综合机械化固体充填采煤技术研究进展

樊克强

【摘  要】为了响应国家的号召，提高煤矿的资源回收率，有效保护水资源不被破坏，地表不产生塌陷，杜绝煤矿开采后采空区大面积悬空所遗留的诸多安全隐患，综合机械化固体充填采煤技术开始得到较多关注。根据充填采矿的发展历程和工业性应用实践表明，此技术具有提高回采率和减少生态环境破坏的应用价值，实现绿色开采。同时采空区的充填密实度可达95%，与非充填的综合机械化采煤比较，经济效益十分显著，具有较高的应用价值，值得在煤矿领域大力推广。

【关键词】综合机械化固体充填;采煤技术;研究进展;应用价值

前言

随着社会的不断进步和发展，对能源的需求量也越来越高。研究表明，每年由于煤炭开采塌陷土地面积约4万百米平方左右，目前，受煤炭開采下沉影响的土地面积达60万百米平方左右，直接造成的经济损失约20亿元[1]。面对这种现状，必须采取高效、合理、安全的采矿技术才能减少经济损失。本文主要研究综合机械化固体填充采煤技术在实际运用中的效果。具体结果如下：

（一）综合机械化固体充填采煤的难点

1.采煤工作面快速移动

煤工作面撤面铺面的距离要求：支架后面的金属网落在底板上，支架前面的金属网垂到底板上，一般提前8-10米铺网可以达到上述要求，注意移架时金属网会移动。

2.采空区顶板随采随垮

（1）采煤工作面前方煤壁一端支承着工作面上方裂隙带及其上覆岩层的大部分重量，即工作面前方支承压力远比工作面后方大。

（2）由于采煤工作面的推进，煤壁和采空区冒落带是向前移动的，因此工作面前后方支承压力是移动支承压力。

（3）由于裂隙带形成了以煤壁和采空区冒落带为前后支承点的半拱式平衡，所以采煤工作面处于减压力范围。

3.水平层状矿体结构

（二）综合机械化固体充填采煤技术介绍

1.液压支架对比

2.液压支架支架受力与主动力控顶原理

固体充填液压支架与传统综采支架相比较，必须强调以下三个特点：（1）在同样地质开采条件下充填支架的支撑能力设计必须大于综采支架。（2）充填支架后顶梁的支撑强度要大于前顶梁。（3）充填支架的初次承受力即为额定工作能力，工作面供液系统必须能适应这一新的液压支架动力控制要求。

3.充填液压支架的优点

（1）保护工作人员的安全。从充填支架结构图可以看到，由指甲的前后顶梁挡住了顶板岩石的垮落，与传统综采液压不同的是采空区已被充填物支撑不会随采随垮，因而可不设掩护斜梁[2]。

（2）掩护采煤工作面机械化作业。虽然支架还要具备保护采煤作业面全空间稳定性的功能，但由于没有周期来压等矿压显现现象，维护端面顶板和煤壁稳定变得简单易操作了。

（3）维护工作面风流畅通。与综采工作面比较，由于后顶梁呈水平支撑状态，工作面有效通风断面已大大增加。另外，采空区已被密实充填，不用再考虑工作面漏风的现象[3]。

（4）掩护充填作业面有两项基本要求，一是有足够高的充填空间，即后顶梁要求尽量保持水平角;二是维护充填输送机正常工作，需要让输送机保持平直状态，即架与架之间后顶梁尽可能保持在相同的倾角平面内。

（三）综合机械化固体充填采煤的应用分析

1.上河煤矿基本概况

2.上和煤矿位于陕西省榆林市榆阳区牛家梁常乐堡村上和自然村，是上河实业集团下设的煤矿，在1994年正式启动，1997年4月建成投产，在发展前期就取得了卓越的成绩，2008年煤矿的核定生产力就达到了一年三十万吨的产量。五年后也就是2013年，上河煤矿的的核定生产力直接翻倍，达到了一年60万吨的产量[4]。上河煤矿地处毛乌素沙漠南缘，毛井田面积2.977平方公里，现有地质储量1141.7万吨，可采储量479.7万吨，剩余服务年限约7年。煤矿现证照齐全，为正常生产矿井。

3.上河煤矿使用综合机械化固体充填采煤技术的应用价值

近年来，煤矿开采一直与绿色环境、城市发展、水资源保护的问题相矛盾，制约着企业的发展。如何在煤矿开采经济发展的情况下不破坏环境，是煤炭行业应该思考的问题。上河煤矿针对这一目的，采用了充填开采技术，即向煤矿采空区输送沙石、粉煤灰等填充材料，在固体充填的前提下进行采煤[5]。充填开采技术响应了国家号召，符合绿色开采技术理念，将环境破坏率降到最低，提高回采率，更延长了矿井服务年限，提高资源回收率。解决了固体废弃物丢弃问题，实现了绿色开采。

上河煤矿起初启动充填开采技术后，经历了长时间的建设、调试期后，针对原材料的配比、机械设备及工艺的配套进行了无数次试验，在2017年8月底成功试充填了5个条带。一个月后，上河煤矿邀请专家亲临充填试验现场查看工作，并对现有的充填方案进行的审计和调整。2018年1月，上和煤矿根据充填开采过程中遇到的具体问题，针对条带开采数、开采回填工艺等大大小小的问题做出了适当调整[6]。

煤炭开采坚持的首要原则就是坚持“生态环保型”理念，把对生态环境造成的损失降到最低。煤炭行业的最高层次就是不仅不破坏生态环境，更重要的是主动积极改善环境。上和煤矿采用的充填开采技术，就达到了最高层次。不仅延长了矿井服务年限，对当地的经济、就业、税收与人民群众的生活稳定都起到良好的作用。

结语

综上所述，应用充填开采技术，在更加安全的前提下，提高了回采率，并有效保护了水源地不受破坏、地表不产生塌陷、杜绝了煤矿开采后采空区所遗留的诸多安全隐患，同时也相对地提高了煤矿的经济价值，也为地方带来了一定的社会效益，值得大力推广。

参考文献：

[1]武鹏飞.综合机械化固体充填采煤一体化技术[J].山西冶金，2019，42（03）：100-101.

[2]王珏浩.综合机械化固体充填采煤技术研究进展[J].能源技术与管理，2019，44（02）：95-96.

[3]刘冬强，高伟明，陈旭，侯鑫.综合机械化固体充填采煤方法与技术应用[J].山东工业技术，2019，36（10）：102.

[4]陆文广.综合机械化固体充填采煤方法与技术应用[J].机械管理开发，2019，34（01）：233-234.

[5]田志勇.综合机械化固体充填采煤一体化技术探究[J].能源与节能，2019，96（01）：109-111.

[6]高朝.综合机械化固体充填采煤一体化技术研究[J].机械管理开发，2018，33（11）：263-264.

（作者单位：山西乡宁焦煤集团毛则渠煤炭有限公司）