充填采煤理论与技术的新进展及展望

赵上策

摘 要：充填采煤技术属于煤炭开采中的绿色开采，本文从充填采煤技术的发展历史出发，简单介绍了我国采用综合机械化进行充填采煤的重大突破，简要分析了下充填采煤的岩层移动控制理论，指出了充填采煤理论与技术未来的发展趋势。

关键词：充填与采煤一体化；固体充填采煤；综合机械化开采

煤炭在进行开采时，采用的采空区处理方法一般是垮落法，这种方法会使覆岩大范围的垮落，引发地下水系的破坏、采空区遗留的煤炭引发自燃、顶板裂隙透水和瓦斯积聚等一些安全隐患。当采煤工作面推进后，将一些矸石、粉煤灰、膏体和建筑垃圾充填到采空区，这种技术称为充填采煤技术，应用充填采煤技术有很多的优势，比如可以使矸石不用升井，节约大量土地，减少了矿井水的积聚和煤矿瓦斯的积聚等优势，这就实现了保护生态环境和煤炭开采之间平衡，充填采煤技术将是未来煤炭生产的发展方向。

1 充填采煤技术的发展历史

充填开采技术是随着煤炭开采的需求逐渐发展起来的，100多年以前，澳大利亚就已经开始使用充填技术，但当时充填是为了减少辅助运输，不是真正意义上的充填，直到20世纪30年代，充填才被列为煤炭开采中的一个工序，被真正利用起来，以防矿山开采的沉陷。

此后的60年，国内外的进一步的对充填采煤技术进行研究，发展到21世纪后，在原有充填采煤技术的基础上，对充填采煤技术和充填设备进行改进，现在已有高水材料、膏体充填、综采架后进行原生矸石充填和抛矸充填技术，明显的提高了采煤的效率，使充填采煤技术进入了新的发展阶段。

2 充填采煤技术的重大突破

目前煤炭开采大部分采用的是综合机械化采煤方式，充填采煤技术与综合机械化采煤相匹配是实现绿色开采的发展方向，根据岩层控制理论和煤矿的矿山压力，提出采用长壁工作面的采充一体化的原理，结合控制原理发明了综合机械化的固体充填的采煤技术，从而达到了密实充填的效果，有效的控制了岩层的运动，成为煤炭绿色开采的核心技术。

结合现代矿井的生产模式和建设形式，采充一体化的原理是煤炭在前部进行开采而后部进行充填的双工作面同时进行，建设矿井充填材料和煤炭运输系统相协调的配套设备，使采煤的生产能力和充填的生产能力相互协调进行，研究采煤和工艺相匹配的工艺，从而实现采煤和充填统一进行的的开采方式。

在采充一体化原理的基础上，经过多年研究，提出了综合机械化固体充填的采煤技術，这种技术将综合机械化采煤和固体充填结合起来，实现了采充一体化的原理，固体充填材料采用的是矸石、风积沙和粉煤灰等固体废弃物，与传统的工作面布置方式基本一样，形成了前方进行综合机械化采煤，后方进行机械化充填的双工作面的形式。

3 充填采煤的岩层移动控制理论

与传统的综采岩层移动控制理论相比，充填采煤与其有很大的区别，充填采煤与煤层开时的极薄煤层开采一样，因此通过对充填采煤进行岩层移动预计的等价采高理论建立，得到了解析计算公式，此计算公式是关于密实充填采煤岩层移动，为了满足被保护的对象在进行

在采空区进行充填时，在覆岩下沉的过程中，因覆压的作用造成一定的压缩变形。以固体充填作为例子，在固体从整体状态变为破碎状态时会产生一定的体积松散膨胀，受到不同作用的压力，将会产生相应的体积压缩量，当覆岩完全下沉压实后，此时充填的固体物料高度为M0，根据采高的定义，进行固体充填采煤时，等价采高为Me，实际采高为M，那最后的等价采高等于实际采高减去覆岩完全下沉压实后的固体物料的高。

根据数值模拟、现场实测和物理模拟的研究发现，采用综合机械化进行固体密实充填采煤的技术可以控制岩层的移动，这样就可以使采空区覆岩中没有垮落带的形成，裂隙带也只能发育到直接顶，在老顶岩层中，也只是发生了弯曲而没有形成破断，所以在对老顶和以上岩层进行岩层力学分析的时候，可以采用连续介质的力学模型进行分析。

4 充填采煤理论与技术的发展展望

从以上分析，近年来，充填采煤技术在我国得到了突破性的发展，领先于世界水平，采充一体化的原理是近百年来充填采煤技术的创新成果，但也存在着一定的缺陷，比如在矿井地质条件复杂的情况下，其生产效率会相对的降低，对于充填材料的来源和供应量上也无法满足进行大面积的充填的需求，目前的的设备的型号比较少，不能实现完全配套，且设备的技术稳定性也比较差，另外还没有一套比较完整的充填采煤技术的行业标准和相关的法规和政策。

充填采煤技术的最终目标是有效的控制地表沉陷和岩层的移动，根据我国现有的煤矿发展的现状，综合机械化采煤技术也越来越成熟，煤矿的开采地质条件也越来越复杂，综合机械化采煤和充填采煤技术相协调发展，研究出与现代综合机械化采煤技术相匹配的充填采煤技术装备，从而实现煤炭的高效高产的目标，未来充填采煤理论与技术的发展方向是，第一个是要解决充填采煤理论和工程之间的问题，第二是对充填采煤的设备进行研究改进，提出更加自动化的设备，使系统的布置和工艺更加的优化，第三是对充填材料进行研究，找出更加适应充填环境的材料，第四是建立一套比较系统的充填效果评价体系和方法，第五是进一步的拓展充填采煤技术的应用，第六是对地下水环境和充填采煤的协调做进一步的研究。

5 结语

为了更好的实现能源保护和环境保护之间的相互协调问题，解决煤炭开采中采空区对建筑物下、铁路下和水体下的资源造成威胁，充填采煤技术的发展将会成为未来进行绿色开采的核心技术，本文介绍了充填采煤技术的重大突破，简单分析了充填采煤的岩层移动控制理论，对未来充填采煤理论与技术的发展提出一些意见，希望可以为实现绿色开采提供一些参考意见。

参考文献：

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