浅谈“三下”压煤充填开采技术

浅谈“三下”压煤充填开采技术【摘要】文中讲述了当前“三下”压煤充填开采采用的干式充填、水力充填及胶结充填挖掘水平和特点，充分分析了煤矿填充水平国内外发展现状，展望了“三下”压煤充填挖掘能力的前进目标。

【关键词】充填开采；“三下”压煤；绿色开采
绿色挖掘水平是煤矿充填开采技术的主要构成成分，合理高效回采煤炭能源、达到资源可持续发展的主要保证便是煤矿胶结充填开采，煤矿胶结充填挖掘已经渐渐变成煤炭行业的重要环节，其不仅可以使优质煤炭能源回收过程中带来更加丰厚的经营利益，更能提升能源的高效使用率、有利于降低环境负担，起到保护环境的作用。

1、“三下”压煤充填开采方法
“三下”压煤往往聚集布局在工业根基良好、挖掘情况优异、煤炭依赖性较强的经济兴旺区域。

干式充填、水力充填和胶结充填是“三下”压煤根据加添原料及运输形式不同所形成的三种充填方式。

1.1干式充填
全球矿山最古老的充填方式采用的是干式充填，它的基本道理是把露天采石场或废石场收集的土壤、砂石、工业废渣、块石等干式加添原料，根据要求的块度构成将收集来的原材通过爆破、筛选分类及混和后，靠人或者机器运用地面传送及井下阶段水平传送将
其送到充填井或采空区，经过溜放或储存加添，达到能够挤压蓬松充填体的挖掘水平[1]。

采掘、制造、储存及运输和堆积干式加添原料到采空区的装备、设备、构建物和井巷工程的总和构成干式充填体系。

应用干式充填采矿法进行回采作业的过程中，要使开采来的矿石和它下层的加添原材分开，两者的中间应该放上隔断原材，用来降低采矿的贫化及损耗。

这种隔断原料必须拥有高强度、低成本和应用重复率高等特征。

干式充填体系具有多环节作业、低充填水平、很重的粉尘、充填体固密程度不达标等缺点，但其具有投资少的优点，现在只有小型的矿山和处理采空区，其他的地区较少应用干式充填体系。

1.2水力充填
水力充填就是自1990年以后兴起的一种新兴技术，发展至今已经相当成熟，该充填系统以其适应性强，运送成本不高、输送效率高等特点，被国内外的矿场所使用。

其主要工作流程是通过自然压头或泵站，以水为介质，通过设备站沿着管道或者与管道相连接的已经钻好的孔，把矸石、河砂、破碎砂、尾砂或水淬炉碴等水力充填材料输送和充填到采空区[2]。

水力充填的基本原理是，首先将充填体脱水，通过外力进行输送，输送的距离最短的几十米，最远的高达上千米，在输送过程中，有专门的排水设施可以将水全部的排出。

水力充填主要由分级脱水设备，砂仓、砂浆制备设施，输送管道、采场脱水设施和井下排水和排泥设施。

该设施最重要的工艺
和设施是管道水利输送和充填管理。

输送管理的直径要根据受临界流速、合理流速和水力坡度的不同而确定大小。

正常情况下，如果充填材料是以脱泥尾砂或天然砂，充填料浆的固体质量浓度没有高于70%，可以采用自流输送的方法；如果充填倍线较小时，可以使用料泵输送的方法。

1.3胶结充填
胶结充填自开发以来，其不光具有输送速度快、一次充填量大、使用工艺简单、产生的充填体强度大等特点，而且它还能够较好地控制地表变形，保护村庄现有建筑物，满足了人民合理开发和充分利用地下资源的需求，进一步延长了濒临破产的煤炭企业寿命，因而受到矿山企业的普遍认同。

胶结充填的技术可以分成三类：一类是以适量胶结料为底料，将我通过采集或者加工过的矸石等惰性材料放入其中，通过加水进行混合搅拌，将制成的胶结充填料浆，通过钻孔、管、槽等进行输送或者堆放到别处，在运送过程中将多余的水分脱除，形成了供人民使用的具有特定强度的充填体；二是把采集或者加工好的矸石、大碎石放入到一个专门的井下，按照比例放入一定的胶和微小的惰性材料，再加入一些水搅拌成强度较低的混凝土；三是首先在地面制成一定数量的水泥砂浆或者净浆，与先前准备好的一部分矸石、碎石一并放入井下，再将另一部分矸石、碎石等惰性材料输送到采空区，通过加压注射，自己淋洒等做法，将放入井中的砂浆或净浆完全附在矸石、大碎石上面[3]。

2、国内充填开采使用情况
我国的煤矿点多、线长、面广，可以说是自从开始充填技术以来，我国的充填从最单位的干式充填发展到水力充填，从尾砂、大块石、全尾砂发展到现在的胶结充填，可以说是发了质的变化。

特别是近十年来，随着科学技术的快速发展，人们对充技术有了更深的研究，我们在充填技术的研究开发和使用方面都取得了十分的进步。

1990年，兖州矿务局和中国矿业大学在北宿煤矿吴管庄进行合作，专题研究薄煤层双对拉工作面联合开采；进一步增加邢台煤矿的服务时间，1997年研制开发“安全高效高回收率综合机械化固体充填采煤技术”；2006年，峰峰集团经过与中国矿业大学等公司合作，共同开发了一个新款膏体胶结料做固化剂，通过综合机械化的方式进行开采，有效提高了充填工作面的拓展和工作效率；2010年，冀中能源股份有限公司通过与三一重型装备有限公司合作，共同研发了膏体胶结充填开采设备，现已经投入运营，并取得了较好效果。

3、“三下”压煤充填开采展望
充填开采技术打破了固有的采空区，能够放心地挖掘“三下”压煤能源，排除采空区瓦斯超标的危险情况，并且可以办理许多的城市垃圾及矸石，极大地延缓固有采空区引起的应力聚集情况。

按照要求，“三下”压煤充填开采的含义不单在于合理使用煤炭能源，更能体现环保等方方面面的社会价值。

充填开采技术的未来展望：（1）探索加添原料，最大限度应用矿井固体废弃物，降低污染。

（2）加强充填原理探究，对充填媒介特点、充填参数与地表下沉的联系进行量化，并对局部充填和可控性沉降的原理进行探究，保证降低充填原材损耗的前提下，最大限度减少充填工艺对回采的干扰，把地表沉降控制在科学的层面上，对充填设计起到原理引导作用。

（3）准备充填设施，包含充填支架、输送机的研制水平、攻关能力。

（4）充填的前进方向是长壁持续充填，在小型煤矿和小块段煤柱中，能够采用巷柱式充填。

4、结语
挖掘“三下”压煤的方法对提升煤矿挖掘安全系数具有划时代的意义，在国内煤矿挖掘过程中拥有宽阔的运用远景。

不但能够处理“三下”压煤开采的事情，更给城市固体垃圾、粉煤灰等废弃物提供了全新的解决方法，有利于促进煤矿绿色开采技术的进步，对经济和社会产生深刻的意义。