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我国煤矿充填开采技术现状与发展 发布日期:2021-12-07 我国在建筑物、水体和铁路（以下简称“三下”）下有大量煤炭资源。例如：辽宁省抚顺市压缩煤超过2亿吨；京山线穿过开平煤田，压煤量近7亿吨，仅唐山煤矿一座 围内压煤就达一亿五千万吨；山东和江苏交界处的微山湖压煤也在七亿吨左右；平煤股份十二矿剩余可采储量仅2894万t，而工业广场、风井和村庄压煤就有1200万t。“三下”压煤直接影响矿井接替，缩短矿井服务年限。 随着煤矿开采技术的进步，为了释放“三下”煤压力，煤矿“三下”开采技术得到了极大的发展。我国煤矿“三下”的传统开采技术包括分层注浆和条带开采。其中，分层注浆不能有效控制地表沉降，成本高、效率低；露天开采，资源回收率低，一般不超过50%，资源浪费严重。充填采矿不仅能有效控制地表沉陷，而且资源回收率可达90%以上。目前，充填采矿有三种技术：超高水料充填、膏体充填和固体充填。 1煤矿充填开采技术现状1.1超高水材料充填技术1.1.1充填材料 中国矿业大学研制的ZKD型高水速凝充填材料是一种理想的充填材料。该材料由材料a和B以及添加剂a-a和B-B组成。该材料的含水量高达95%以上，大大减少了固体粉末的数量。该技术具有充填系统简单、占地少的优点，充填泵送系统可建在地下。 1.1.2充填工艺 灌装工艺采用液压泵送，挂袋灌装。包括灌装泵站和灌装点，其基本工艺流程如图1所示。 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。 图1高水物料灌装工艺流程 1.1.3应用实例 冀中能源集团邯郸矿业集团桃一矿12701工作面5工作面地表有村民的房屋、冲沟和梯田，地面高程171.2~179.1m。工作面高程-145.6~-207.0m，工作面埋深316.8~386.1m。 工作面巷道沿煤层顶板掘进，按倾斜长壁开采法布置，其走向长度为50.0m，倾斜长度为292.0m。因工作面下部块段的煤层受火成岩侵蚀情况较为严重，因此采用炮采。 该矿采用高水料充填技术充填采空区，已成功开采压缩煤20多万吨。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。 该充填技术具有回收率高、环保、安全性高等优点。广泛应用于管道运输和材料选择。目前，它已在许多矿山和爆破工作面得到应用。综采膏体充填技术正在研究中。 1.2.1充填材料 填料由煤矸石、水泥、粉煤灰和减水剂组成。形成的胶结充填体浓度高，流动性好，呈膏状。 1.2.2充填工艺 填充骨料为破碎煤矸石，胶凝材料为普通硅酸盐水泥，管道输送性能改进剂为粉煤灰和减水剂。每种物料在搅拌桶中加水进行高速搅拌，形成高浓度的浆液，通过重力沿充填孔和管道输送至采空区充填。典型的灌装工艺流程如图2所示。 图2煤矿膏体充填工艺流程 1.2.3应用示例 2021年底新汶矿业集团孙村煤矿21101工作面采用了仰斜膏体充填开采技术。该工作面埋深410～580m，平均倾角16.5°，面长1oom，煤层采高2.0～2.2m，单体液压支柱配金属铰接顶梁支护顶板，柱排距为700mm×800mm，采用“两采一充、见五回一”开采方式，充填步距1.6～2.4m。 通过实践试验，21101工作面充填采矿效果显著。工作面月原煤产量达到1.2万吨以上，月煤矸石消耗量超过1万吨，实现了膏体充填开采的新突破。 1.3固体物充填技术1.3.1充填材料 填充材料为粉碎的煤矸石或固体废物，或煤灰和黄土等材料。地下开采矸石充填置换开采技术可以实现矿山矸石的地下处理，防止矸石入井。 1.3.2长壁普采(或炮采)固体物充填技术 岩石巷道和半煤岩巷道（煤矸石分装）中开挖的煤矸石或地面煤矸石由采矿卡车运输至地下煤矸石堆场。经装载式破碎机破碎后进入矸石仓。破碎后的煤矸石经矸石仓下口，经皮带机运至上、下山丘，然后装入采煤工作面回风巷，再经工作面采空区刮板输送机运至工作面采空区抛矸石皮带机尾部，矸石由矸石抛掷带式输送机抛入采空区。 新汶泉沟煤矿于2021年开始试验和使用长壁普采(或炮采)充填采煤技术，该技术利用井下矸石充填于采