试论综合机械化固体充填采煤一体化技术

闫建宙

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司，山西临汾 042100）

试论综合机械化固体充填采煤一体化技术

闫建宙

（山西乡宁焦煤集团有限责任公司，山西临汾 042100）

确保“三下”压煤技术被解放，确保矿井采出率提升，以便将绿色矿山开采的现代化目标实现，使综合机械化固体充填采煤一体化技术更好的推广和应用，就需要围绕这一技术的发展历程出发，探讨技术应用目标与应用难点，以确保应用的有效性。

综合机械化；固体充填；采煤一体化；发展历程；目标；难点

1 关于发展的历程

充填采矿法最早始于非煤矿山的井下处理以及矿井废料排气等，而充填采矿无论是在国内的金属矿山中，还是在国外的金属矿山中均有着悠久的应用历史，随着技术经验的不断积累，从最开始的水砂充填—胶结充填—膏体充填—高水材料充填等，每一种充填技术均是技术水平不断提升的产物，因而都有着较好的使用效果。

近些年以来，为了将国内煤炭资源大规模开发所造成的环境、资源等冲突问题解决，为了实现煤矿行业在国内高效、安全及绿色的开采，我们在原有的充填煤岩层相关控制理论和技术实践的基础上，进一步研发出新的一种更契合当代矿井开采需求的综合机械化采煤技术-综合机械化固体充填采煤一体化技术，其主要是在机械化手段的应用下实现对矿区建筑垃圾、矸石以及粉煤灰等固体废弃物的充填密实采空区作业，并在岩层移动目标得到良好控制的情况下，将煤炭资源采出，尤其是那些使用传统技术难以实现回收的煤炭资源，诸如：水体、建筑物以及道路等“三下”中蕴藏着的边角煤柱、压煤等，此外这一技术的应用在一定程度上还能够对大规模煤矿开采区所涉及到的生态环境以及水资源等进行保护。就我们当前了解到的信息来看，这一技术已经被广泛应用到松散含水层、密集建筑公路群以及大型水体等下端，且取得的应用效果非常好。

2 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。

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。

3 综合化利用

3.1 关于系统的布置

从图1能够对综合机械化固体充填采煤一体化技术有一个大致了解，其主要作用的对象是以地面建筑垃圾、矸石以及粉煤灰为主要的固体废弃物作为充填的材料，是在投放输送系统或者固体物料连续输送等系统的利用下，将固体废弃物运输到矿井下，随后在带式输送机的应用下，输送到采煤充填工作面，最后通过充填采煤一体化液压支架、刮板充填输送机等设备将采空区充填和压实作业完成的过程。这一工作流程妥善解决了存在于充填采煤作业中的三个技术性难题，即密实充填、充填空间以及输送通道等。

图1 综合机械化固体充填采煤一体化生产系统布置

相较于传统形式的综合采煤工作面的布置而言，综合机械化固体充填形式的采煤工作面也不存在很大差异（如：图2所示），从图2可以看出，在采煤工作面后部也就是采空区的一侧是用于充填作业面的区域，随后在工作面上平巷的位置专门布置了一个固体充填物料输送带，其有助于将固体充填物料高效、安全的向刮板式输送机的位置传输。针对这样一种工作面布置的形式，我们结合已有经验认为这是非常合理的，有助于将采煤和充填保持在同一个工作系统中并同时作业的目标实现。

3.2 液压支架的应用

随着对综合机械化固体充填采煤一体化技术研究的愈加深入，想要在同一个工作面系统之中将采煤和充填这两项作业完成，就必须熟练的掌握液压支架的工作和应用流程（如图2所示）。经过不断的分析和研究我们发现，固体充填开采所处位置的采场矿压呈现出一定的规律性，针对这一情况我们首先将有关采场矿压的力学模型建立了起来，相较于传统形式的采煤被动受压机理来讲，其有力揭示了充填采煤支架的主动支撑顶板性能，随后我们设计出新的一种能够对综合机械化采煤作业进行掩护，并不断充填密实固体废弃物作业的液压支架，其不仅能够保证煤炭作业开采的高效性，还能够确保采空区充填的密实性，以及各种工艺实施的安全性。

图2 充填综采工作面布置方式

从图3可以看出，充填和采煤一体化支架中所涉及到的顶梁，能够被划分成两个部分，一个是前顶梁，一个是后顶梁，相较于前顶梁而言，后顶梁支护的能力相对要大一些，因而前顶梁主要作用在采煤作业掩护方面，后顶梁则主要作用在充填作业中。一般情况下，为了提升支架后部的支撑性能，我们会将两根及以上的立柱安装在后顶梁的下设位置，这样一来固体物能够直接从后顶梁掩护的位置向充填通道或空间中充入。作为支架后部连接的一个整体，固体充填物在夯实机构的帮助下能够密实且高效的向采空区夯入，此时充填物的强度会高于2MPa，并且在一定程度上还能够根据地表层沉陷以及岩层移动的具体情况，对充填目标进行控制，以使最终的采空充填效率受到确保。

图3 采煤与充填一体化液压支架

4 总结

综上所述，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。

[1] 缪协兴. 综合机械化固体充填采煤技术研究进展[J]. 煤炭学报，2012，（08）：1247-1255.

[2] 黄艳利，张吉雄，杜杰.综合机械化固体充填采煤的充填体时间相关特性研究[J].中国矿业大学学报，2012，（05）：697-701.

[3] 张吉雄，周跃进，黄艳利.综合机械化固体充填采煤一体化技术[J].煤炭科学技术，2012，（11）：10-13+27.

[4] 缪协兴，张吉雄，郭广礼.综合机械化固体充填采煤方法与技术研究[J].煤炭学报，2010，（01）：1-6.

Discussion on the Integrated Technology of Comprehensive Mechanized Solid Filling and Coal Mining

Yan Jian-zhou

It is necessary to ensure that the “three down” coal technologies are liberated to ensure the improvement of mine production rate in order to realize the modernization goal of green mine mining，so that the comprehensive mechanization of solid filling and coal mining technology to better promote and apply，The development of this technology starting to explore the technical application of the target and application of difficult to ensure the effectiveness of the application.

integrated mechanized； solid filling；coal mining integration；development process；objective difficulty

TD823.73

B

1003-6490（2017）06-0018-02

2017-05-12

闫建宙（1976—），男，山西乡宁人，工程师，主要研究方向为煤矿技术管理。