浅析煤矿膏体充填绿色开采技术

浅析煤矿膏体充填绿色开采技术
【摘要】煤矿膏体充填技术是一种新型的绿色环保技术，能实现煤矿的高产高效和环境保护。

本文介绍了煤矿膏体充填的特点，重点阐述了膏体充填采煤的关键技术和膏体充填采煤技术应用前景，对于煤矿的开采技术来说有一定的参考价值。

【关键词】膏体充填煤矿绿色开采
煤矿膏体充填，就是指把煤矿周围的矸石、粉煤灰、工业产生的炉渣、城市排出的固体垃圾及胶结料等固体废物通过地面加工制作成“无临界流速、不需要脱水”的膏状浆体，在重力或泵压的作用下对工作面支架后方的采空区进行充填而形成必要的人工支撑体系，把采煤引起的地表移动控制在建筑物允许的范围内，实现不迁村采煤的方法。

煤矿膏体充填料浆是一种利用矸石、粉煤灰等固体废物制作的，适合管道输送的、低成本的、特殊“混凝土”或特殊“砂浆”。

在煤矿企业中应用膏体充填技术，可以实现煤矿的低碳运行及绿色开采。

而且，固体废物膏体充填开采把矸石等固体废物的利用，与控制采煤工作面顶底板岩层破坏，减少开采沉陷，保护地面建构物有效的结合起来，具有提高资源采出率、增强矿井安全保障度、保护矿区生态环境的鲜明特性的绿色开采核心技术，也是我国煤炭工业科技发展的主要方向。

1 煤矿膏体充填的特点
膏体充填最早是1979年在德国格伦德金属矿发展起来的；国内金川有色金属公司1989年开始试验膏体充填；膏体充填已经在世界金属矿山开采和尾矿处理等方面得以比较广泛的应用，一年一度的世界膏体充填研讨会已经召开13次。

国内外金属矿山膏体充填技术研究成果，对我国煤矿发展膏体充填有重要参考借鉴价值，但是，以解放“三下一上”压煤为主要目的的煤矿膏体充填与金属矿山膏体充填有重要的区别。

与金属矿山膏体充填比较，解放“三下一上”压煤的煤矿膏体充填开采主要特点是：
（1）充填的主要目的是减沉。

（2）充填与采煤同在一个工作面，充填体构筑方法不同于金属矿山，煤矿需要发展专门膏体充填隔离支架。

（3）充填材料强度性能要求不同，煤矿充填以后数小时后就要求充填体承载，否则，影响采煤面产量。

（4）煤矿膏充填原料主要是煤矸石、坑口电厂低质粉煤灰等，材料品质差，质量波动大。

2 膏体充填采煤的关键技术
2.1 膏体充填岩层控制规律
膏体充填改变了垮落法采场矿压规律，正常膏体充填直接顶板不垮落，老顶不出现周期性破断，采场相当于移动的开切眼，顶板只有裂缝带和弯曲下沉带，甚至只有弯曲下沉带。

膏体充填采煤控制地表沉陷的关键是控制好工作面采煤区和待充填区上方的直接顶板和下位基本顶板。

膏体充填采煤可以利用直接顶板下沉预计地面开采沉陷。

2.2 膏体充填材料
（1）膏体充填材料早期强度是指充填材料8h～1d龄期抗压强度。

早期强度的作用：保持充填体自稳定；支撑直接顶板岩石重量；适应老顶变形的附加应力。

（2）膏体充填材料后期强度是指28d强度。

支撑上覆岩土层重量。

膏体充填体依靠的是密实度、三向抗压强度，而不是单向抗压强度支撑上覆岩土层重量；厚煤层假顶或假底作用，控制支架插入量。

（3）膏体胶结料。

SL膏体胶结料为一种以钢厂水淬渣为基材的复合材料，具有早期强度高、亲泥特性好等特点，可以和各种含泥高的低质充填原材料良好凝固，为膏体充填面快速推进创造了条件。

2.3 煤矿膏体充填工艺
我国煤矿企业已经初步形成了一套适合煤矸石膏体充填工艺技术，主要特点是：
（1）采用批次搅拌，搅拌电流监测等，保证每批次料浆在允许变化范围内，不合格料及时处理，适应煤矿膏体充填原材料质量波动大的需要。

（2）逐渐引入膏体输送管道状态监测与控制，提高了系统保障与事故快速处理能力。

（3）开发出煤矿膏体充填计算机控制系统和特殊管件产品。

膏体充填采煤工艺为采用整体式充填液压支架时，膏体充填采煤过程：采煤—充填—凝固；采煤—隔离—充填—凝固，为了提高产量，通常布置2个工作面轮采。

3 膏体充填采煤技术应用前景
随着我国社会经济的飞速发展，铁路、城镇和工业占地面积迅速增加，“三下”压煤量上升的势头十分强劲。

利用煤矿固体废弃物进行井下充填，可以避免地面排放造成的环境污染，同时可以减少地表沉陷，是解放“三下” 压煤的重要
途径。

煤矿膏体充填主要应用于“三下一上”，效益体现在：（1）扩大开采范围，提高采出率，多回收煤炭资源；（2）沿空留巷，节省巷道掘进与支护费用；（3）变短壁条带面为长壁膏体充填工作面，并可以实行往复式开采，减少工作面搬家次数和搬家距离，节省工作面搬家费用；（4）相对节省准备开拓巷道工程与费用；（5）减少固体废物堆放占用土地和处理费用；（6）减少排水费用；（7）减少底板注浆改造底板钻孔工程量和工程费用；（8）有效防止采空区漏风、自燃，方便瓦斯治理，节省相关安全工程费用。

随着人们对环境保护和可持续发展认识的提高，“绿色开采”、“洁净生产”和“绿色矿区”已成为当前的研究热点。

膏体充填采煤在4个方面凸显出优势：充填骨料可以就地取材，以煤矸石和粉煤灰作充填骨料，既解决了充填原料的来源，又可降低充填成本，减小固体废弃物污染；井下充填不需脱水或微量脱水，工作面充填工序简单，井下污染小；充填体早期强度高，有利于对覆岩的有效控制和机械化采煤的快速推进；充填成本低。

膏体充填采煤技术实现了矿山开采无废无害、资源开发安全高效，是矿山实现全面绿色开采的有效途径。

尤其是当前“三下”采煤越来越受到人们关注和重视的情况下，膏体充填采煤在技术和经济方面的优势必将愈显突出。

4 结语
总之，随着社会的发展需要，我国煤炭开采已经由最初的追求产量到现代的保护性开采转变，膏体充填开采技术作为一种绿色的、保护的采矿技术，不仅有效的解决了“三下一上”的开采问题，而且也使固体废物得到了充分的利用，实现了变废为宝的转变。

不仅促进了煤炭行业的经济发展，也有效的保证了煤矿企业的环境，真正实现了经济与环保的共赢。

相信在未来的煤炭工业的发展过程中，膏体充填技术将会在煤矿充填开采中发挥出更加重要的作用。

参考文献：
[1]邹友峰，邓喀中，马伟民.矿山开采沉陷工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2]郭振华，周华强.村庄下膏体充填采煤控制地表沉陷的研究[D].徐州：中国矿业大学，2008.
[3]刘明.膏体充填开采控制地表沉陷影响因素研究[D].青岛：山东科技大学，2008.。