充填采煤技術(shù)的推廣和應(yīng)用分析

成衛(wèi)軍

(陽城陽泰集團(tuán) 義城煤業(yè)有限公司，山西 陽城048104)

1 充填采煤工藝簡(jiǎn)介

1.1 固體充填采煤

固體充填采煤是利用洗煤廠的矸石和電廠的粉煤灰通過投料管直接投入到井下，用膠帶機(jī)運(yùn)到工作面機(jī)尾，通過充填輸送機(jī)運(yùn)送到工作面采空區(qū)，充填采后空間。為提高對(duì)頂板的支撐強(qiáng)度，支架后部安裝有夯實(shí)機(jī)構(gòu)，使松散的充填材料形成一個(gè)整體，控制采后頂板的下沉。

1.2 矸石膏體充填采煤

矸石膏體充填采煤是先把大塊矸石破碎加工，然后把矸石、粉煤灰、專用膠結(jié)料和水等4 種物料按比例混合攪拌，制成膏體漿液，再通過充填泵把膏體漿液輸送到井下充填工作面，充填由液壓充填支架和輔助隔離措施形成的封閉采空區(qū)空間。

1.3 煤矸石似膏體自流充填采煤

似膏體充填是將煤矸石破碎后，篩選出粒度合格的矸石運(yùn)送到地面制備站，在地面充填制備站將水泥、粉煤灰、煤矸石加水制成質(zhì)量濃度為72%～75%的膠結(jié)充填料漿，通過充填鉆孔和井下充填管道輸送至井下待充填的采場(chǎng)。

1.4 高水材料充填采煤

高水材料充填是將A 料、B 料制成漿體，通過各自的泵送系統(tǒng)輸送到工作面副巷，以一定比例進(jìn)行混合后，流入工作面采空區(qū)進(jìn)行充填。

2 充填系統(tǒng)組成

各充填采煤方法由于使用材料、充填工藝不同，系統(tǒng)組成也是不同的，一般都是由制備系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和工作面充填系統(tǒng)組成。固體充填系統(tǒng)主要由矸石倉、粉煤灰倉、鉆孔、井下儲(chǔ)料倉、輸送系統(tǒng)、充填輸送機(jī)，充填支架等組成。采用ZZC4800/16/32 型充填液壓支架，具有搗實(shí)機(jī)構(gòu);后輸送機(jī)懸吊在支架后尾梁下，采用SGB630/150C 型中槽開天窗式充填輸送機(jī)。膏體充填系統(tǒng)主要由矸石破碎系統(tǒng)、配比攪拌系統(tǒng)、管道泵送系統(tǒng)、檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、鉆孔、充填支架等組成。

3 充填材料

充填材料及配比的選擇對(duì)充填開采來說是至關(guān)重要的，充填材料的就近取材可以大大降低成本，減少礦井固體廢棄物的排放，改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色開采;合理的配比可以有效地保證充填體的強(qiáng)度，滿足采礦工藝要求，同時(shí)也便于加工、輸送，簡(jiǎn)化施工工藝。固體充填主要由矸石、粉煤灰、水3 部分組成，充填材料的含水率為13%，充填體的強(qiáng)度可以達(dá)到24 MPa。矸石膏體充填材料由膠結(jié)料、粉煤灰、煤矸石和水組成，質(zhì)量濃度控制在80%以上。通過對(duì)固化劑的不斷改進(jìn)，目前已經(jīng)做到可泵時(shí)間2.5 h，初凝時(shí)間4 h，很好地滿足了工作面采充循環(huán)作業(yè)的需要。高水充填材料由A，B 兩種物料組成。A 料主要以鋁土礦石膏等獨(dú)立煉制并復(fù)合超緩凝分散劑構(gòu)成;B 料由石膏、石灰與復(fù)合速凝劑構(gòu)成，水占體積比的95%～97%，強(qiáng)度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以滿足井下充填要求。

4 地表變形分析

充填采煤的目的是控制地表變形在允許范圍內(nèi)，成功采出煤炭資源，既要保持較高的采出率和生產(chǎn)規(guī)模，又要最大限度地減少覆巖和地表沉陷變形，使建筑物得以完好地保存和使用。一般都要求建筑物損壞程度控制在I 級(jí)范圍以內(nèi)，使得地表幾乎不變形或者變形十分微小，對(duì)當(dāng)?shù)刈舻姆课莺凸さV企業(yè)產(chǎn)生輕微影響、甚至不影響，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 投資資金概算

從初期投資情況來看，固體充填、膏體充填和似膏體充填3 種方式，由于均需要建造地面充填制備站、打鉆孔，初期投資都在2 000 萬元以上;尤其是膏體充填基建工程復(fù)雜，設(shè)備較多，初期投資較大。高水充填因沒有地面充填站，不用打鉆孔，初期投資最少。

6 充填成本比較

實(shí)行充填開采的目的是為了提高資源采出率，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。從應(yīng)用情況來看，充填采煤給各礦帶來了豐厚的利潤(rùn)，由于煤炭?jī)r(jià)格、采煤成本、充填成本的不同使取得的效益不同。由于受煤炭?jī)r(jià)格的限制，充填采煤最近幾年才得以推廣應(yīng)用，所以充填成本是決定充填采煤方法應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

7 充填方法的特點(diǎn)

充填采煤方法都有其鮮明的特點(diǎn)，礦井要根據(jù)自身實(shí)際情況選擇應(yīng)用，以追求更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。固體充填、膏體充填和似膏體充填都使用大量的煤矸石、粉煤灰作為骨料，適于產(chǎn)生大量煤矸石和粉煤灰的礦井;膏體充填使用了水淬爐渣作為膠結(jié)料，適于附近有鋼廠的礦井。

8 充填采煤的社會(huì)效益

充填采煤技術(shù)的成功應(yīng)用，引發(fā)了煤炭開采工藝新的變革，有著深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。采用充填開采，通過完全接頂將采空區(qū)充實(shí)，能有效解決原來的頂板垮落、采空區(qū)回風(fēng)、超前壓力、底板突水等問題，作業(yè)環(huán)境的安全程度得到極大提高;充填以后形成的以充填體為主的覆巖支控體系，能夠有效控制地表開采沉陷在建筑物允許值范圍內(nèi)，提高煤炭資源采出率，實(shí)現(xiàn)不搬遷采煤，充分解放村莊建筑物下、鐵路下、水體上下煤炭資源，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限;充填開采消耗了大量的煤矸石、粉煤灰等工業(yè)廢棄物，減少了占地和對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)了煤炭工業(yè)的循環(huán)發(fā)展。

9 結(jié)語

隨著煤炭企業(yè)的迅猛發(fā)展，資源儲(chǔ)量不足和環(huán)境污染的問題越來越突出，嚴(yán)重影響著企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為此，將采取充填采煤的方法，集中大批專業(yè)技術(shù)人員，積極與科研院校合作，成功應(yīng)用了綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)、矸石膏體充填技術(shù)、煤矸石似膏體自流充填技術(shù)和高水材料充填技術(shù)等多種充填采煤的方法，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。