综合机械化固体充填采煤方法与技术研究

武海鹏

(七台河市百达利矿业有限公司，黑龙江 七台河 154600)

煤炭采集总量不断提升，需要在采煤方法上进行煤矿采集力度的提升。在实际的煤矿采集过程中，如何进一步对采空的煤层进行加固处理、提升煤矿整体安全性已成为专家学者关注的重点。人们对于采煤方法提出了新要求，综合机械化固体充填采煤方法应运而生，其可有效解决以上问题，具有严密的充填性，严格控制岩层移动及地表沉陷，能够进一步提升产量及产出率，提升采煤经济性，降低对周边环境的污染，值得进一步推广与应用。

1 充填采煤技术发展历程

充填采煤是指在实际采煤过程中对产生的矸石、石沙、废弃物、煤渣等物质进行集中处理，将其充填进已经被采空的煤层中，进一步提升采空煤层的安全性，对煤层附近岩层移动情况进行控制，避免采空煤层出现表面沉降情况。实际充填过程中，使用的充填方法有着一定的区别，应用最广泛的充填方法是水力充填、风力充填、煤矸充填及综合机械化充填。

综合机械化充填是一种新技术，其具体方法及设备还需进一步分析，相关基础技术已发展成熟。在发展的最初阶段，充填的主要目的是对采煤过程中出现的废物进行处理，有效降低废弃物对周围环境的影响，减少占地面积。人们逐渐意识到进行采煤充填的必要性及重要性，将其作为一项关键技术进行研究。充填物质进行了进一步优化，石沙已经成为充填的主要材料，煤灰粉及煤矸石能够辅助石沙进行填充。随着机械自动化技术的发展，综合机械化固体充填已成为采煤充填主流技术，充填效率大幅度提升，其能够降低充填过程对周围环境的影响，避免充填过程中的人工参与，进一步提升了充填工作的安全性。

2 充填采煤技术目标与发展要求

充填采煤技术在我国已有50余年的发展历史，技术发展目标越来越明确。我国充填采煤技术发展目标主要有：一是进行充填采煤技术应用过程中必须要保证采煤工作后续的安全性。二是在充填工作完成之后，要保证填充煤层附近地区的采集不受影响，避免出现煤层浪费的情况。三是充填技术的应用不能影响附近其他煤层的煤矿质量，要保证充填物质不会对充填地区产生污染。四是在进行充填之前，要考虑到充填工作的进行是否有必要，使其符合环保要求，提升安全性。我国煤矿充填工作要考虑对周围环境的影响，以此为基础进行高效率、高质量、高安全的充填，为后续采集提供支持。

3 综合机械化固体充填采煤原理与方法

综合机械化固体填充采煤最主要的创新是进行了机械应用，通过机械应用能够极大提升充填及采煤效率，将充填工作与采煤工作融为一体。想要将综合机械化固体填充应用到实际的采集中，要解决充填空间、充填通道建设及固体充填动力等问题。水砂充填技术是将水作为充填动力，通过管道的应用将砂直接运输到采空的煤层中。风力充填是以风作为充填动力，将矸石进行磨碎处理，进行通风管道的建设，使用大功率通风设备将已经粉碎的矸石运输到采空的煤层中。这些技术是较为传统的充填方法，需要大量的成本投入，由于技术自身限制和设备影响，难以满足综合机械化采煤技术的应用需要。针对此情况，应解决以下3个技术难点：一是要对传统充填方法中大量使用的综采液压支架的掩护斜梁进行拆除，使用水平短梁进行代替，形成一个短梁掩护，使固体填充不直接进入到采空区。二是要进行带式运输机及刮板式充填机的机械应用。通过带式运输机的应用，将固体填充物运输到下层的刮板式填充机中，进行连续性运输，形成一个连续运输通道。三是固体充填物会从刮板式充填机的开口中落入到掩护短梁托提供的掩护空间中，要对已经掉落的固体充填物进行再次处理，通过加压实机的应用进行辅助动力的推动，将充填物向着采空煤层的方向进行压实作业，实现固体紧密型填充。

4 综合机械化固体充填采煤系统与装备

综合机械化固体填充技术的应用可以实现采煤技术的升级，同步开展同一液压支架掩护下的采煤及充填工作，进一步提升采煤工作效率与质量。在该技术应用过程中，运煤系统的设计与传统模式一致，为了进一步实现高效率及连续性的充填，要将使用到的充填固体从地面进行加工，等到加工完成之后，将其运输到需要充填的煤层中。针对此种情况，要进行运输系统的建设，运输系统需要的设备主要包括投料井、井下运输巷及转载系统，将固体充填物直接运输到刮板式填充机中。

5 工业应用效果分析

通过实验方式对综合机械化固体填充方法的优越性进行分析，试验地区为某煤场的煤层，煤层平均采深达到600 m，采高达到2.2m，在实际采煤过程中没有进行人工辅助压实的情况下，充填采高已达到了0.7 m，煤炭采出率达到95%以上。表1为村镇下综采矸石充填地表移动预计与实测情况。

表1 村镇下综采矸石充填地表移动预计与实测Tab.1 Prediction and measurement of surface movement of comprehensive mechanized mining gangue filling under villages and towns

从表1看出,如果不对煤层进行充填作业，将会对地面建筑形成一定的破坏，破坏等级达到Ⅱ级，会对煤层上的居民造成巨大影响，如果进行充填开采作业，那么实际影响效果会降为Ⅰ级，煤层上的居民不需要对建筑物进行加固就可以正常使用，不会对居民正常生活产生影响。

6 结语

综合机械固体充填开采技术已经得到了一定的发展，部分企业已经开展第四代充填与采煤一体化液压支架及固体充填垂直投送系统的应用，极大提升了采矿效率及充填质量，对采煤建设提供了有力支持。相关设备及技术已逐步发展成熟，值得进一步推广应用。