充填采煤技术的推广和应用分析

成卫军

(阳城阳泰集团 义城煤业有限公司，山西 阳城048104)

1 充填采煤工艺简介

1.1 固体充填采煤

固体充填采煤是利用洗煤厂的矸石和电厂的粉煤灰通过投料管直接投入到井下，用胶带机运到工作面机尾，通过充填输送机运送到工作面采空区，充填采后空间。为提高对顶板的支撑强度，支架后部安装有夯实机构，使松散的充填材料形成一个整体，控制采后顶板的下沉。

1.2 矸石膏体充填采煤

矸石膏体充填采煤是先把大块矸石破碎加工，然后把矸石、粉煤灰、专用胶结料和水等4 种物料按比例混合搅拌，制成膏体浆液，再通过充填泵把膏体浆液输送到井下充填工作面，充填由液压充填支架和辅助隔离措施形成的封闭采空区空间。

1.3 煤矸石似膏体自流充填采煤

似膏体充填是将煤矸石破碎后，筛选出粒度合格的矸石运送到地面制备站，在地面充填制备站将水泥、粉煤灰、煤矸石加水制成质量浓度为72%～75%的胶结充填料浆，通过充填钻孔和井下充填管道输送至井下待充填的采场。

1.4 高水材料充填采煤

高水材料充填是将A 料、B 料制成浆体，通过各自的泵送系统输送到工作面副巷，以一定比例进行混合后，流入工作面采空区进行充填。

2 充填系统组成

各充填采煤方法由于使用材料、充填工艺不同，系统组成也是不同的，一般都是由制备系统、输送系统和工作面充填系统组成。固体充填系统主要由矸石仓、粉煤灰仓、钻孔、井下储料仓、输送系统、充填输送机，充填支架等组成。采用ZZC4800/16/32 型充填液压支架，具有捣实机构;后输送机悬吊在支架后尾梁下，采用SGB630/150C 型中槽开天窗式充填输送机。膏体充填系统主要由矸石破碎系统、配比搅拌系统、管道泵送系统、检测监控系统、钻孔、充填支架等组成。

3 充填材料

充填材料及配比的选择对充填开采来说是至关重要的，充填材料的就近取材可以大大降低成本，减少矿井固体废弃物的排放，改善矿区生态环境，实现绿色开采;合理的配比可以有效地保证充填体的强度，满足采矿工艺要求，同时也便于加工、输送，简化施工工艺。固体充填主要由矸石、粉煤灰、水3 部分组成，充填材料的含水率为13%，充填体的强度可以达到24 MPa。矸石膏体充填材料由胶结料、粉煤灰、煤矸石和水组成，质量浓度控制在80%以上。通过对固化剂的不断改进，目前已经做到可泵时间2.5 h，初凝时间4 h，很好地满足了工作面采充循环作业的需要。高水充填材料由A，B 两种物料组成。A 料主要以铝土矿石膏等独立炼制并复合超缓凝分散剂构成;B 料由石膏、石灰与复合速凝剂构成，水占体积比的95%～97%，强度可根据需要进行调整，以满足井下充填要求。

4 地表变形分析

充填采煤的目的是控制地表变形在允许范围内，成功采出煤炭资源，既要保持较高的采出率和生产规模，又要最大限度地减少覆岩和地表沉陷变形，使建筑物得以完好地保存和使用。一般都要求建筑物损坏程度控制在I 级范围以内，使得地表几乎不变形或者变形十分微小，对当地住户的房屋和工矿企业产生轻微影响、甚至不影响，以获得最大的经济效益和社会效益。

5 投资资金概算

从初期投资情况来看，固体充填、膏体充填和似膏体充填3 种方式，由于均需要建造地面充填制备站、打钻孔，初期投资都在2 000 万元以上;尤其是膏体充填基建工程复杂，设备较多，初期投资较大。高水充填因没有地面充填站，不用打钻孔，初期投资最少。

6 充填成本比较

实行充填开采的目的是为了提高资源采出率，为企业创造更大的经济效益。从应用情况来看，充填采煤给各矿带来了丰厚的利润，由于煤炭价格、采煤成本、充填成本的不同使取得的效益不同。由于受煤炭价格的限制，充填采煤最近几年才得以推广应用，所以充填成本是决定充填采煤方法应用的关键因素。

7 充填方法的特点

充填采煤方法都有其鲜明的特点，矿井要根据自身实际情况选择应用，以追求更大的经济效益和社会效益。固体充填、膏体充填和似膏体充填都使用大量的煤矸石、粉煤灰作为骨料，适于产生大量煤矸石和粉煤灰的矿井;膏体充填使用了水淬炉渣作为胶结料，适于附近有钢厂的矿井。

8 充填采煤的社会效益

充填采煤技术的成功应用，引发了煤炭开采工艺新的变革，有着深远的社会意义。采用充填开采，通过完全接顶将采空区充实，能有效解决原来的顶板垮落、采空区回风、超前压力、底板突水等问题，作业环境的安全程度得到极大提高;充填以后形成的以充填体为主的覆岩支控体系，能够有效控制地表开采沉陷在建筑物允许值范围内，提高煤炭资源采出率，实现不搬迁采煤，充分解放村庄建筑物下、铁路下、水体上下煤炭资源，延长矿井服务年限;充填开采消耗了大量的煤矸石、粉煤灰等工业废弃物，减少了占地和对环境的污染，促进了煤炭工业的循环发展。

9 结语

随着煤炭企业的迅猛发展，资源储量不足和环境污染的问题越来越突出，严重影响着企业的可持续发展。为此，将采取充填采煤的方法，集中大批专业技术人员，积极与科研院校合作，成功应用了综合机械化固体充填采煤技术、矸石膏体充填技术、煤矸石似膏体自流充填技术和高水材料充填技术等多种充填采煤的方法，获得了巨大的经济效益和社会效益。