摘要：在煤矿开采的绿色化发展过程中，综合机械化固体充填采煤一体化技术的研发，使得煤矿开采作业与采空区填充作业的同时开展成为了可能，不仅能够有效提升煤矿开采效率，也能加强对固体废弃物的回收利用，从而在为煤矿企业带来更多经济效益的同时，创造一定的社会效益。因此，还应加强对该技术的研究，以便结合未来煤矿开采需求更好的进行技术的推广应用。
关键词：采煤一体化；综合机械化；固定填充
时代的不断发展，科技水平的不断前行，国内采矿先驱者经过多年的努力，开发和应用了综合机械化固体充填采煤一体化技术。随着对相关内容研究的愈加深入，我们认为这一技术得到尽早的推广和应用是非常有必要的，而这便需要采煤行业所有人员的共同努力。
一、综合机械化固体充填采煤一体化技术概述
我国煤炭资源丰富，在能源生产及消费结构中，煤炭资源占有重要地位，与发达国家的采煤实践相比，我国“三下”压煤问题突出，即建筑物下、铁路下及水体下煤炭资源开采技术落后，同时，长期采煤实践过程中造成的环境污染问题，制约了我国矿井的发展，与可持续发展的理念相背离。试着技术的进步及科学技术的发展，煤炭行业强调绿色采矿与科学采矿的理念，综合机械化固体充填采煤一体化技术的应用于发展，实现了传统充填采煤技术的突破性进展。密集建筑群下、公路及铁路交叉往下、大型水体下及松散含水层下矿区开采工作的有效开展，充分证明了固体充填采煤一体化技术在经济、社会及环境三个方面的独特优势。
早期的充填采矿法主要涉及金属矿井下矿井各种排弃废料的具体处理工作，充填采矿法应用于金属矿山的开采中，先后产生了胶结充填、水砂充填、膏体充填及高水材料充填等技术，取得了良好的效果。煤炭资源的开采过程中，随着采矿工作的不断推进，采矿区上的覆岩层会垮落，因此，在具体开采中无法形成稳定完整的采空区，世界采煤界长期以来不断借鉴金属矿山充填技术，通过膏体充填、高水材料充填等试验完善充填采煤技术，在金属矿区中一般会形成稳定的采矿区，充填才技术也随着具体采矿区域的不同而不断的改进，这与现代矿井工业化、规模化的发展需求相一致。目前，我国煤炭开采过程中出现的大规模资源浪费与环境污染问题，促使研究人员在深入研究充填采煤岩层控制理论的基础上，提出了现代化矿井普遍采用的综合机械化固体充填采煤一体化技术，利用机械的方法将矿区的建筑垃圾、矸石及粉煤灰等固体废弃物直接密实充填至采矿区，满足了控制岩层移动的目标，将传统技术下无法回收的煤炭资源采出，实现了生态脆弱区大规模煤炭资源开发过程中水资源及环境的保护。
二、应用目标及应用难点
虽然历经百年的发展，但是现阶段的充填采煤技术却始终无法达到一个让人满意的状态，我们从实际应用状况出发，阻碍这一技术发展最主要的原因在于其所沿用的是冶金矿山充填的方式和原理，但由于采出冶金后，会在矿房里遗留下很大的一个膏体填充或水砂填充的通道，其极易受到岩体运动的影响而造成安全隐患。
对我国现阶段矿区充填所采煤技术作业遵循的原则来看，技术应用的目标在于确保采煤作业高效、安全进行的同时，还必须实现充填作业的高效与安全性，因而对于当前机械化充填一体化技术的进一步应用和开发，应当围绕在充填作业与采煤作业完美融合的基础上，首先是煤炭资源采出的过程必须是高效且安全的；随后是在采煤过程中必须严格对地表以及岩层移动过程进行控制，以使被保护对象得到足够的保护；最后应当体现出技术应用的环境效益、经济效益以及社会效益等。而以上目标的实现面临着三个方面的技术难点。
