摘要：近年来，为解决我国大规模煤炭开发中十分突出的资源和环境问题，走出我国独具特色的安全、绿色和高效的科学采矿之路，相关矿业研发团队，与众多煤炭企业和煤机生产厂家合作，在充填采煤岩层控制理论研究取得重大进展的同时，还开发出了具有完全独立自主知识产权的综合机械化固体(矸石、粉煤灰等废弃物)充填与采煤一体化技术，使长期以来的充填采煤技术攻关取得了关键性的重大突破，并在大型城市建筑群下、铁路和公路交叉网下以及大型水体下和松散含水层下等二十多个矿区进行了规模化的工业性推广应用，取得了显著的经济、社会和环境效益。
关键词：综合机械化；固体充填；采煤
1综合机械化固体充填采煤技术的目标和要求
在中国社会发展过程中，传统的充填采煤技术在实际采煤作业中没有大规模运用的主要原因是该项技术在实际作业中容易受到其它特殊条件的制约，加之在科学技术的发展作用下，现代化采煤技术快速发展，促使人们对采煤过程中的充填技术提出了更高要求。因此，在现代化的发展作用下，开发综合机械化固体充填采煤技术已成为采煤作业的一项重要举措，其对煤炭的开发与采集具有重要作用。
1.1充填采煤的技术难点
图1 综合机械化长壁采煤覆岩运动示意
煤层属沉积矿体，现代化矿区大多采用综合机械化长壁开采方式，随着工作面的推进，采空区上覆岩层随采随垮，具体采煤工作面纵向平面如图1所示。从图1中可以看到，综采工作面支架后方的所谓采空区被随采随垮的破碎岩体塞满，没有像矿脉开采那样的固定充填空间，也没有可以进入的通道，因而实现充填采煤必须克服三大技术难点：一是充填空间；二是充填物输送通道；三是充填体的密实度。
1.2充填采煤技术的目标与要求
随着社会科学技术不断发展，人们对充填采煤技术也提出了更高的要求。当前，为了进一步实现煤矿采集的最终目标，现代化的矿区充填采煤技术的首要目标是在采煤实际作业中实现安全、高效、快速地充填，而为了有效实现该目标，开发综合机械化固体充填采煤技术已成为一项重要的科技内容。在现代化的发展过程中，综合机械化采煤技术是一种安全、高效的采煤技术，可以在煤炭采集过程中克服充填空间、输送通道及密实度等三大技术难点，从而安全、高效实现煤矿采集和充填。其中，充填的基本要求是由煤壁、充填体、支架来支撑顶板的。
1.3综合机械化采煤与充填一体化技术
为满足现代化充填采煤技术发展的目标与要求，已经设计出了综合机械化固体充填与采煤一体化技术。可以设想，综合机械化采煤技术是目前一致公认的安全高效采煤技术，充填技术就必须与之相匹配，既然可以在综采液压支架掩护的空间内实现采煤作业，那就一定可以在支架掩护的空间内实现充填作业，再由夯实(推进)机构将充填物密实推入采空区。这样，就可克服充填空间、输送通道和密实充填等充填采煤的三大技术难点。
2综合机械化固体充填采煤设备
2.1充填采煤对支架的要求
支架须符合充填采煤矿压显现规律，支架顶梁对顶板支撑没有薄弱点；支架要有足够的支撑力，控制直接顶顶板下沉，为直接顶转化为基本顶创造条件；充填液压支架能实现采煤充填平行作业，达到规模化开采的能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在采场岩层控制目标方面，充填法开采异于垮落法开采：垮落法开采工艺，支架以控制直接顶与基本顶不产生离层、平衡基本顶周期性破断对支架产生的冲击为主要目标；充填法开采工艺，支架除需要平衡基本顶压力外，还需要控制顶板的下沉变形，使采空区保留较大的空间，以利于向采空区尽可能多的充填物料，从而实现对采空区顶板及上覆岩层下沉量的控制。因此，在充填采煤中，要求支架对直接顶和基本顶有足够的支撑力，保证顶板不下沉，根据此原则，研制了与跨落法采煤截然不同的支架类型。为达到更好的充填效果，结合充填采煤矿压显现规律，又研制了四柱支撑中间铰接双推压装置综采液压支架，
