摘要：充填采煤技术属于煤炭开采中的绿色开采，本文从充填采煤技术的发展历史出发，简单介绍了我国采用综合机械化进行充填采煤的重大突破，简要分析了下充填采煤的岩层移动控制理论，指出了充填采煤理论与技术未来的发展趋势。
关键词：充填采煤技术；现状；展望
1 充填采煤技术特点
近几十年来，充填开采在金属矿山的推广应用获得长足进步，但在煤矿还没有得到广泛使用，这与煤矿采用充填开采的特殊条件密不可分。与金属矿充填开采相比，煤矿充填开采的特点主要表现在:
(1) 采煤生产能力与充填生产能力均衡问题
众所周知，充填开采中，采矿和充填互相制约，不继续采矿就无处充填，不充填也就不能采矿，使得由采矿和充填这两个作业环节组成的回采作业大循环共同决定矿井的开采。因此，只有实现采矿和充填的均衡，充填技术才有生命力，才会在矿山有效应用。事实上，采煤生产能力与充填生产能力均衡问题非常突出，即目前充填生产能力与采煤生产能力无法相匹配。与金属矿山炮采工艺相比，煤炭地下采矿法早就实现综合机械化，即落煤、装煤、运煤、支护和放顶五道工序全部采用机械化作业，出现了工作面年单产百万吨以上甚至千万吨的地下特大型矿山。因此，煤矿的充填技术必须适应高产高效的发展。但是目前的充填能力一般无法与高产高效的采煤技术相匹配。
(2) 充填材料供需均衡问题
金属矿山一般采用掘进废石、尾砂(约占矿石开采量的50%～99%)、冶炼炉渣等废弃物作为充填料，完全解决了充填材料供需均衡的问题。同金属矿相比，煤矿自身工业废弃物比例小，煤矿的矸石一般仅为煤炭开采量的15%左右，采空区全部充填难以解决充填材料来源困难的问题。因此，寻找丰富低廉的合适充填材料满足回填空间的要求，解决充填材料供需均衡问题是充填采煤方法成功应用的一个必要条件。
2 充填采煤技术的现状
充填采煤技术有多种分类方法，按充填材料可分为高水充填技术、膏体充填技术、水砂充填技术及矸石充填技术；按运送充填材料的方式可分为机械充填技术、水利充填技术、风力充填技术及自溜充填技术；按材料充填位置可分为采空区充填技术、冒落区充填技术及离层区充填技术。此外，根据材料充填的范围与所占的比例可分为整体充填与局部充填。下面将采用按充填材料不同的分类方法介绍四种充填采煤技术：
2.1 高水充填采煤技术
高水即高水材料，是一种主要由石灰膏、凝固剂、解凝剂、水泥、悬浮剂等组成的凝胶材料。高水充填技术比较适合井下或者地面作业，其作业原理图如图1所示。施工时，将A、B两种单浆液分别加到缓冲池中，待达到所需的量以后，将闸门打开将其运输至工作面，混合均匀以后注入图示采空区。与其他技术相比，高水充填具有以下优点：所需固体材料相对较少、对岩层影响极小、成本低、作业后期质量有保证等，很好解决充填材料供应不足、充填稳定性等问题。
2.2 膏体充填采煤技术
膏体充填的材料是矸石、河砂、炉渣、固体垃圾以及粉煤灰等，将这些材料混合无需脱水，制成膏状物体，然后通过管道将物体送到指定位置。其主要由制浆系统、运输系统、充填工作面三部分组成。膏体充填采煤技术由于是浆体，故其流动性较好、其密度与强度很高、容易控制，但是膏体充填采煤技术所需成本较高。
2.3 矸石充填采煤技术
充填采煤技术是一种通过动力将充填的材料（煤矸石）运输到采空区的方法，动力可以是机械动力也可以是自然界中的风力、水利以及重力。按照所采用的动力可以将矸石填充技术细分为机械填充、风力填充以及人工填充。填充材料并非只有矸石，还包括石砂、粉煤灰、碎石子等，此外还得加入一些添加剂，如凝胶剂等。一般矸石填充技术施工时需要专用的机械将填充材料抛入采空区以实现充填，此种充填技术原理简单，操作方便，运作成本相对较低，在薄层、中厚层煤矿开采中应用广泛。矸石充填采煤技术由于可以在一个液压支架的掩护下进行填充和采煤作业，很好的解决的充填技术中关于充填位置、动力、通道之间不协调的问题。
2.4 局部充填采煤技术
局部充填顾名思义就是在局部范围内进行充填是针对整体充填的概念提出的，充填的空间不是整个采空区，只是采空区的一部分，充填的量与空间都只是所采煤矿总量的一部分。整体填充技术，即全部填充技术通过向采空区填入填充物以控制岩层的运动，达到减小影响的目的，将地面出现沉陷的可能性降到最低，而局部充填除了依靠填充物控制岩层运动，还利用了覆岩的结构和煤柱的支撑力达到控制岩层运动的目的。一方面将充分利用了各种可以使用的条件，另一方面，大大减少了充填量，节约了开采的成本投入，提高了效益。局部充填根据充填位置与时机可细分为采空区条带充填、离层区注浆充填技术、冒落区充填技术。
3 充填采煤理论与技术的发展展望
从以上分析，近年来，充填采煤技术在我国得到了突破性的发展，领先于世界水平，采充一体化的原理是近百年来充填采煤技术的创新成果，但也存在着一定的缺陷，比如在矿井地质条件复杂的情况下，其生产效率会相对的降低，对于充填材料的来源和供应量上也无法满足进行大面积的充填的需求，目前的的设备的型号比较少，不能实现完全配套，且设备的技术稳定性也比较差，另外还没有一套比较完整的充填采煤技术的行业标准和相关的法规和政策。充填采煤技术的最终目标是有效的控制地表沉陷和岩层的移动，根据我国现有的煤矿发展的现状，综合机械化采煤技术也越来越成熟，煤矿的开采地质条件也越来越复杂，综合机械化采煤和充填采煤技术相协调发展，研究出与现代综合机械化采煤技术相匹配的充填采煤技术装备，从而实现煤炭的高效高产的目标，未来充填采煤理论与技术的发展方向是，第一个是要解决充填采煤理论和工程之间的问题，第二是对充填采煤的设备进行研究改进，提出更加自动化的设备，使系统的布置和工艺更加的优化，第三是对充填材料进行研究，找出更加适应充填环境的材料，第四是建立一套比较系统的充填效果评价体系和方法，第五是进一步的拓展充填采煤技术的应用，第六是对地下水环境和充填采煤的协调做进一步的研究。
结束语
为了更好的实现能源保护和环境保护之间的相互协调问题，解决煤炭开采中采空区对建筑物下、铁路下和水体下的资源造成威胁，充填采煤技术的发展将会成为未来进行绿色开采的核心技术，本文介绍了充填采煤技术的重大突破，简单分析了充填采煤的岩层移动控制理论，对未来充填采煤理论与技术的发展提出一些意见，希望可以为实现绿色开采提供一些参考意见。
参考文献
[1]缪协兴,巨峰,黄艳利,郭广礼.充填采煤理论与技术的新进展及展望[J].中国矿业大学学报.2015(03)
[2]郭斌.充填采煤技术的现状与未来展望[J].山东煤炭科技.2015(05)
论文作者:周元,李培华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/6
标签：技术论文; 采空区论文; 材料论文; 矸石论文; 岩层论文; 煤矿论文; 作业论文; 《基层建设》2017年第25期论文;