充填采煤技术现状与展望.pdf

I SS N 1 6 712 90 0 CN 431 3 47 ／TD 采矿技 术第 1 1 卷第 3期 Mi n i ng Te c hn o l o g y，Vo 1 ． 1 1， No． 3 2 0 1 1 年 5月 Ma v 2 011 充 填 采 煤 技 术 现 状 与 展 望 许 家林 ， 轩 大洋 ， 朱卫兵 ， 1 ． 煤炭资源与安全开采国家重点实验室， 江苏 徐州市2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 中国矿业大学 矿业工程学院， 江苏 徐州市2 2 1 1 1 6 摘要 分析 了煤矿充填开采技术的特点， 介绍了 目前煤矿 充填开采技术现状 ， 包括 膏体 充填采煤技术、 矸石充填采煤技术、 高水材料 充填采煤技术、 部分充填采煤技术。在分析 充填采煤技术现状的基础上 ， 提出煤矿充填开采技术应着重解决充填采煤能力不足问题 。 即通过合理充填工艺模式的改进提高充填效率和充填能力。同时应深入研 究充填采煤岩 层移动与地表沉陷规律 ， 为充填采煤设计提供理论基础。 关键词 充填采煤； 岩层控制； “ 三下一上” 采煤； 绿色开采 充填开采是煤矿绿色开采技术体系的主要 内容 之一【 1 曲J ， 因其对岩层扰动小 ， 具有控制岩层移动与 地表沉陷的作用 ， 是解决煤矿 开采环境 问题和 “ 三 下一上” 建筑物下、 铁路下 、 水体下和承压含水层 上 压煤开采问题的有效途径 。充填采煤技术近年 来受 到 了广泛 关 注与 重 视 。虽 然我 国早在 1 9 6 0年代即开始 了水砂充填采煤 ， 但机械化程度与 生产效率较低 ， 缺乏对充填材料 、 充填工艺、 充填开 采岩层控制方面的系统研究。系统而有规模地进行 煤矿充填开采的理论研究与工业试验则是从近几年 开始的， 目前仍处于试验与发展之中。 本文从充填采煤技术特点 出发 ， 介绍了充填采 煤技术现状 ， 展望了未来充填采煤的发展前景。 l 充填采煤技术特点 1 ． 1 充填采煤技术特点 近几十年来 ， 充填开采在金属矿山的推广应用 获得长足进步， 但在煤矿还没有得到广泛使用， 这与 煤矿采用充填开采的特殊条件密不可分 。与金属矿 充填开采相比， 煤矿充填开采的特点主要表现在 1 采煤生产能力与充填生产能力均衡 问题。 众所周知 ， 充填开采 中， 采矿和充填互相制约， 不继 续采矿就无处充填 ， 不充填也就不能采矿， 使得 由采 矿和充填这两个作业环节组成 的回采作业大循环共 同决定矿井的开采。因此 ， 只有实现采矿和充填的 均衡 ， 充填技术才有生命力 ， 才会在矿 山有效应用 。 事实上 ， 采煤生产能力与充填生产能力均衡问 题非常突出 ， 即 目前充填生产能力与采煤生产能力 无法相匹配。与金属矿 山炮采工艺相 比， 煤炭地下 采矿法早就实现综合机械化， 即落煤 、 装煤 、 运煤 、 支 护和放顶五道工序全部采用机械化作业 ， 出现了工 作面年单产百万吨以上甚至千万吨的地下特大型矿 山。因此， 煤矿的充填技术必须适应高产高效 的发 展。但是 目前的充填能力一般无法与高产高效的采 煤技术相匹配。 2 充填材料供需均衡问题。金属矿山一般采 用掘进 废 石、 尾 砂 约 占矿 石 开 采 量 的 5 0 ％ 一 9 9 ％ 、 冶炼炉渣等废弃物作为充填料， 完全解决 了 充填材料供需均衡 的问题。同金属矿相 比， 煤矿 自 身工业废弃物 比例小 ， 煤矿 的矸石一般仅为煤炭开 采量的 1 5 ％左右 ， 采空区全部充填难 以解决充填材 料来源困难的问题。因此， 寻找丰富低廉的合适充 填材料满足回填空 间的要求 ， 解决充填材料供需均 衡问题是充填采煤方法成功应用的一个必要条件。 3 充填成本与采矿效益均衡 问题。充填开采 与其他开采方法相 比， 最大限度地采 出了地下煤炭 资源、 保证了安全生产 、 增加了矿山经济效益。