2.2填充工艺
填充工艺在综合机械化固体充填采煤设备中具有极其重要的作用。当前，虽然应用一体填充液压支架可以在一定程度上实现填充采煤设备的充填，但此种输送机却很难满足运输量要求，且用此种大孔径的固体物料填充煤炭开采系统还会对其产生一些不利影响，进而也会影响到采空区的作业进度。因此，在这种情况下，采取先进的固体物料来填充已势在必行，如在填充工艺的过程中将矸石输送到采空区，并使其在支架的结构推压作用下将矸石有效推送到支架后方，使填充工艺的工作有序开展，还在一定程度上提高了现代化采煤技术的效率和质量。
3工程应用实例分析
本项技术已经在我国多个矿区得到了推广应用，这里选择三个有一定代表性的工程实例进行简单的应用分析。
3.1煤矿密集建筑群下充填采煤
某煤矿井田在某县城及周边地区，全部为建筑物下压煤。该矿原设计全部采用条带开采，采出率不足32%，具体为采40m条带，留80m煤柱。现在全部采用固体密实充填采煤，并且实现沿空留巷无煤柱开采，采出率达85%，矿井服务年限可由原设计不足40a延长至超过100a。花园煤矿平均采深为550m左右，平均煤层厚度约2.5m，条带开采时的实测地面最大下沉量为217mm，固体密实充填后的实测最大下沉量为196mm。如采用长壁开采，其最大下沉预计值为1900mm，因而固体密实充填后的地表减沉率在85%以上。
3.2充填开采孤岛村庄煤柱
某煤矿现有可采煤炭储量仅有2700余万t，其中“三下”压煤(都为优质稀缺煤种)为1200余万t，并且多为不可搬迁的孤岛型村庄煤柱。该矿还有一座地面矸石山占用土地、污染环境，实施综合机械化矸石密实充填后可使其生产年限延长10a以上。充填首采区域布置在某村庄孤岛煤柱块段，平均煤层厚度为3.3m，平均采深在450m左右。根据地面建筑物评估等级要求，最大地表下沉量应控制在220mm内，则由充填开采岩层移动预计分析得到，充填密实度应控制在0.82以上，即等价采高约为0.6m。实测充填密实度超过了0.86，地表最大下沉量仅为173mm。
3.3近松散含水层下充填采煤
某煤矿主采煤层上方覆盖了平均厚达272m的松散含水层，且与地表水贯通，原设计留设了大量的防水煤柱，压煤量达3664万t，现采用综合机械化矸石密实充填方法全部回收其防水煤柱。在大量回收传统方法无法开采的煤炭资源同时，可使矿井服务年限至少延长20a。在防水煤柱块段内，煤层离第四纪松散含水层最近区仅为15m，实施充填开采时，必须把此处直接顶保护成为隔水关键层，即直接顶内不能形成贯通裂隙。
4结束语
综上所述，现代化综合机械化固体充填采煤技术在煤矿采集工作中具有非常重要的作用与意义，经过充填密实度的控制和工艺的改进，充填效果充分显现。充填采煤工作面未出现明显的周期来压，充填体可有效控制顶板的运动。充填工作面充填采动对地表的影响较小。因此，相关工作人员应对此给予重视与关注，并在实际作业过程中加强对新型采煤技术的研究与分析，通过采取新型技术进一步促进采煤作业的发展。
参考文献
[1]关于煤炭开采的采煤技术和采煤方法的研究[J].施伟，李敏.黑龙江科技信息.2015(06)
[2]综合机械化固体充填采煤技术难点与应用[J].贾爱军.山西煤炭管理干部学院学报，2016，29(1)
[3]综合机械化充填采煤[J].刘建功，赵庆彪.煤炭学报，2010，35（9）
[4]基于煤矿采煤技术的合理优化探究[J].亢竑程.能源与节能.2017(02)
论文作者:谷永刚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/21
标签：支架论文; 技术论文; 密实论文; 固体论文; 采空区论文; 作业论文; 顶板论文; 《防护工程》2018年第27期论文;