摘要：随着社会的发展，我国的煤矿工程的发展也突飞猛进。现代社会的发展离不开煤矿资源，人们的日常生活，如煤油、灯火、车、水等，都与其息息相关。但是，这么重要的资源，其开采过程却是极其艰难的。因为它是在地下开采的，一旦将煤矿挖掘出来，地质表层失去支撑，失去稳定性，如果没有采取有效的相应措施，地质便会沉陷。由于世界日新月异的发展，人们对于煤矿资源的需求越来越多，我们不可能暂停开采。因此，如何做到有效控制煤矿开采的沉陷，运用相关的充填开采技术减少不良事故的发生，将人员伤亡降到最低，减轻对环境的破坏，成为现代煤矿充填开采技术研究的首要任务。
关键词：煤矿；充填开采；技术研究
引言
煤矿充填开采是指在开采工作面推过后，通过物料对已采空间进行填充，控制基本顶及上覆岩层运动，进而防止地表下沉的一种采煤方法。中国的充填工艺和技术发展较快，先后经历了废石干式充填、分级尾砂和碎石水力充填、混凝土胶结充填、废石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填和膏体泵送胶结充填、高水充填等过程。随着煤炭资源的不断枯竭，“三下”压煤这部分煤炭资源显得越来越重要，据不完全统计，中国生产矿井“三下”压煤量达150×108t，主要集中于山东、安徽、河北、河南、江苏等5省。其中，山东省通过制定煤矿管理政策、加大充填开采的监管力度，在许多重点矿井实施了充填开采技术，在很大程度上解决了耗能与产能的矛盾。河北省的冀中能源集团将机械化采煤技术与充填开采相结合，对大量“三下”压煤进行了回收，创造了可观的经济效益。河南省、安徽省等通过发展矸石等固体充填技术，既安全回收了煤炭资源，又减少了矸石等固体废弃物对环境的污染，建设了多所现代化模范矿井。同样，中西部水资源匮乏地区，为了进一步减少地下煤炭资源开采对环境的破坏，尤其水资源的保护，也在必要地区探索和实施了保水充填开采技术。
1充填开采技术的现状
首先，充填开采技术不仅仅应用在煤矿行业，在金属矿石行业中也会使用到不同种类的充填开采技术。但是，这两者的充填开采技术并不是一致的。因为在金属矿石行业中，充填技术已十分成熟。而煤矿行业的充填技术仍旧处于探索阶段。加上煤矿行业本身的特殊性，比如说煤矿的结构呈现的是层状的岩石层，这为充填开采技术加大了难度。因为开采之后，不可避免地会发生沉陷、崩塌等现象。其次，在初期，中国大部分的煤矿部门都采用了在倾斜上行时，用水砂充填长壁，进而采煤的方法。这个方法可以将煤柱保护好，且有效地降低地表下沉。不过，随着社会的发展，中国与外国的交流增多，因此，将外国的离层注浆的方法有效地与原先的充填开采技术结合起来，并优化了该技术。但是，在中外的煤矿充填开采技术中，如何隔离排水系统始终成为一个难题。到了20世纪80年代时，德国领先研发出了一种解决该难题的技术——将浆料制成牙膏状，并且不沁水的浆体，用缓慢的速度使其到达沉陷区域进行填充。中国在改革开放以来，经济飞速发展的状态下，对煤炭的需求量与日俱增，煤矿开采所造成的沉陷情况益加严重。所以单一的充填开采技术已不能满足现有的需求。因此，相关人员在煤矿开采的过程中，需研发不同的充填开采技术，以便应对各种需求，以及让绿色开采得到实施.