但充 填开采需要增设充填设备 、 增加充填工序， 矿山必须 为此支出充填成本。 充填成本与采矿效益均衡问题就是 充填开采 中因充填而增加的经济效益能否抵消充填成本就 我国煤矿充填而言， 只有当充填成本小于因开采引 起 的土地破坏和村庄搬迁赔偿费用时， 充填成本 与 采矿效益才实现均衡 ， 充填技术才会在煤矿得到有 效应用。 研究表明 J ， 村庄每户压煤量越大 如厚煤层 许 家林 ， 等 充填采煤技 术现状与展望 条件 ， 充填 开采 较村庄 搬迁 开采 的适应 性越 差。 充填开采在薄及中厚煤层的密集建筑物条件下 此 时每户压煤量相对较小 的适应性要好 于在厚煤层 的非密集建筑条件 。 4 煤系地层 采后 岩层移动与破坏规律复杂 ， 充填作业时空受限。金属矿脉及其顶底板一般都属 于硬岩 ， 矿石被采出后 留下的地 下空 间在相 当长时 间内可以保持稳定 ， 因此 ， 其充填的空间非常规则和 完整， 而且充填的顶板岩体运动控制十分简单 ， 基本 可 以实现采矿与充填作业 的分离 ， 充填 与采矿作业 相互干扰相对较小 。而煤炭资源分布在层状沉积岩 层 中， 采用长壁垮落法开采时采空区覆岩随采随垮 ， 难 以维护充填所需的空间与通道 ， 而顶板岩体运动 控制困难 ， 可进行充 填作业 的时间极短。煤矿充填 与采矿作业相互干扰严重 。 1 ． 2 充填采煤方法分类 煤矿充填开采方法按充填介质类型及其运送时 的物相状态 ， 可以分为 水砂充填 、 膏体充填 、 矸石充 填、 高水材料充填。 按照运送充填 材料动力 不同 ， 可 分为 自溜 充 填、 风力充填 、 机械充填 、 水力充填 。自溜充填 ， 即利 用充填料本身的 自重沿管 、 槽或巷道将充填料 溜送 至采空区； 风力充填 ， 即利用压缩空气为动力沿管道 或借助风力充填机将充填料运送 至采空 区； 机械充 填 ， 即利用专用投掷机将充填物料抛至采空 区。上 述 3种方法 的充填料一般是干的固体松散废弃物 ， 所以又统称为干式充填 。水力充填 ， 是利用水 为动 力沿管将充填料充入采空区。水力充填按充填料浆 的浓度大小 ， 又可分为 低浓度充填、 高浓度充填和 膏体充填。按充填料浆是否胶结 ， 煤矿充填开采可 分为 胶结充填 、 非胶结充填。 按充填位置 ， 煤矿充填开采方法可分为 采空区 充填 ， 即在煤层采出后顶板未 冒落前 的采空区域进 行充填 ； 冒落区充填 ， 即在煤层采出后顶板 已冒落的 破碎矸石中进行注浆充填 ； 离层区充填 ， 即在煤层采 出后覆岩离 层空洞 区域进行 注浆充填 。一般情 况 下 ， 采空区充填宜采用高浓度或膏体的胶结充填 ， 离 层区充填和冒落区充填宜采用低浓度充填 。 按充填量和充填范 围占采出煤层 的比例 ， 煤矿 充填开采方法可分为 全部充填与部分充填 。全部 充填开采即在煤层采 出后顶板未 冒落前 ， 对所有采 空区域进行充填 ， 充填量 和充填范 围与采 出煤量大 体一致 。部分充填开采 ， 是相对全部充填而言的， 其 充填量和充填范围仅是采出煤量 的一部分 。 充填采煤方法的分类如图 1所示。 图 1 充填采煤方法分类 2 充填采煤技术现状 2 ． 1 膏体 充填采煤技术 膏体充 填采煤技术 就是把煤矿附近 的煤矸石 、 粉煤灰 、 河砂 、 风积砂 、 工业炉渣 、 劣质土 、 城市固体 垃圾等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状 浆体 ， 采用充填泵或重力 加压 ， 通过管道输送 到井 下 ， 适时充填采空区的开采方法 。 与金属 矿山膏体充填相 比， 煤矿膏体充填开采 具有如下特点 充填与采煤在同一个工作面 ， 充填体 构筑方法不同于金属 矿山， 煤矿需要发展专门膏体 充填隔离支架 ； 充填材料强度性能要求不同， 煤矿充 填 以后数小时后就要求充填体承载 ； 煤矿膏充填原 料主要是煤矸石 、 坑 口电厂低质粉煤灰等， 材料品质 差 ， 质量波动大。 