现代煤矿开采充填技术的应用及发展前景展望

刘鹏

摘 要：充填技术是目前在煤矿开采中使用较为广泛的一类技术，体现出来众多优点，也表现出来一些不足之处。文章对煤矿充填开采技术的基本内容进行了简要介绍，深入分析了充填技术的实际应用以及其未来发展前景。

关键词：煤矿开采；充填技术；应用；发展前景

充填技术在近些年的发展较为迅速，已经出现了多种不同的充填技术，在煤矿开采中发挥出了重大的作用。充填技术的优点推动其发展，所具有的缺点又制约着其发展，因此需要科学合理地对到充填技术的正反两面，合理地在实际开采作业中使用充填技术。

1 煤矿开采充填技术基本内容简要介绍

充填技术从某种角度来说，是人工支护开采技术的一种。在煤矿矿井中，在回采工作面不断推进的过程中，通过外部材料或是开采过程产生的石料逐步对采空区进行充填，以便控制采空区围岩崩落、地表移动等问题，并且可以在形成的填充体上进行保护性回采作业。充填技术可以用于围岩性质不稳，但是矿体品质很高的稀缺贵重矿场；适用于地表不允许陷落，开采条件较为困难的矿场。充填技术的优点在于回采率很高、作业比较安全、对地表的保护比较到位、适应性很强；但是充填技术的缺点也很明显，比如施工工艺较为复杂，施工成本相对较高，生产能力和生产率都比较低等。

一般来说，根据输送方式和充填材料之间的不同，可以将充填技术分为三种：第一，干式充填法。这种充填法的充填材料主要来源是采石场产生的碎石或者地下开采过程中产生的废石等。通过破碎机进行破碎，再输送采场之中。第二，水力充填法。这种充填法的充填材料主要是碎石、砂、炉渣或尾砂等，通过水力管道输送到采场之中。第三，胶结充填法。这种充填方法的主要材料是砂石、炉渣等材料和水泥等凝胶材料按照一定比例配置的混合物。通过水力管道或输送机械运输到采场之中。在这三种方法中，干式充填技术的使用最早，但是其生产效率较低、开采成本较高、劳动强度较大，已经逐渐被另外两种方法所取代。根据回采工艺、回采方向以及采场结构，充填技术又可以分为壁式充填、支架充填、向下分层充填以及向上分层充填等。

2 充填技术在煤矿开采中的实际应用分析

2.1 充填目的简要探讨

在煤矿开采中使用充填技术，其具有多个方面的基本目的。第一，利用充填进行地压管理。通过在采空区形成充填体，对地表下沉和围岩崩落形成有效控制，为煤矿开采的回采工作面构建安全方便的工作条件，对地表建筑形成有效保护。第二，杜绝煤矿内部火灾。在煤矿开采过程中，可能由于通风系统存在问题，导致煤矿发生火灾。通过充填体对回采工作面进行保护以及阻隔作用，在发生内部火灾时可以有效对火情进行隔绝。第三，方便回采矿柱留存。在完成一个区域的采煤作业之后，能否对采空区进行及时充填，将会直接影响到矿柱是否可以回采，这将会对平衡生产形成直接的影响。第四，方便水下或深部开采。在采空区进行充填形成充填体，稳定采空区以便进行深部或水下开采作业。

2.2 充填技术在煤矿开采中的应用要点

在煤矿开采中应用充填技术，第一，需要对矿体进行划分，将矿体划分为盘区，再将盘区划分为矿段，再将矿段划分为回采单元。第二，对采矿环境进行再造，在顶柱部位使用向下分层充填法进行一到两个分层的回采作业，再使用混凝土进行充填以形成人工顶柱。在柱底部位，可以通过浅孔落矿开采技术进行回采，在回采到一定高度之后，再用混凝土进行人工底柱浇筑。第三，在柱顶部位预留一定空间大小的小井作为回采作业中的通风、充填采窄区的充填井以及人行井。第四，使用深孔设备对凿岩硐室向下钻凿大直径深孔，在全高阶段上铺设球状向下崩矿。在受到限制的空间内，可以使用诱导耦合和强制的落矿方法进行回采。

