我国煤矿充填开采技术及绿色开采技术研究

袁志刚

山西高平科兴新庄煤业有限公司

我国煤矿充填开采技术及绿色开采技术研究

袁志刚

山西高平科兴新庄煤业有限公司

随着煤炭开采技术水平的提高，为了解放“三下”压煤，煤矿“三下”开采技术得到了极大发展。我国煤矿“三下”传统开采技术有离层注浆、条带式开采，其中离层注浆不能有效控制地表下沉，成本高，效率低；条带式开采，资源回收率低，一般不超过50%，资源浪费严重。充填开采不仅能有效控制地表下沉，而且资源回收率可达90%以上。充填开采目前有超高水材料充填、膏体充填、固体物充填三种技术。本文主要对充填技术以及绿色开采技术进行简要阐述。

煤矿工程；充填开采；绿色技术

随着煤炭资源的利用越来越广泛，煤矿开采对周围环境的破坏逐渐显现出来。从实况来看，破坏主要表现在以下几个方面：①对土地资源大量的破坏与占用；②破坏与污染周围水资源；③污染大气环境。因此煤炭开采必须要朝着高利用、低开采以及低排放方向发展。在这种环境下，探究煤矿的绿色开采技术及其应用具有重要的现实意义。

1 煤矿充填开采技术

1.1 超高水材料充填技术

充填工艺采用水力泵送、挂包充填。包括充填泵站与充填点两部分，该充填工艺系统相对简单，初期与总体投入均较低。由于充填材料具有流动性，对于仰斜开采，只需要管路、搅拌与泵送等设备就可以形成完整的充填系统；而对于水平开采和俯斜开采，还需用充填袋，效率相对较低，月产一般在5000～10000t，目前在综采机械化充填方面还没有取得突破。

1.2 膏体充填采煤技术

固体废物膏体充填是煤矿绿色开采技术的重要组成部分，它是一种将煤矸石、粉煤灰、劣质土等固体废物制作成无临界流速、不需脱水的膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，适时充填采空区的绿色开采技术。膏体充填分胶结膏体充填、非胶结膏体充填。该充填技术具有高采出率、环保、高安全性等优点，管道运输，材料选择广泛，目前已在多个矿井应用，在炮采工作面应用较多，综采膏体充填技术正在研究。

1.3 固体物充填技术

1.3.1 长壁普采(或炮采)固体物充填技术。将岩巷和半煤岩巷(煤矸分装)掘进矸石或地面矸石山矸石用矿车运至井下矸石车场，经过装载破碎机破碎后，进入矸石仓。通过矸石仓下口，经过胶带输送机将破碎后的矸石运入上下山，而后载入采煤工作面的回风平巷，再由工作面采空区刮板输送机运至工作面采空区抛矸胶带输送机尾部，由抛矸胶带输送机向采空区抛矸充填。

1.3.2 长壁综采固体物充填技术。将地面矸石、粉煤灰、黄土等单一固体废弃物或者几种充填物以合适的比例混合后，通过大垂深投料系统(包括防冲击力的缓冲系统、防止堵仓设备、井上下调度监控系统)、井下运输系统运至工作面，再通过挂在充填支架尾梁上的充填开采输送机充填到长壁工作面充填区内，由夯实机进行夯实，置换出煤炭资源，从而达到解放“三下”压煤并控制覆岩运动及地表沉陷的目的。

2 绿色开采技术的运用

事实上，采矿开采活动之所以会影响到安全与环境，主要是因为地下活动导致岩层移动及破坏，导致岩体周围的地压、应力场、瓦斯水体运移场以及节理裂隙场等相关变化。所以绿色开采一定要采用先进科学理论作为基础。

2.1 煤与瓦斯共采技术

煤与瓦斯共采技术是在开采过程中，利用上覆岩层的矿压变化活动，掌握对被卸压煤层的抽采时机，并对抽采技术进行完善和优化。采取了如下措施：

(1)有效保证地质安全。在高分辨率地震勘探技术的协助下，详细呈现了当地的地质条件与煤层分布，并精准的预测出了该煤层的厚度，进而对断层和裂缝等做出了有效定位以及准确计算了瓦斯的分布和含量，从而为煤与瓦斯共采提供可靠依据。

(2)对矿井的开拓布局进行优化完善。利用“分区建设、分区开拓、分区通风”的矿井安全生产系统，降低了开采工程量，并减少了开采成本，工期也得到了缩短。

(3)发展新的开采方法。为了减少井巷工程的工作量以及工作面的搬家次数，矿区扩大了采区划分和布置的范围，并着力加大了工作面长度以及推进长度，另外，通过将巷道布置与煤层顶底板中。推广应用了有利于瓦斯抽采的新技术。对于煤层倾角小于60°的矿井及块段，应该使用倾斜条带布置，当开采设备或技术等条件能够满足要求时，要选择综采，反之，则选择高档普采。

2.2 支护技术及减少排放矸石技术

开采煤炭过程中排放的矸石同样会影响环境，如今降低矸石排放所用主要措施就是在煤层中设置巷道。但是因煤巷围岩常常出现不可抗拒的大变形，因此大多使用大断面预留量、可缩性支架、巷旁充填这种方法。但是采用这种方法时如果不用将矸石上井，必然会对井下的煤巷进行维护，而且伴随煤矿开采的深度增加维护难度也越大。如果将矸石弄到井上处理，必然出现地面复垦问题。

2.3 采空区的充填技术

填充开采是开采煤矿环境问题的解决措施，特别是在一些经济较为发达地区，解决开采建筑物下的问题非常重要。但是这种开采技术的成本极高， 因此对该技术的应用有一定的限制。如今，充填开采技术关键在于选取充填材料及怎样降低成本上。要降低成本，可以只对一部分采空区进行充填，但是要确保没充填的采空区宽度低于覆盖岩的关键词初次破断跨距，而且充填条带还必须要长时间处于稳定状态。

2.4 煤炭地下气化技术

这种技术是对传统的采煤方式进行革新，在原位采用热化学反应把煤炭转为可燃气体。该技术不但改善了煤矿开采过程中的作业条件与环境，在一定程度上还消除了不利于煤矿开采对环境的影响。

煤矿绿色开采以关键层理论为基础，是我国煤炭工业发展的目标，也是我国可持续发展的必然要求。目前，我国的矿产资源日趋紧缺、煤炭开采与利用的成本不断升高、环境破坏越来越严重，而在各大煤矿推广绿色开采，对于保证生产利益的同时，提高回采率，保护煤矿周围生态环境，实现废物利用等都有着重要的意义。可以说，煤炭绿色开采技术是今后我国煤炭事业的发展趋势，有很好的发展前景。

[1] 钱鸣高，许家林，缪协兴.煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报，2003，04：5-10.

[2] 钱鸣高，许家林，缪协兴.煤矿绿色开采技术的研究与实践[J].能源技术与管理，2004，04：1-4.