典型的膏体充填系统 由以下三部分组成 配料 制浆系统 、 泵送系统和工作 面充填子系统。配料制 浆系统把煤矸石 、 粉煤灰 、 工业炉渣 、 胶结料和水配 制成膏体充填料浆 ； 泵送 系统采用充填泵把膏体充 填料浆通过充填管路 由地 面输送到井下采煤 工作 面 ； 工作面充填子系统将膏体材料 充填 到后方采空 区。典型的膏体充填系统如图 2 、 图 3所示。 膏体充填具有料浆流动性好 、 密实度高 、 充填体 强度高的优势 ， 故其对岩层移动与地表 沉陷的控制 效果较好 。但 其 充填 系统 初期 投资较 高 ， 一般 达 3 0 0 0万元 左 右 ； 吨煤 充 填成 本相 对 较高 ， 一般 达 6 01 0 0 t 。膏体充填技术在金 属矿 山已经有近 3 0年的发展历史 ， 在煤矿应用最早 的是德 国， 我国 煤矿于 2 0 0 4年开始在峰峰 、 焦作 、 淄博等矿区开展 膏体充填采煤试验研究和应用 ， 表 1为膏体充填采 采矿枝朱 书豳匦 豳 綦 卤 卤 浆 l水池 I I 料 仓l I 料 仓l l 料 仓I l 料仓 差 毳 习 充 填 钻 孔 回 采 工 作 面 ● ● - ● _ ● _ ● ’ 充填区域 ． ● _● J ● ●f ● ． 图 2 膏体充填 系统 ’ 】 工作面充填子系统 一设备列芋 一8 3 1 1 上巷／ ， 一 1 1 ■ _ “T m l I Ⅱ n I n 一 ■ 、 、_ _ ■ ● ● _ l l 々 动 变 电 站 j ； 暮 ＼ ＼ l ■ J i 。 ⋯ l l ●_- - } ， D 蚕 - Ld l ’i _ - J L 竹 U U ’目 】 l ／ ’ t t l 薰 ● -＼ ． 。 ． I r - 皇 ● 【 - W、 C 攀 l Z _ 藿 ； - 1 l 蓝 。 1 蠢 布 料 管 路 ， ] I ～l1． ●’p 『 } }_ 1 待充区 ’ ‘ C E 燃 } 1 1 I． } L { l1 ． “ 。 ． 8 3 1 1 { l 1 、 - - 工作面充填 管蹿 ． ， 皇 ， 图 3 综采膏体充填工作面设备布置 表 1霄 冗央 米煤 ．匝用 坝 目 项 目名称 煤矿名称 进展情况 厚 曼 曼 体 太 平 煤 矿 2 0 0 6 年5 月 投 产 充 填 开 采 ． r 村 体 峰峰集 团， J 、 屯矿 2 伽 年 6月投产 村 庄 巷 霁 上焦 煤 集 团 鑫 珠 春 公 司 2 o o 8 年 7 月 投 产 膏 集 雾 收 淄 矿 集 团 岱 庄 煤 矿 2 o o 9 l2 月 投 产 嫠 霍 震 嫠 集 茬 霁 橐淄 矿 集 团 许 厂 煤 矿 2 0 t0 年 月 投 产 煤 髻 磊 囊 体 新 汶 孙 村 矿 年 9 月 投 产 工 似 淮南潘三煤矿 2 0 o 9年 7月完成设计 煤 誓 磊 矣 囊 体 峰 峰 通 顺 公 司 20 o 9 年 9 月 投 产 煤矸石膏体充填 内蒙古泰源煤矿 2 0 0 8年 1 0月通过论证 矸石／ 河砂膏体充填 新汶赵官公司 2 0 0 9年 9月通过论证 风 荛 鬟 霁 橐 体 铁 法 大 明 矿 20 10 1 月 通 过 论 证 煤矸石膏体充填 金 牛股份东庞矿 2 0 1 0年 4月项 目启动 锤 路 乐馍 和f 膏 体 埴 华 泰 矿 曲公 司 2 01 0年 5月涌 讨论 证 2 ． 2 矸石充填采煤技术 矸石充填采煤法是利用风力、 重力 、 机械等动力 将充填材料煤矸石抛入或输入采空区的充填采煤方 法。根据充填料充填采空区的动力方式来划分 ， 矸 石充填方法包括人工充填 、 自溜充填、 风力充填、 机 械充填。不同的充填系统的充填料一般 由矸石 、 砂 子、 采石场碎石及粉煤灰等组成 ， 但成分以煤矸石为 主， 一般不需要加入胶结料或其他添加剂。人工矸 石充填因其生产能力小、 效率低 、 劳动强度大， 与回 采工艺适应性较差 ， 故很少采用 。矸石 自溜充填只 能在急倾斜煤层 中应用， 淮南、 北京、 北票及 中梁 山 等矿区曾应用过这种充填开采方法。