煤矿开采沉陷充填开采技术及其应用

王洪忠

摘 要：目前随着我们国家的经济在不断的发展，我们对于煤矿的开采程度正在不断的加深，在具体的煤矿开采过程当中，越来越多的先进的技术正在不断的应用，通过这些先进的技术能够更好的促进煤矿开采质量的提升，但是在这其中还有很多的问题仍然存在的。所以在此篇文章当中就煤矿开采沉陷充填开采的技术点及其应用的一些具体情况进行分析。

关键词：煤矿开采；沉陷充填开采技术；应用分析

1.前言

根据我们国家目前对于煤矿开采过程当中所出现的具体问题可以看出，由于目前我们对经济的发展，片面的追求速度、追求经济效益，导致很多方面在发展过程当中并不是十分的充分，导致很多的问题出现。为此，此篇文章主要是分析煤矿开采沉陷充填开采技术及其应用，推动该技术进一步发展，更好的满足煤矿开采的需求，促进煤炭行业的发展。

2.煤矿充填开采技术的基本现状

通常情况下，在开采金属矿石的过程中都会应用到充填技术，因此，该技术在目前而言相对比较成熟，但在煤矿开采方面，充填技术还处于“借鉴”阶段。这是由于煤矿的結构属于层状岩石层，在煤矿开采之后必然会导致岩石发生移动或破坏的情况，因此，对于煤矿的开采，充填技术及其解决的最终目的并不同于金属矿石。有研究显示，中国在开采煤矿后对沉陷地区的填充方法仍沿袭着20世纪60年代的方法，抚顺胜利矿根据倾斜上行水砂充填长壁采煤的方法顺利地对工厂的保护煤柱进行了开采；直至后期，中国又借鉴了国外经验（利用离层注浆的方法来缓解地表下沉情况），从而优化了中国充填技术，并有效减缓了中国在煤矿开采后造成的大面积地表沉陷现象。此外，在技术发展的过程中，为了进一步解决水砂充填时的泌水及建立复杂且难度较高的隔离排水系统等问题，德国 在20世纪80年代就研制出了充填技术，其中，该技术的优势是将用于填充沉陷部位的填充材料科学制成牙膏状、不沁水的浆体，然后，利用低流速通过泵机将填充材料顺利输送至沉陷区域，从而不仅有效促进了填充效率的提高，还使得填充材料凝结的时问得到了有效缩短。但就目前对煤矿需求量不断上升的情况而言，国内煤矿开采后所造成的沉陷范围愈来愈大；再加上地质情况的不同，对填充方法的要求也不同，如单纯采用同一种充填的方法，那么将无法满足沉陷区填充的需求，也无法达到预期充填的目的。此外，有相关调查显示，中国目前大约还存有1500座煤矿矸石山。煤矿开采过程中会产生大量矸石，而矸石堆积不但会浪费大面积土地资源，还会破坏生态环境，并造成严重的污染问题。因此，深入研究分析煤矿开采后的填充方法及技术对解决生态环境问题与促进绿色开采等具有十分重要的意义。

3.煤矿开采沉陷充填开采技术及其应用

3.1 块石胶结充填技术及应用

块石胶结充填技术的工艺相对简单，具备较强的充填能力，能够有效利用矿井下的废石，在低水泥用量的前提下能够保证充填强度，适用于废石较多、对充填强度有较高要求的矿区。具体原理如下：将矿井下面的废石与胶结料浆混合在一起，将其当做充填骨料，在水泥砂浆的作用下骨料会形成一个整体，完整的充 填采空区，有效防止地表塌陷状况的产生。该种技术最初应用于澳大利亚的一个矿区，取得成功以后迅速得到人们的认可。该种技术对块石粒径有较高要求，要求其不能大于300毫米，最好全部控制在150毫米以内，并且要使用尾砂浆或者是细砂浆。与尾砂胶结充填技术相比，该种技术可以节约50%左右的成本，因为 该技术可以节约60%以上的水泥，抗压强度也明显提升。同时，块石与砂浆不在一条管道上输送，达到输送地点以后直接用利用砂浆把块石固结，固结效果非常好，且不需要人工搅拌。除此之外，应用这种技术还能够减轻对矿区生态环境的污染，对土地的占用面积也很小，因此在我国煤矿开采中的应用非常广泛。该项技术的未来发展方向是研制出更先进的仪器设备来检测充填体的稳定性，对这项技术的应用价值进行更科学的评价。

3.2 全尾砂充填胶结技术及应用

为了进一步提升对尾砂的利用率，人们开始研制全尾砂胶结充填技术，20世纪80年代人们正式对该项技术进行试验，取得成果后进入试用阶段。该技术的理论基础是物理化学以及胶体化学，需要将尾砂浆进行两段脱水，第一段是使用高效浓密机脱水，第二段使用真空过滤机脱水，脱水后砂浆浓度达到70%以上。将这些尾砂与适量水泥和少量的水搅拌在一起，搅拌时需要使用强力机械搅拌装置，保证搅拌的均匀性，形成均质胶结料以后，用管道将其输送到矿区，该种技术对尾砂的利用率可以达到95%。到目前为止该项技术还处在进一步发展之中，对其研究更加深入，不仅停留在材料利用率、充填强度层面，还扩展到了充填体稳定性以及与岩层相互作用的层面，另外，为了进一步改善充填体的性能，人们又开始研究外加剂的使用及其影响。全尾砂胶结充填技术的发展和完善可以帮助人们缓解充填原料不足的问题，对于保护当地生态环境也具有重要意义。但是该技术对尾砂脱水程度有较高要求，工艺相对复杂，因此成本较高，如何在保证脱水率的前提下简化工艺、降低成本是我们需要解决的问题。

3.3膏体充填技术及应用

膏体充填技术的基础是全尾砂充填技术，利用了该项技术中全尾砂高浓度这一特征，为了满足输送要求，全尾砂浆的浓度不能超过78%，但是为了满足充填体的强度要求，全尾砂浆的浓度最好可以达到85%，如何调和这种矛盾要求是我们需要解决的问题。为了满足浓度要求，通常要对尾砂做分级脱泥处理，但是这 种做法会降低尾砂的利用率，材料进场以后还要做进一步脱水处理，脱水过程自然会造成水泥流失，导致充填体的强度下降，为了避免这种问题就要尽量提升充填料浆的浓度，使其满足强度要求，为摆脱管道运输条件的限制，就需要使用特殊设备来泵送膏体充填料。由于物料的浓度较高，因此对泵送功率有较高要求，构建整个系统是一个非常复杂的过程，而且泵送过程中容易出现阻塞现象，因此需要对膏体的流体力学性能进行更深入的研究，通过更先进的技术手段来提升泵送效率。

4.结束语

根据这篇文章当中对于煤矿开采沉陷充填开采技术的分析可以看出，此技术在应用能够大大的促进煤矿开采工作的发展，为煤矿开采提供更好的帮助，推动煤矿开采安全质量的提升。因此，在今后的发展过程当中，还需要对沉陷充填开采技术进行更深入地分析调查和研究，才能够更好的满足煤矿开采的需求，促进煤炭行业的发展。