金庄，康建荣，吴立新.煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降机理与应用探讨[j].中国矿业大学学报，1999，28（4）。