机械化矸石充 填又根据工作面采煤工艺不同分为普通机械化矸石 充填和综合机械化矸石充填 2种类型 ， 前者主要应 用于炮采、 普采工作面 ， 后者应用于综采工作面。 普通机械化矸石充填工艺特点是多采用专门的 机具 如抛矸机等 将矸石抛射 向采空区进行充填。 新汶矿业集团泉沟煤矿于 2 0 0 6年最早开始试验和 使用这种充填采煤法。该法利用井下矸石充填采空 区， 充填系统简单 ， 装 备投资少 ， 多用于薄及 中厚煤 层普采或炮采工作面回收井筒煤柱 、 工业场地煤柱， 煤层有一定倾角有利于充填矸石密实 ’ ” 。 综合机械化矸石充填采煤 ． 】 ] ， 是指在综合 机械化采煤作业面上同时实现综合机械化矸石充填 许 家林 ， 等 充填采煤技 术现状 与展 望 2 7 作业 。实现充填采煤的技术难点是要解决实施充填 的充填空间、 充填通道和充填动力 问题 。该技术 可 实现在同一液压支架掩护下采煤与充填并行作业 ， 且采煤与运煤系统布置与传统综采完全相同。为实 现矸石从地面运至充填工作 面的高效连续充填 ， 需 布置 1个充填运输系统。 a ] 平 面图 b 剖面 图 图 4普通机械化矸石 充填工作面布 置 ] 充填装备 由后端带悬梁 的自移式液压支架和充 填刮板输送机组成 。充填输送机中部溜槽内设置溜 矸孔 ， 溜矸孔开在溜槽 的中板上。在溜矸帮上增设 带插板的插槽 ， 以控制矸石 的充填顺 序和范围。刮 板机上链运输矸石充填 ， 下链推平矸石。进行充填 a 充填过程I t6 1 时， 每次打开 2个溜矸孔 ， 自下而上地进行充填。采 空区充填完毕后 ， 随工作 面采煤机割煤及支架推移 进入下一个循环。为了减少充填矸石的压缩量以实 现更好 的减沉效果 ， 支架后部增设 了液压夯实装置 ， 如 图 5所示 。 b 制夯式充填支架㈣ 图 5 综合机械化 矸石充填工作面布置 该充填系统相对简单 ， 机械化程度高 ， 充填系统 的初期投资较膏体充填低 ， 一般小于 1 0 0 0万元 ， 吨 煤充填成本相对较低 ， 一般为 4 O～8 0元 ； 但矸石充 填的密实度相对较低 ， 对岩层移动与地表沉 陷的控 制效果不如膏体充填 。目前综合机械化充填采煤技 术 已在新汶 、 淮北 、 皖北 、 平顶山等矿 区开展试验和 推广应用 ， 表 2为矸石充填采煤技术在部分煤矿 中 的应用情 况 。 2 ． 3 高水材料充填采煤技术 高水速凝固结材料 简称 高水材料 是一种胶 凝材料 ， 由 A、 B 2种材料构成 ， 主要包括高铝水泥 、 石灰 、 石膏 、 速凝剂 、 解凝剂 、 悬浮剂等组 分 。其 具有固水能力强 、 单浆悬浮性和流动性强、 凝固速度 快 、 强度增长速度快等特点 ， 可以将高比例的水迅速 凝固成具有一定承载能力 的固体。使用 时， A、 B料 以 1 1比例混合配制成浆液 ， 体积含水率达 8 5 ％ ～ 9 7 ％ ， 在 5 3 0 ra i n内凝 固、 硬化 ， 最终形成坚 固的 高含水固体。 表 2 矸 石充填 采煤应 用项 目 项 目名称 煤矿名称 进展情况 譬 秃 毫 鍪 新 汶 翟 镇 煤 矿 已 实 施 械 化 矸 石 充 填 技 术 ’ 煤 矿 葬 笼 曩 案 填 与 蓥 已 实 施 开 采 一 体 化 技 术 业 有 限 公 司 县城下综合机械化矸石充填开采淮北杨庄煤矿正在准备 号 妻 赛 龛 淮 北 海 孜 煤 矿正 在 准 备 械 化 矸 石 充 填 开 采 翼 中能源邢 台矿已实施 械化固体充填采煤 0 含水层下矸 石充填 开采 皖北煤 电五沟矿 正在准备 普采矸 石充填 开采 新汶鄂庄煤矿 已实施 村庄下普 采矸石充填开采 枣庄大兴煤矿 已实施 普 采矸石 充填开 采 新汶华丰矿 已实施 典型 的高水材料 充填 采煤 系统如 图 6所示 。 该系统可置于井下或者地面。使用 时 ， A、 B浆液分 2 8 采矿技术 别进行配制 ， 配制的单浆液分别进入缓冲池。