充填开采技术在突出矿井的应用

关键词：关键词：充填开采 工艺特点 经济效益 
目前我矿受突出及冲击地压影响，各采面生产均受阻，为缓解我矿生产接替被动局面，保持生产稳定，下一步将研究充填开采技术，为了更好的了解绿色开采技术，我矿专门派技术人员到兄弟矿井考察学习，并将了解到的绿色开采技术做如下总结：
1.煤矿绿色开采技术的发展现状
煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术，在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源。 目前全国煤矿井下“三下”开采技术较为成熟的技术有离层注浆、条带式开采、充填开采三种技术，其中离层注浆、条带式开采技术不能有效控制地表下沉，充填开采是近期研究较多也是较好控制地表下沉的一种绿色开采技术。充填开采根据目前的研究来看，有超高水材料充填技术、似膏体自流充填技术、矸石充填技术三种。
2.几种充填技术
（1）超高水材料充填技术
①充填工艺
充填工艺采用水力泵送挂包充填，基于充填材料的特点，充填工艺系统不需要复杂的前期材料加工与准备等环节，只需要管路、搅拌与泵送等系统就可以形成完整的充填系统。
②工艺特点
该材料由A、B料和A-A、B-B添加剂构成。该材料具有水用量超高，在充填固结体中固体粉料用量较少，可降低井下固体物料运输量，特别适用于井下大体积空间诸如采空区的大型充填工程。该材料在水体积达95%~97%的情况下，仍可百分之百固结，且固结体不会收缩，能够适于井下采挖工程空洞的充填工作。
（2）似膏体自流充填技术
①工艺介绍
该技术充填骨料为破碎后的煤矸石，胶凝材料为普通硅酸盐水泥，管道输送性能改良剂为粉煤灰和减水剂。上述各料在搅拌桶中加水进行高速搅拌，形成高浓度的浆体沿充填钻孔和管道自流输送至待充填采空区进行充填。
②工艺特点
利用固体废料煤矸石作为骨料，添加水泥、粉煤灰、减水剂，形成似膏体管道自流充填置换保安煤柱、仰斜充填采空区的大规模工业利用；具有显著的技术优点：
a该技术实现了城镇下煤柱开采时，形成似膏体管道自流充填置换保安煤柱、充填采空区的大规模工业利用，既解决了煤矸石地面堆放严重污染环境、占用土地的难题，又限制了岩层移动，提高了资源回收率，经济效益、社会效益和环境效益显著。
b所形成的胶结充填体浓度高，流动性能好，呈似膏体状态，通过管道自流输送到采空区，有效解决了采空区自然发火、老空水、底板水、有害气体等隐患，又限制了岩层移动。
c首次提出充填开始时，先加粉煤灰、水泥、减水剂，形成高密度悬浮液后，再加入煤矸石的料浆制备程序，较好地解决了煤矸石在搅拌桶和管道中容易沉淀的技术难题。
（3）矸石充填技术
①工艺简介
将地面矸石、粉煤灰、黄土等单一固体废弃物或者几种充填物以合适的比例混合后，通过井上下大垂深投料系统、井下运输系统运至工作面，再通过充填开采输送机充填到长壁工作面采空区内，由夯实机进行夯实，置换出煤炭资源，从而达到解放“三下”压煤并控制覆岩运动及地表沉陷的目的。
②工艺特点
长壁综采充填采煤技术充填系统相对简单，机械化程度高，充填效果好，可处理的矸石、粉煤灰等固体废弃物量大。
3.技术比较
目前全国较为成熟的充填开采技术中超高水材料充填技术前期及后期投入较多，只在炮采上应用成功，另外不能达到高产高效的要求；似膏体自流充填技术也只在炮采或高档普采上应用成功，而矸石充填技术已经在综采上成功应用。根据我矿的地质条件，能够采用一次采全高综采技术，不需分层开采。综合以上因素，选择矸石充填技术作为我矿绿色开采技术。
4.在我矿的应用
以高皇保护煤柱和工业广场保护煤柱为例，将该技术在我矿进行了实践应用。
①地质条件
煤层赋存稳定，该区段赋存己15煤层、己16-17煤层，己15厚度平均3.3米，己16-17煤层平均厚度1.5米，倾角8°左右，区段煤层圈定储量99.4万吨，其中己15煤层储量73.2万吨，己16-17煤层储量26.2万吨，该区段受ｆ2断层影响，ｆ2断层在该区段东面分叉，落差0～30米，其中一段将该区段煤层分开。
②技术条件
a开采煤层顶底板工程地质特征：己15煤层原始煤体直接顶为厚约3.2米的砂质泥岩，老顶为厚约12.5米的灰白色砂岩及粉砂岩，底板厚约0.7米深灰色泥岩和厚约 6.0灰色砂质泥岩及细沙岩；再下为厚约1.8米的己16-17煤。
b瓦斯：本区域无煤与瓦斯突出危险。
c煤尘：煤尘具有爆炸危险性。
d煤的自燃：煤层自燃发火期为3～6个月，为自燃煤层。
e地温：地温无异常。
③经济效益
经过精心核算，整个充填工艺所耗费用包括：开采设备投入费用，约合2238.2万元,合8.181元/t；充填开采工程费用，约合990.2万元，合2.4755元/t；增加工人费用15.667元/t；地面变形的补偿费用19.229元/t。综上分析可知，充填开采增加成本为：8.181+2.4755+15.667+19.229＝45.553(元/t)。两块段采面（高皇保护煤柱布置三个己15煤层采面，工广保护煤柱布置两个己15-17上分层采面）可采出112.9万吨，吨煤成本301.15元，吨煤售价542.4元（参照我矿2011年平均数据），扣除成本及赔偿后经济效益总额112.9×（542.4-301.15-45.553）=22094.19（万元）。
参考文献：
[1]杜计平.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009
[2]刘同有.充填采矿技术及应用[M].北京：冶金工业出版社，2010