张飞天　白尚勇

【摘 要】本文对以膏体充填、矸石充填、高水材料充填为代表的充填采煤技术现状进行研究，对其适用范围进行科学分析，在此基础上研究了综合机械化煤矸石固体充填采煤技术，并对其技术优越性以及使用过程中产生的经济效益进行总结。

【关键词】煤矿；充填采煤技术；技术要点

0.前言

近年来，随着我国经济的飞速发展，能源需求量与日俱增，作为主要消耗能源的煤炭产量也是急剧增大。在这一大环境下，大量的滥采滥挖现象不断涌现出来，很多矿区在开采过后随机弃置，对矿区内建筑物、植被等造成严重危害，居民的居住环境亦受到严重威胁。对此，我国很多煤炭专家针对我国煤炭开采现状提出了“绿色开采”这一采矿理念，这主要包括矿区固体废弃物的回收和填充。作为煤炭开采过程中应用最广泛的煤矸石充填采煤技术，它在具体操作中有着显著的成效。因此，研究煤矸石充填采煤技术对坚持走“绿色开采”这一道路有着重要的意义。

1.充填采煤技术的研究现状

20世纪初，充填采煤技术出现在澳大利亚北莱尔矿区，当时的采矿者普遍用废弃矿石填充矿房。经过近百年的验证发现，这一方法有着良好的应用效果。但在现实的煤矿开采过程中，受限于煤炭开采特殊的环境和条件等因素，这一方法还没有得到广泛使用。因此，研究先进的充填采煤技术成为现阶段煤炭工作的重点。

1.1膏体充填采煤技术

在采矿过程中，膏体充填采矿技术发挥着极为重要的作用，这一点在金属采矿中体现的尤为明显。膏体充填采煤技术的过程包含以下几部分：首先将煤矸石、煤灰等各类固体废弃物按照一定比例进行混合后配置成无需脱水处理的膏状黏浆；然后将黏浆利用高压充填泵等装置输送到矿井内，对采空的矿井进行有效填充。此外，不同于其他金属矿山的充填，膏体充填采煤技的充填体的构筑方法需要有专门的充填隔离支架；同时为了使得在充填后较短时间内就能继续进行矿区开采，煤矿对充填材料要求较严格。现在普遍应用的充填材料多为固体废弃物，多为劣质，且用料不统一，使得充填质量存在较大波动。

但不可否认的是，这一技术具有充填强度高、密度大的特点，这要得益于浆体的高流动性。但是这一技术的初期投资至少在3000万元左右，每吨成本高达100元左右，这一高成本也就限制了膏体充填采煤技术的普遍应用。

1.2矸石充填采煤技术

矸石充填采煤技术的主要原材料便是煤矸石，依靠重力或其他机械力将这些废弃物运送至矿井采空区后进行科学填充。根据不同标准可将矸石充填采煤技术分为几大类，包括人工填充、风力填充、机械化填充等等。人工填充由于效率低下且劳动强度大、回采工艺适应性差等缺陷，在现阶段煤矿填充过程中很少使用；风力充填技术仅仅在条件优越的矿区才会使用，这主要受到源动力的影响，只有在条件优越的矿区才能保障源动力输送的稳定性；机械化填充要视矿区采空情况而言，利用抛矸机等设备将煤矸石抛向采空区。普通的机械化填充技术设备投资较小，填充过程简单且填充材料可以就地取材，操作起来比较方便，因此广泛应用在薄及中厚煤层普采工艺中进行矿区充填。

1.3高水材料充填采煤技术

高水材料充填采煤技术除了在填充材料中包含固体填充物之外，最主要的就是加入了高水速凝固结材料。这一填充技术需要使用大量的水，这在一定程度上可以避免煤矸石等固体材料不足这一情况发生，而且最重要的是这一充填技术不需要购置大量的充填设备，因而充填系统的填充工艺较为简单；此外，由于固体填充物使用量减少，水的使用量增大，就会使充填物的流动性大大提高；再者，部分充填采煤技术相对于全部充填采煤技术而言，更加广泛地使用了采煤区土层结构自身的承载能力，大大降低了填充量，节约了成本。综上所述，高水材料充填采煤技术具有投资少，操作简单，综合成本较低等特点。

但是由于现阶段所采用的高水材料填充物质量较差，普遍存在抗高温和抗风化性能差的缺陷，这就大大降低了煤矿采空区填充物的稳定性。

2.综合机械化固体充填采煤技术要点

要想实现综合机械化固体充填采煤技术，就必须克服诸多难点，这包括在填充前解决采空区充填通道、充填空间以及充填的动力学问题等。结合多年的煤炭填充工作经验，笔者认为在实施综合机械化固体充填采煤技术进行煤炭开采过程中，要想在综合开采作业面上解决这一技术所带来的三大技术性难题，可以采取以下几种方法：

第一、对常规综合采集液压支架的掩护斜梁进行拆除，取而代之的是水平短梁，并对支架进行加固；紧接着直接将固体填充物通过一系列填充方式填充到水平短梁支撑的填充空间内，而并非将填充物直接放在采空区。这一方法可以解决综合机械化固体充填采煤技术中填充空间不足这一问题。

第二、要想解决填充通道不连续易堵塞等问题，可以事先将刮板式充填机挂在充填机械掩护短梁下，然后将配好的填充物用带式输送机运送到刮板式充填机内，这样就可保证填充物始终处于连续输送过程中。

第三、要想使填充物达到预设的密度，保证填充区后续采煤有一个安全稳定的环境，可以用压实机对落入掩护短梁掩护空间内的填充物进行充分压实。

3.矸石充填采煤技术经济效益研究

矸石充填采煤技术不仅解决了大量的固体废弃物，保护了环境，而且实现了从开采到充填的一整套煤炭综合开采技术，在保证矿区安全的前提下，实现了高效的煤炭采出率；除此之外，在实际应用中，矸石充填采煤技术每吨综合成本仅55元，这比膏体充填采煤技术每吨105元的综合成本和高水材料充填采煤技术每吨70元的综合成本相比较要小得多。总的来讲，矸石充填采煤技术的应用为企业带来巨大经济效益。

4.结束语

在保障矿区地表建筑安全的基础上进行煤层开采的过程中，在开采后以煤矸石填充开采区，这样可以实现以煤矸石为主的固体废料和煤炭的互换，使得煤矿开采的综合效益大大提高。 [科]

【参考文献】

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