待 A、 B缓冲池分别储存一定量的单浆液后 ， 通过专用管 a ] 充填系统示意 路同时将 A、 B浆液输送到工作面， 然后进行混合 ， 并随工作面推进 ， 将混合浆液注入采空区 。 b 开放式充填工艺 图 6 高水材料充填 系统及开放工充填工艺 ∞ 1 与其它充填技术相 比， 高水材料充填采煤具有 以下优点 由于其用水量高 ， 故所需固体材料少 ， 一 方面克服了煤矿固体充填材料缺乏的问题 ， 另一方 面， 简化 了其他充填技术所需的庞大充填系统 ； 由于 所需固料少， 对矿井辅助运输影响基本没有； 充填系 统简单且初期投资少 ， 一般小于 5 0 0万元 ， 充填料浆 流动性好 ， 不易堵管， 工作面不泌水。但该技术最大 的缺点是高水材料抗风化及抗高温性能差， 充填材 料长期稳定性差。 目前 ， 该项技术正在陶一煤矿 、 田庄煤矿、 邢东 煤矿 、 城郊煤矿、 淄博市王庄煤矿 、 淄博矿业集 团埠 村煤矿等矿井推广试验 和应用 。表 3为高水材料 充填采煤技术在部分煤矿 中的应用情况。 表 3 高水材料充填采煤应用项 目 项 目名称 煤矿名称 进展情况 村庄下超高水材料充填开采 邯矿集团陶一煤矿 已实施 村庄下超高水材料充填开采临沂矿业集 团田庄煤矿已实施 村庄下超高水材料充填开采邢台矿业集团邢东煤矿 正在实施 城下压煤超高水材料充填开采 永煤集团城郊煤矿 正在准备 高水膨胀充填开采建下压煤 淄博市王庄煤矿 已实施 高水材料充填 回收工广煤 柱阜新矿业集团彩屯煤矿 正在实施 高 水 材 鏊 妻 馨 收 矿 区 阜 新 矿 业 集 团 艾 友 煤 矿正 在 实 施 铁 路 煤 柱 高 水 材 墼 蠢 藩 换 建 下 淄 博 矿 业 集 团 埠 村 煤 矿正 在 实 施 条 带 煤 柱 2 ． 4 部分充填采煤技术 1 部分充填开采 的概念。部分充填开采 ， 是 相对全部充填开采而言的， 其充填量和充填范围仅 是采出煤量的一部分， 仅对采空区的局部或离层区 与冒落区进行充填， 靠覆岩结构、 充填体及部分煤柱 共同支撑覆岩控制开采沉 陷 J 。全部充填的位置 只能是采空区， 而部分充填的位置可以是采空区、 离 层区或冒落区。 部分充填采煤法与全部充填采煤法的本质区别 是 后者完全靠采空区充填体支撑上覆岩层控制开 采沉陷， 而前者靠覆岩结构 、 充填体及部分煤柱共同 支撑覆岩来控制开采沉陷。其特点在于 充分利用 了覆岩结构的自承载能力， 减少 了充填量 ， 降低了充 填开采成本 。部分充填开采技术的优势是降低了充 填成本 ， 提高了充填采煤效益。 按部分充填的位置与充填时机不同， 煤矿部分 充填开采分为。 。 采空 区条带充填技术、 冒落区注 浆充填技术、 离层区注浆充填技术等。 2 采空区条带充填开采技术。采空区条带充 填就是在煤层采出后顶板 冒落前， 采用胶结材料对 采空区的一部分空间进行充填， 构筑相间的充填条 带， 靠充填条带支撑覆岩控制地表沉 陷。其技术原 理 是 采用条带充填体置换条 带开采 留设的煤 柱 ， 只要保证未充填采空 区的宽度小于覆岩关键层 的初次破断跨距 ， 覆岩关键层保持稳定不破断， 且充 填条带能保持长期稳定 ， 就可有效控 制地表沉 陷。 采空区条带充填开采技术有 2种模式， 长壁条带充 填和短壁间隔条带充填。 3 冒落区注浆充填开采技术。冒落区充填技 术是指在采空区冒落矸石之间的空隙未被压实之前 及时地注入浆液进行充填， 充填浆液与冒落共 同支 撑上覆岩层 。该技术可分为长壁开采 冒落 区注 浆充填、 房柱式冒落 区注浆充填和条带开采 冒落区 注浆充填。 长壁开采 冒落区注浆充填技术主要应用于德 许家林， 等 充填采煤技术现状与展望 2 9 国、 波兰 ， 在我国尚未使用。根据波兰经验 ， 长壁 冒落区注浆充填率为 2 0 ％ 一3 0 ％ ， 地表下沉系数 由 不充填的 0 ． 70 ． 8减少 为 0 ． 4～ 0 ． 5 ， 充填增 加吨 煤成本 2 4～3 2元。房柱式 冒落 区注浆充填技术主 要应用于美国、 加拿大等国。