2充填开采技术的概念
基于上述情况，充填开采技术的出现势在必行。所谓的充填开采技术，其实就是在开采煤矿的过程中，将一些浆料，根据开采的浓度、位置、开采要求在煤矿沉陷的地方进行填充，以便让其代替原先的煤矿对地表进行支撑。它可分为以下几个种类：采空区域充填、冒落充填、高低浓度充填、膏体充填、胶结充填、非胶结充填等。当然，不同环境下采用何种充填技术，与当时的采矿成本、人员配置都有很大关系。因此，相关人员在进行充填开采技术的过程中，要充分考虑到各方面的情况，尽量避免人员伤亡，并将生态的破坏程度降到最低。
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3常见煤矿充填开采技术
3.1煤矿矸石充填开采技术
煤矿矸石充填开采技术是将井下采煤、掘进过程中产生的矸石及地面洗选过程中产生的矸石，通过机械破碎后，利用固体物料连续输送系统将矸石输送至井下，再经过输送机运输至工作面，最后借助刮板式充填输送机、充填一体化液压支架等设备进行采空区直接充填，并通过捣实机构反复推压夯实，实现采空区密实充填。煤矿矸石充填系统主要由矸石破碎系统、矸石输送系统和工作面充填系统3部分组成。煤矿矸石充填开采选用的主要充填材料是煤矸石，材料来源广、价格低，可以实现矸石的二次利用，在降低矸石处置费用同时也降低了充填材料费用。其次，煤矿矸石充填系统相对较简单，具有稳定性好、充填效率高等优点，已经在我国峰峰、开滦、新汶、济宁、淮北、阳泉、西山等数十个矿区进行了推广应用。但矸石充填过程中，采空区矸石密实度相对较差，充实率仅保持在80%左右，地表减沉效果相对不佳。
3.2煤矿膏体充填开采技术
煤矿膏体充填开采技术是将煤矿生产过程中产生煤矸石、电厂产生的粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物，在地面加工制成不需要脱水处理、如同牙膏状浆体充填材料，然后通过专用充填泵加压，利用充填管道将充填物料输送至井下，适时充填采空区的煤矿充填开采方法。煤矿膏体充填材料主要由骨料（煤矸石）、水和胶凝材料（水泥）等组成。煤矿膏体充填系统主要由配料系统、泵送系统和采空区充填系统3部分组成。煤矿膏体充填料浆的质量分数65%~88%，具有不分层、不沉淀、不离析等优点，便于充填料浆输送。其次，膏体充填材料泌水率小，工作面作业环境相对较好；膏体充填材料具有早期强度高、密实度高、压缩率低等优点，能够有效控制上覆岩层移动和变形，减少地表下沉和变形，已经在我国淄博、济宁、峰峰、焦作等矿区开展了应用。但膏体充填过程中，充填系统相对较复杂，初期投资较高（约为矸石充填的3倍）；胶凝材料成本高，从而导致吨煤成本较高（约为矸石充填的1.5倍）；膏体料浆在管道内属于柱塞流，输送阻力大，容易发生“堵管”事故，会影响充填的效率和质量。
3.3煤矿超高水充填开采技术
煤矿超高水充填材料是中国矿业大学近年来研制的一种水体积分数可高达97%的煤矿新型充填材料，煤矿超高水充填材料由2种主料A、B和2种辅料AA、BB组成，主料按1∶1使用，辅料根据实际情况配合使用，A料主要是由铝土矿烧制而来；AA料主要是复合缓凝剂；B料主要是石膏；BB料主要是复合速凝剂。煤矿超高水充填系统主要由料浆制备系统、输送系统、混合系统和采空区充填系统等4部分组成。
结语
煤矿充填开采不仅能够有效处置固体废弃物，减少传统煤炭开采过程中带来的环境污染，还可以实现废弃物和采空区地下空间的二次利用，对于推进生态文明建设具有重要意义。因此，煤矿充填开采技术应不断加快发展新型煤矿充填材料和工艺装备，以适应煤炭开采技术发展水平，为建设“集约、安全、高效、绿色”的现代煤炭工业体系，实现煤炭工业转型升级发展提供技术支撑。
参考文献
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［5］吴吟.中国煤矿充填开采技术的成效与发展方向［J］.中国煤炭，2012，38(6)：266.
论文作者:刘伟韬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/17
标签：煤矿论文; 矸石论文; 技术论文; 采空区论文; 材料论文; 系统论文; 过程中论文; 《基层建设》2019年第18期论文;