采煤一体化技术在综合机械化固体充填中的应用

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714161

摘要：本文分析了固体填充采煤一体化技术的发展历程，闡述了固体填充采煤一体化技术难点与目标要求，提出了综合机械化固体充填一体化技术的具体应用要点，旨在使固体充填采煤一体化技术发挥最大的效果，实现采煤充填作业的并行开展，确保煤炭开采过程中经济、社会及环境效益的有机统一。

关键词：综合机械化；固体充填采煤一体化技术

一、综合机械化固体充填采煤一体化技术概述

我国煤炭资源丰富，在能源生产及消费结构中，煤炭资源占有重要地位，与发达国家的采煤实践相比，我国“三下”压煤问题突出，即建筑物下、铁路下及水体下煤炭资源开采技术落后，同时，长期采煤实践过程中造成的环境污染问题，制约了我国矿井的发展，与可持续发展的理念相背离。试着技术的进步及科学技术的发展，煤炭行业强调绿色采矿与科学采矿的理念，综合机械化固体充填采煤一体化技术的应用于发展，实现了传统充填采煤技术的突破性进展。密集建筑群下、公路及铁路交叉往下、大型水体下及松散含水层下矿区开采工作的有效开展，充分证明了固体充填采煤一体化技术在经济、社会及环境三个方面的独特优势。

（一）固体填充采煤一体化技术发展历程

早期的充填采矿法主要涉及金属矿井下矿井各种排弃废料的具体处理工作，充填采矿法应用于金属矿山的开采中，先后产生了胶结充填、水砂充填、膏体充填及高水材料充填等技术，取得了良好的效果。煤炭资源的开采过程中，随着采矿工作的不断推进，采矿区上的覆岩层会垮落，因此，在具体开采中无法形成稳定完整的采空区，世界采煤界长期以来不断借鉴金属矿山充填技术，通过膏体充填、高水材料充填等试验完善充填采煤技术，在金属矿区中一般会形成稳定的采矿区，充填才技术也随着具体采矿区域的不同而不断的改进，这与现代矿井工业化、规模化的发展需求相一致。目前，我国煤炭开采过程中出现的大规模资源浪费与环境污染问题，促使研究人员在深入研究充填采煤岩层控制理论的基础上，提出了现代化矿井普遍采用的综合机械化固体充填采煤一体化技术，利用机械的方法将矿区的建筑垃圾、矸石及粉煤灰等固体废弃物直接密实充填至采矿区，满足了控制岩层移动的目标，将传统技术下无法回收的煤炭资源采出，实现了生态脆弱区大规模煤炭资源开发过程中水资源及环境的保护。

（二）固体填充采煤一体化技术的难点与目标

1.充填采煤技术的难点

在不断的实践过程中，充填采煤技术仍未取得突破性的进展，在具体应用过程中，存在诸多的技术难点。将煤炭充填开采技术应用于冶金矿山充填是该技术发展的误区，在具体的冶金开采过程中，矿脉开采后矿房中完整的空间及通道是水砂机膏体充填的基础，与煤炭资源开采不同，冶金开采中对岩土控制的要求较低，大部分的煤炭资源分布在沉积岩层，目前使用的长臂垮落式开采方式下踩空区覆岩垮落问题突出，无法保证充填工作中通道及空间的完整性，所以，完善的充填采煤岩层技术理论研究应不断的进行，并克服充填所需要的动力、空间及通道三大技术难题。在具体作业过程中，应保证采煤作业实践中采空区的顶板在不垮落的基础上保持微微下沉，矸石填充过程中应有完整的空间基础。固体填充材料的运输过程中应有连续完整的输送通道，实现填充材料安全运如采空区，为确保填充材料对采空区的密实充填，要关注填充材料在采空区实现夯实填充的动力来源问题。

2.充填采煤技术的目标与技术要求

随着技术的进步及经济的发展，现代矿区充填采煤技术的主要目标是实现安全高效采煤及快速填充的双重目标，为此，煤炭行业应通过不断的研究，开发出于现代化综合采煤技术相适应的充填采煤一体化技术。实现采煤与填充作业的并行开展。采煤技术应实现安全、高效的采出煤炭资源，做到严格控制地表移动及岩层控制，在采煤实践中注重环境与经济发展的一致性。

二、綜合机械化固体填充采煤一体化技术

（一）一体化技术应用过程中系统布置

综合机械化固体填充采煤一体化技术，其原理为借助建筑垃圾及固体废弃物等为填充材料，利用矿井下建设的废弃物料输送系统或固体物料投放系统实现填充材料的安全下井，在井中带式传送机的作用下将材料送至充填采煤工作面，在采空区的压实、充填过程中，刮板式充填输送机与采煤充填一体化液压支架等设备发挥了巨大的作用，技术应用过程中关于输送通道、密实充填及充填空间的难题也得以解决，与传统方式下采煤工作面布置相同，综合采煤充填采煤工作面中充填作业的具体开展在工作面后部的采空区进行，工作面中要设置充填材料传输带，将固体充填物料送至刮板式输送机上，一体化技术的发展推动了工作面布置中采煤与充填作业的并行操作，提高了作业效率。

（二）综合机械化固体填充采煤一体化液压支架

综合机械化固体填充采煤一体化液压支架实现了采煤工作面系统中采煤机填充作业的并行开展，在不断的发展过程中，相关研究人员通过分析固体充填实践中采场矿压的主要规律，提出了采矿场压力学模型理论，分析了液压支架受力与采场顶板间的关系，指出异于传统采煤被动受压机理的采煤支架注定支撑顶板原理。在不断实践过程中，开发了可实现采煤机填充并行开展的综合机械化采煤一体化液压支架保证了采煤实践的安全开展及密实填充工作的有效开展。在采煤与充填一体化液压支架的顶梁有前顶梁与后顶梁之分，通常情况下，后顶梁的支护力大于前顶梁，前顶梁是采煤作业有效开展的基础条件，后顶梁的牢固是充填作业的基础，支架的后部支撑能力也以此实现。在后顶梁下设置了两根立柱，可帮助填充物直接进入到后顶梁中的采空区，保证了支架与后部的连接，使固体填充物夯人采空区，保证了充填过程依据岩层移动与地表沉陷要求保障采空区充填率的目标。

三、总结

综合机械化固体填充采煤一体化技术的不断完善与发展，有效解决了“三下”压煤矿井采出率低的问题，推动矿山开采的绿色化发展，填充采煤一体化技术实现了采煤与填充作业并行开展的技术革新，使煤炭资源开采环节更加的安全高效，实现了经济、社会效益的统一。

作者简介：闫建军（1978），男，山西乡宁县昌宁镇人，本科，中级工程师，研究方向：煤矿技术管理。