房柱式开采后 ， 对冒落 的矿房进行注浆充填加固， 最后 回采部分煤柱， 使 回 采率得到提高。 条带开采冒落区注浆充填技术 船 是 在条带 开采情况下 ， 对采出条带冒落区实施注浆充填 ， 加 固 破碎岩石 ， 使得采出条带 冒落区重新发挥承载作用 ， 有效减轻留设条带煤柱及其上方岩柱上所承受的载 荷 ， 减小其压缩变形 ， 从而减缓覆岩移动 向地表的传 播 ， 减小地表移动变形值 ； 充填材料与冒落矸石形成 的共同承载体后 ， 可以减小留设条带宽度 ， 达到提高 资源回采率 的目的。该技术 常用 的模式有 随采 随 充 ； 冒落条带封闭集中充填 。 随冒随充工艺方案是把充填管道布置到采煤工 作面 冒落区底板 ， 充填管随工作面推进拖动前移， 在 顶板 冒落矸石未压实之前把非胶结性粉煤灰充填料 浆压人矸石空隙。冒落条带封 闭集 中充填工艺为 条带开采顺序由低向高开采 ， 先采完较低条带 ， 对较 低条带进行封闭； 利用较高 的相邻 条带机巷施工充 填钻孔 ， 往 已开采条带冒落区充填粉煤灰料浆 。 4 离层区注浆充填开采技术 。覆岩离层区注 浆充填的基本原理是 利用岩层移动过程 中覆岩 内 形成的离层空隙 ， 从地 面布置钻孔 将充填料浆液高 压注入离层空间 ， 高压浆体对下部岩层的压实作用 ， 从而增加离层空间， 经脱水压实后的充填体对上覆 岩层的支撑作用从而减缓岩层移动 向地表的传播 。 表 4列出了我国多个矿区部分矿井 的试验情况。 表 4 离层区注浆 充填开采 实例 根据 各 矿 区 离 层 区 注 浆 充 填 开 采 实 践 来 看_ 2 j 该方法仅在 非充分开采时减沉效果较好 ； 若开采区域达到充分采动时 ， 即使充填效果较好 ， 其 减沉率也仅为 3 0 ％ ～ 5 0 ％ ， 仍无法满足建下采煤 的 减沉要求。针对这一问题 ， 组合注浆充填与条带 开 采技术 ， 笔者提出了覆岩离层分区隔离注浆充填 开 采技术 J 。其基本原理见 图 7 ， 即 依据关键层 初次破断前允许 的极限跨距确定工作 面合理长度 ， 通过留设一定宽度 自身稳定的分区隔离煤柱隔离各 个工作面 ， 使工作面上方 的关键层保持稳定并使关 键层下形成各 自独立封闭的离层空 间， 从 而保证充 填材料注满离层 区， 充填体对关键层起到有效 的支 撑作用。分 区隔离煤柱与条带开采留设煤柱不同之 处在于， 对分区隔离煤柱的宽度设计要求较低 ， 只要 能起到隔离离层空间作用并保持稳定就行。离层 区 充填后的充填体能够起到支撑作用 ， 此时离层 区充 填体承载了上覆 岩层 的部分载荷 ， “ 离层 区充填体 关键层 分区隔离煤柱” 构成共同承载体 。 覆岩离层分区隔离注浆充填开采技术的理想适 用条件应为 在分区隔离工作面采宽较大的情况下 ， 既能保证关键层下的离层盆地达到充分采动 ， 又能 保证覆岩关键层不破断失稳 。该技术 目前 已在淮北 矿业集团海孜煤电公司 1 0 3 1工作面顺利实施 ， 且正 在刘店煤矿 1 0 4采区、 1 0 3采区推广应用。 3 充填 采煤 技术展望 煤矿充填的目的是为了控制岩层运动 ， 因此 ， 应 深入研究充填开采岩层破 断运动与地表沉 陷规律 ， 形成基于岩层移动和地表沉陷控制要求的充填采煤 设计 理论 和方 法 。 从 目前充填采煤实践来看 ， 制约煤矿开采技术 推广应用的主要因素之一是充填采煤能力较低 ， 与 采矿技术 2 0 1 1 ， 1 1 3 a充填原理 b 充 填系统 图7 覆岩离层分区隔离注浆充填原理与充填系统 煤矿高产高效生产模式不匹配， 其 主要原因是充填 工艺与采煤工艺没有实现合理配合。因此 ， 应着重 研究如何提高充填采煤生产能力 ， 可从以下几个方 面着手 合理选择充填工艺模式 ， 如实施采充分离 ； 减少充填量， 实施部分充填 ； 改善充填材料 ， 减小采 煤对充填体固化时间的依赖 ， 如提高充填材料 的早 期强度 、 采用气体作为充填材料等。 