充填采礦技術在煤炭開采中的應用

楊彥偉

摘 要：當前，煤礦企業(yè)在煤炭開采過程中普遍應用充填采礦技術，不僅提高了煤炭資源開發(fā)利用水平，而且能夠有效改善礦區(qū)環(huán)境，實施充填采礦技術，是可以將對生態(tài)環(huán)境、安全生產、水土資源和基礎設施等影響限制在可控范圍內的綠色開采技術，可以大幅減少長期受制于居高不下的成本。文章以山東能源新礦集團翟鎮(zhèn)煤礦應用充填采礦技術為例，深入分析煤炭企業(yè)充填采礦技術在煤炭開采中的應用。

關鍵詞：煤礦企業(yè);充填采礦;新工藝;新技術;采礦方式

中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）08-092-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.046

一直以來，山東能源新礦集團翟鎮(zhèn)煤礦（以下簡稱翟鎮(zhèn)煤礦）十分關注和重視采礦充填工作，在充填采礦技術研發(fā)方面，先后研發(fā)設計了攪拌一體充填應用泵、混凝土充填應用泵機等十余種充填采礦應用設備，為持續(xù)開展煤礦采礦充填技術的應用，滿足無廢料排棄礦山采礦創(chuàng)造有利條件。

近年來，翟鎮(zhèn)煤礦不斷加大科技投資力度，以完善技術工藝、降低成本、提高效益為出發(fā)點，先后開展高層建筑物下膏體充填開采、承壓水下保水充填開采、速凝劑材料等技術研究，對充填過程所用的裝備進行攻關，不斷提高充填工藝系統(tǒng)的可靠性和適應性。

1 充填采礦技術特點

翟鎮(zhèn)煤礦應用充填采礦技術時，采用了管道運輸充填技術，管道運輸充填技術不損傷模板，改變了以前用斗車運輸?shù)姆绞?，降低了勞動強度。根?jù)實際充填數(shù)據(jù)中分析發(fā)現(xiàn)，采用管道運輸充填技術后，節(jié)能方面帶來的收益巨大，混凝土攪拌拖泵（攪拌泵送一體機）的澆筑效率高煤礦充填泵，每小時攪拌并輸送混凝土12m3～15m3，輸送距離更高、更遠，細石混凝土泵解決了傳統(tǒng)爬山虎輸送距離和高度的局限性，特別是采用了二次構造柱泵，技術成熟，質量可靠，解決了傳統(tǒng)爬山虎和攪拌機吊機容易出現(xiàn)安全事故的問題。井下煤炭管道運輸技術實施過程中，煤礦企業(yè)地下礦山充填技術不僅提高了礦山的綜合生產能力，降低了充填成本，而且改善了井下的生產環(huán)境[1]。

翟鎮(zhèn)煤礦在管道運輸充填技術應用過程中，采用管道充填技術，切實解決了充填物在輸送使用過程中存在的問題，有效提升企業(yè)安全效率，使管道運輸成為充填技術應用“聚焦突破”的重點。管道充填技術采用鉛鋅礦混凝土輸送泵，滿足建設的供應需求，鉛鋅礦用混凝土輸送泵提高操作智能化，減少噪聲和震動。一般采取小型混凝土泵及斯寶分動箱設備，這一設備提供了專業(yè)技術的大傾角、弧形料斗，料斗采用全新雙層弧形結構設計，結構剛度好，減少了積料區(qū)，混凝土在料斗內流動性得到改善，新型夾布橡膠輸送活塞，為普通聚氨酯活塞使用壽命的2～3倍，高效能，經久耐用，小型混凝土泵集行駛、泵送、布料于一體，泵送強勁，充填能力強，可以適應不同礦區(qū)的料石情況，輕松輸送各種自拌料。

煤炭企業(yè)小型混凝土泵時，采用獨特的雙油箱設計，油泥處理輸送泵使用維護成本更低、性能大幅提升、全液控液壓系統(tǒng)省去電控信號的中間環(huán)節(jié)，大大提高整套設備運行可靠性。小型混凝土泵的應用可以保障充填時高效，布料更加方便，施工范圍大幅擴大，適應性廣，并擁有自動退活塞功能，能夠快速退活塞，防混凝土輸送泵產品維護更換方便。采用混凝土泵充填泵時，要按巷道布置情況采吊架、托架或沿巷道底板敷設，每隔500m或在管道邊坡處低點均設dn100泄?jié){閥，以便停止注漿或管路檢修時將管道中漿液排空。

2 翟鎮(zhèn)煤礦充填采礦技術動能應用特點

翟鎮(zhèn)煤礦對攪拌機輸送泵進行了全新升級，新平臺設計實現(xiàn)高度統(tǒng)型優(yōu)化，借用攪拌機輸送泵系列機罩和系列駕駛室，實現(xiàn)了統(tǒng)型，同時產品造型也更加美觀，技術更加先進。