2.3 煤矿全采全部充填技术分析

所谓全采全部充填就是在煤层开采之后，顶板没有出现冒落的情况下，就对采空区的全部范围进行充填，充填材料用量应该和煤矿开采的采出量基本保持一致，以实现全采全部充填。根据充填材料和输送方式存在的差异，全采全部充填技术可以分为干式充填和胶结充填，干式充填可以最大程度利用采煤过程中产生的废料废渣，减少相应的渣料排除工作。目前，我国煤矿开采过程中干式充填中最常见的就是在巷道迎头抛矸石机胶带充填以及采空区架设后刮板输送机楼矸石充填。干式充填对废石废料进行二次利用的特性，使其成为了一种环保的开采技术，具备了广阔的发展前景。

2.4 煤矿全采部分充填技术分析

所谓全采部分充填就是在煤层开采之后，只对采空区的部分空间或是冒落区和离层区进行充填，这种只进行部分充填的开采技术就称为全采部分充填技术。采动岩层的移动规律是全采部分充填技术的关键，在实际应用当中，常用的全采部分充填开采技术主要是覆岩离层注浆充填开采技术以及冒落矸石空隙注浆胶结充填开采技术。值得注意的是，冒落区充填可以根据具体形状的差异，分为条带冒落区注浆充填、房柱式冒落区注浆充填以及长壁式冒落区注浆充填。

3 煤矿开采充填技术的发展前景简要探讨

根据我国煤矿开采的实际发展情况来看，充填技术正在逐步完善日趋成熟。虽然从实际角度来讲，充填技术最初只是用于金属矿的开采。但是在将充填技术引入煤矿开采之后，不仅对煤矿开采起到了积极的推动作用，更是凭借煤矿开采的应用实践得到了长足的进步和发展，使其在煤矿开采中的作用越来越重要。比如可以提供较为良好的煤矿开采作业环境以及对地表植物或建筑形成有效保护。在煤矿开采过程中，充填技术的充填材料主要是煤矸石、砂石以及煤粉灰等。充填原料的选择一般需要根据取材和运输等多个方面来综合考虑，从实际情况来看，水砂在取材和运输等方面都更具成本优势，所以在煤矿充填开采中使用十分广泛。但是水砂虽然具有成本方面的优势，但是其在性能方面却具有缺陷。总的来说，我国煤矿开采技术正在稳步发展，充填技术的材料使用也在日趋多样化，在满足各种情况的基本需求的同时，还能够创造较大的经济效益。但是，胶结充填的凝结过程可能出现冲洗现象，水泥颗粒被洗出，不仅会给煤矿井下造成污染，还会降低充填材料的充填强度，弱化充填技术的作用。

从长远趋势来看，煤矿开采充填技术具有广阔的发展前景，需要在发展过程中解决目前存在的一系列问题。首先，要加强对煤矿地下充填开采的研究。这种技术的主要使用条件是煤矿开采区域地表存在各类建筑。如果建筑物进行拆迁，不仅会带来大量的资金浪费，在很大程度上也无法取得建筑物所有者的统一，可以说困难重重，因此加强煤矿地下充填开采研究，在开采过程中对采空区进行强有力的充填支护，确保地表不会受到煤矿开采的影响。其次，充填技术需要更加注意经济和环境的和谐发展，并且在两者之间实现平衡。和谐发展是在可持续发展的基础上提出的，要求在发展过程中各方实现和谐共处均衡发展。充填技术的未来发展就需要更加强调经济与环保，对煤矿开采的长期过程进行科学合理的经济效益规划以及环境影响评估，进而优化充填开采技术的某些环境，使其在经济与环保之间达到平衡。

4 结束语

充填技术在矿产开采中使用十分广泛，近些年更是在煤矿开采中得到了深远的发展。利用充填技术要根据实际地质情况、开采技术手段等方面的要素，确定科学合理的充填开采技术，确保在不断实践应用的过程中，使充填技术得到最大的发展进步。

参考文献

[1]李宝堂.煤矿的高校开采技术探讨[J].经营管理者，2011.

[2]吴伟利.现代煤矿开采充填技术的发展探析[J].统计与管理，2014.

[3]李杨，杨宝贵.我国现代煤矿充填技术发展及其分类[J].煤矿开采，2011.