参考文献 [ I ] 钱鸣高． 煤炭 的科学开采 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 0 ， 3 5 4 5 2 9 5 3 4． [ 2 ] 钱鸣高， 许家林． 煤炭工业 发展面临几个问题 的讨论 [ J ] ． 采 矿与安全工程学报 ， 2 0 0 6， 2 3 2 1 2 71 3 2 ． [ 3 ] 钱鸣 高， 许家林 ， 缪协 兴． 煤矿绿 色开采技 术 [ J j ． 中国矿业 大学学报 ， 2 0 0 3 ， 3 2 4 3 4 3 3 4 8 ． [ 4 ] 许家林 ， 钱鸣 高． 绿色 开采 的理念 与技术 框架 [ J ] ． 科 技导 报 ， 2 0 0 7 ， 2 5 7 6 1 6 5 ． [ 5 ] 许家林， 赖文奇， 钱呜高． 中国煤矿充填开采的发展前景与技 术途径探讨[ C ] ∥第八届国际充填采矿会议论文集， 长沙 矿业研究与开发 编辑部 ， 2 0 0 4 I g一 2 I ． [ 6 ] 许家林 ， 朱卫兵 ， 李兴尚 ， 等． 控制煤矿 开采沉陷 的部 分充填 开采技术研究[ J J ． 采矿与安全工程学报， 2 0 0 6 ， 2 3 1 6一 l 1 ． [ 7 ] 李兴尚， 许家林 ， 朱卫兵， 等． 从采充均衡论煤矿部分充填开 采模式的选择 [ J ] ． 辽 宁工 程技 术大 学学 报， 2 0 0 8 ， 2 7 2 1 6 81 7 1 ． [ 8 ] 刘建功 ， 赵庆彪． 综合机械化充填采煤 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 0 ， 3 5 9 1 4 1 31 4 1 8 ． [ 9 ] 周华强 ， 侯朝炯 ， 孙希奎 ， 等． 固体废物 膏体充填不迁村 采煤 [ J ] ． 中国矿业大学学报 ， 2 0 0 4， 3 3 2 1 5 41 7 7 ． [ 1 O ] 赵连友 ， 刘 阳军 ， 马军． 太平煤矿充填支架综采工作面设备 配套与工艺[ J ] ． 煤矿开采 ， 2 0 0 8 ， 1 3 4 4 3 4 6 ． [ 1 1 ] 瞿群迪 ， 周华强 ， 侯朝炯 ， 等． 煤矿膏体充 填开采工艺的探讨 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 4， 3 2 1 0 6 7 7 3 ． [ 1 2 ] 赵才智． 煤矿新型膏体充填材料性 能及其应用研 究[ D] ． 徐 州 中国矿业 大学 ， 2 0 0 8 ． [ 1 3 ] 李贻久， 江新兵． 综采膏体充填工艺在太平煤矿的应用[ J ] ． 煤矿开采。 2 0 0 9， 1 4 2 4 24 3 ． [ 1 4] 张文海 ， 张吉雄 ， 赵计生 ， 等． 矸石 充填采煤工艺及 配套设备 研究[ J ] ． 采矿与安全工 程学报 ， 2 0 0 7 ， 2 4 1 7 9 8 3 ． [ 1 5 ] 张广海． 高档普采矸石充填工作面设备及工艺研究[ J ] ． 煤 炭技术 ， 2 0 0 8 ， 2 7 1 2 5 86 o ． [ 1 6 ] 王贯东 ， 董风宝． 翟镇矿综采 面高效机械化充填开采技术及 应用[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 8 ， 3 6 1 l 5～1 6 ． [ 1 7 ] 缪协兴 ， 张吉雄 ， 郭广礼 ， 等． 综合机 械化固体充填采煤方法 与技术研究 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 0， 3 5 1 1 6 ． [ 1 8 ] 张吉雄． 矸 石直 接充 填 综采 岩层 移 动控 制 及其 应 用研 究 [ D] ． 徐州 中国矿业大学， 2 0 0 8 ． [ 1 9] 冯光明 ， 丁玉 ， 朱红菊 ， 等． 