翟鎮(zhèn)煤礦的小型混凝土輸送泵車，采用了專用的機械傳動系統(tǒng)、發(fā)明專利變功率控制、手自一體變速箱換擋系統(tǒng)、裝配式等核心技術，有效提高自主創(chuàng)新能力，打破了西方在節(jié)能降耗技術領域的壟斷地位。翟鎮(zhèn)鐵礦使用混凝土輸送泵故障率更低，控制更可靠，機器組裝簡單，生產成本低。翟鎮(zhèn)煤礦緊緊依托自身充填技術和專業(yè)優(yōu)勢，將充填開采作為公司轉型發(fā)展的主攻方向，大力拓展充填開采內外部市場。

翟鎮(zhèn)煤礦在充填技術應用過程中，切實解決了充填物在輸送使用過程中存在的問題，有效提升企業(yè)安全效率，使送采技術成為充填技術應用“聚焦突破”的重點。

3 翟鎮(zhèn)煤礦充填采礦回填應能技術特點

煤炭企業(yè)使用小型混凝土泵，采用了獨特的雙油箱設計，油泥處理輸送泵使用維護成本更低，性能大幅提升，全液控液壓系統(tǒng)省去電控信號的中間環(huán)節(jié)，大大提高了整套設備運行可靠性。受限于現(xiàn)有充填開采工藝，多面交替生產是提升回采效率的有效措施。對采區(qū)工作面數(shù)量的要求，意味著礦井實施充填開采技術，只能降低礦井實際生產能力，降低生產效率。

現(xiàn)代化的充填站裝備有各種電子設備和機械設備，以利于生產所需的充填材料。這種充填站一般都是地表設施，設置在礦山選礦廠內或其附近，以利于選礦廠供應充填站制造充填料所需的組分。各充填站的設計一般都很相似，而且制造流程所需的各種設備，包括泵、閥、流量計、濃度計和膠結計量裝置等，都已使用電子控制。受控于電子技術的發(fā)展，在充填采礦過程中，膠結劑材料和混合漿體濃度的劑量控制，都是保持充填料質量的最重要因素[2]。為保證煤礦企業(yè)礦產資源的正常需求，必須發(fā)展綠色采礦模式，無廢料采礦技術已納入我國中長期科技發(fā)展規(guī)劃，而礦山固體廢料充填采礦工藝是綠色采礦的主體支撐技術，無廢、少廢采礦工藝技術的創(chuàng)新及其技術的工程化集成配套，將成為礦山技術的主要發(fā)展方向。

翟鎮(zhèn)煤礦自矸石返井充填開采項目聯(lián)合試運轉以來，通過設備調試、優(yōu)化工藝等有效手段，目前已具備日充填矸石、煤泥等礦井廢棄物噸位能力，大大節(jié)約了排矸、矸石存放等各類生產成本，實現(xiàn)了綠色、科學可持續(xù)發(fā)展和經濟效益、社會效益的雙提升。采后充填開采獲得成功，煤矸石和發(fā)電爐渣充填采空區(qū)，污染環(huán)境問題得到解決。充入采空區(qū)的膏體凝固后支撐頂板，充填開采工作面采后頂板不垮落，采面采動壓力由充填體和四周煤巖體共同承擔，有效分散頂板壓力，較少應力集中。同時，可以減小頂板運動強度，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，提高安全系數(shù)。用工業(yè)固體廢棄物置換煤炭，用體積換體積，先將地面矸石山矸石通過破碎加工，添加定量的粉煤灰通過地面投料井輸送至井下矸石倉，散裝水泥用礦車經六采地面斜井運至井下水泥倉。在井下按比例混合，通過運料皮帶輸送至井下充填泵站，添加一定量的水，通過攪拌機進行攪拌，在井下加工成膏狀漿體，利用充填泵通過管路輸送到工作面采空區(qū)，形成以膏體為主的覆巖支控體，置換出煤炭，從而解決地表下沉、建筑物損壞的問題，實現(xiàn)資源回收的最大化[3]。

4 結語

煤礦資源開采時容易出現(xiàn)污染，引發(fā)泥石流、尾礦潰壩等事故，其原因主要來自于開采礦產資源時產生的廢料均堆放在地表。如今，人們環(huán)保意識逐漸增強，既要開采煤礦又不能污染環(huán)境，于是充綠色礦技術得到了廣泛應用，綠色采礦技術的基礎技術就是充填采礦技術。為了加快煤炭企業(yè)充填采礦產業(yè)的快速發(fā)展，翟鎮(zhèn)煤礦不斷擴大充填采礦產業(yè)規(guī)模，形成以膏體充填、原矸充填、管道充填和相關設備材料加工制造為主的產業(yè)鏈，打造資源開采型企業(yè)。礦井充填開采項目是煤炭企業(yè)一項效益工程、長遠工程，是煤炭企業(yè)延長礦井服務年限的生命工程，也是一項減少土地占用和污染排放的環(huán)保工程，積極探索實踐礦井充填開采技術，符合企業(yè)的長遠發(fā)展規(guī)劃。

參考文獻

[1] 解世俊.充填采礦技術在煤炭開采中的應用分析[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 古德生，李夕兵.充填采礦的科學技術[M].北京：冶金工業(yè)出社，2006.

[3] 周愛民.礦山廢料膠結充填應用技術特點分析[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.