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首先将矸石等固体充填材料在采空区卸载时缺乏动力来源的问题解决，就必须使整个充填体在采空区内密实充填以及压实的最终效果得到保证；随后为了使采煤后采空区的顶板不会垮落或者出现轻微下沉的情况，就需要提供给采空区矸石足够的充填空间；最后高效安全的将固体充填材料（诸如：矸石等）输送到踩空区内进行填充作业，其前提是必须将一个用于固体材料充填的连续性输送通道构建出来。
三、综合机械化固体填充采煤一体化技术
3.1系统布置
综合机械化固体充填采煤一体化技术其主要充填材料为建筑垃圾、粉煤灰以及地面矸石等固体废弃物，利用固体废弃物直接投放系统或连续输送系统可将其直接投入井下，然后经过输送机的传递输送作用可到达采煤工作面。对煤炭采空区的压实作用可利用煤炭充填一体化液压支架以及刮板式充填输送机等设备实现，该技术不仅克服了固体材料密室性充填问题，而且有效解决了充填运输所需的连续通道和空间问题。综合机械化固体充填采煤工作面大致与传统的综采工作面相同，并且固体充填物料输送带往往布置在采煤工作面的后部，在此条件下可实现在同一工作面系统中采煤与充填的并行作业。
3.2液压支架
在系统分析采场矿压显示规律的基础上煤炭企业经过多年的努力和探索建立了采场矿压力学模型，然后通过详细分析传统采煤被动受压的破坏机理揭示了充填采煤支架主动支撑顶板的作用力传递过程和受压变化规律，设计发明了充填采煤一体化液压支架并可对固体废弃物密室充填以及掩护综合机械化采煤并行作业，该液压支架可有效确保各项充填采空区工艺的实施和煤炭的安全、高效生产。后顶梁和前顶梁为该一体化液压支架的主要组成部分，并且前梁支护能力低于后梁。前顶梁和后顶梁的功能作用分别用于采煤和掩护充填作业，液压支架的后部支撑能力因顶梁下部设置的2根独立柱而显著提高，并且在其掩护的空间范围内可直接引入固体废弃物。夯实机构与支架后部连为一体并可显著增强充填物的夯实力2MPa以上，且为保证采空区的充填率，该夯实结构可根据地表沉陷和岩层移动控制目标要求进行精准的自主调控。
四、综合机械化固体充填采煤一体化技术的发展
现阶段，采用一体化技术进行煤矿开采和采空区充填，同时开展充填作业将在一定程度上对采煤作业效率产生影响。因为在充填的过程中，需要一定的时间对固体充填物进行夯实。采用机械自动化控制技术，可以实现充填和夯实作业的自动化控制，则能使充填和夯实效率得到提升，所以能够更好的满足一体化作业提出的效率要求。而在固体充填方面，使用废石、建筑垃圾等材料，还应对材料的长期稳定性和物理学性质展开进一步分析。结合分析结果，对固体充填材料的来源进行拓宽，则能使用城市生活垃圾、风积砂等各种材料作为煤矿固体充填材料，继而更好的解决垃圾处理问题和充填物来源问题。
此外，目前一体化技术的使用范围依然受限，其适应的煤层高度在2.0-4.0m之间。想要在大采高和薄煤层开采中进行技术的应用，还要对采煤液压支架、固体充填物夯实设备等技术的适应性问题展开研究。
结语：
综合机械化固体填充采煤一体化技术的不断完善与发展，有效解决了“三下”压煤矿井采出率低的问题，推动矿山开采的绿色化发展，填充采煤一体化技术实现了采煤与填充作业并行开展的技术革新，使煤炭资源开采环节更加的安全高效，实现了经济、社会效益的统一。
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论文作者:王兴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/23
标签：固体论文; 技术论文; 作业论文; 采空区论文; 材料论文; 支架论文; 煤矿论文; 《基层建设》2019年第4期论文;