矿用超高水充填材料及其结 构 的实验研 究 [ J ] ． 中 国矿 业大 学学 报 ， 2 0 1 0， 3 9 6 8 1 3 81 9． [ 2 0 ] 冯光明， 孙春东 ， 王成真 ， 等． 超 高水 材料采空区充填方法研 究 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 t 0 ， 3 5 1 2 1 9 6 31 9 6 8 ． [ 2 1 ] 冯光 明， 王成真， 李凤凯 ， 等． 超高水材料 开放式充填开采研 究 [ J ] ． 采矿与安全工程学报 ， 2 0 1 0 ， 2 7 4 4 5 3 4 5 7 ． [ 2 2 ] 韩晓东， 冯光明， 王成真， 等． 建筑物下压煤采空区充填新方 法 [ J ] ． 能源技术与管理 ， 2 0 1 0 ， 3 9 4 9 5 ． [ 2 3 ] 许家林 ， 尤琪， 朱卫兵， 等． 条带充填控制开采沉陷的理论 研究[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 7 ， 3 2 2 l 1 91 2 2 ． [ 2 4 ] 王建学 ， 刘天泉． 冒落矸石空隙 注浆胶 结充填减沉技术的可 行性研究[ J ] ． 煤矿开采 ， 2 0 0 1 ， 1 4 4 4 5 ． [ 2 5 ] J a n P a l a r s k i ． S e l e c t i o n o f a fi l l s y s t e m f o r l o n g w a l l i n c o a l mi n e s [ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e 8 t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n Mi n i n g w i t h B a c k fi l l ， B e i j i n g t h e N o n f e r r o u s M e ta l s S o c i e ty of C h i n a ， 2 0 0 4 7 4 8 O． [ 2 6 ] 李兴尚． 建筑物下条带开采冒落区注浆充填减沉技术的理论 研 究[ D] ． 徐州 中国矿业大学 ， 2 0 0 8 ． [ 2 7 ] 李兴 尚， 许家林 ， 朱卫兵 ， 等． 条带 开采 垮落区注浆充填减沉 技术 的理论研究 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 8 ， 3 3 】 1 1 2 0 51 2 1 0 ． [ 2 8 ] 李兴 尚， 许家林 ， 朱卫兵 ， 等． 垮落矸石注浆充 填体压实特性 的颗粒流模拟[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 0 8 ， 3 3 4 3 7 4 3 7 7 ． [ z 9 3 杨伦． 对采 动覆岩离层 注浆减沉技术 的再认识 [ J ] ． 煤炭 学报 ， 2 0 0 2 ， 2 7 4 3 5 23 5 6 ． [ 3 0] 徐乃忠 ， 张玉 卓． 覆 岩离层 注浆 控 制地 表沉 陷技术 的应用 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 0， 2 8 9 l 一 3 ． [ 3 1 ] 许家林 ， 钱鸣高． 覆岩注浆减沉钻孔布置 的研究 [ J ] ． 中国矿 业大学学报 ， 1 9 9 8 ， 2 7 3 2 7 62 7 9 f 3 2 3 朱卫兵 ， 许家林 ， 赖文奇， 等． 覆岩 离层 分区隔离 注浆充 填减 沉技术 的理论研究 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 7， 3 2 5 4 5 84 6 2 ． 收 稿 日期 2 0 l 10 5一O 1