我国煤矿充填开采技术及其发展趋势.pdf

第4 0 卷第1 1 期 2 0 1 2年 1 1 月 煤 炭 科 学 技 术 Co a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Vo 1 ． 4 0 NO V ． No ．1 1 201 2 爆矿潮R采 一 墨 【 编者按】2 0 1 2年4月2 6日 在全国煤矿充填开采现场会上，国家能源局副局长吴吟在 发展煤矿充填开采 技术 推动煤炭生产方式变革 中指 出煤矿充填开采对推进煤炭 生产方式变革 、保 障煤矿安全生产、提高 煤炭资源综合利用水平、保护生态环境、建设和谐矿 区等方面具有重要意义。实施充填开采可提高矿井安全 保障程度 ，提高 “ 三下” 压煤采 出率，处置矿 区固体废弃物，减少 占地和减轻地表沉 陷，减 少村庄搬迁， 保护和改善矿 区生态环境 ，有利于资源开发与生态环境协调发展。当前，我国煤矿充填开呆技术仍处于起 步 阶段，为促进 学术交流与成果应用，本刊组织 了 “ 煤矿充填开采”专题，对我国煤矿充填开采技术应用现 状及发展 、建筑物下压煤开采优化设计与开采方案技术经济比较、综合机械化固体充填采煤 一体化技术等方 面进行 了研讨， 旨在总结我国煤矿充填开采新技术与新经验 ，以促进煤矿绿色充填开采技术的发展。 我国煤矿充填开采技术及其发展趋势 胡 炳 南 煤炭科学研究总院 开采设计研究分 院，北京1 0 0 0 1 3 摘要基于煤矿可持续发展与环境保护的要 求，阐述了煤矿充填开采的必要性 ，通过收集分析我 国2 0个典型充填开采应用实例 ，系统论述 了巷道掘进抛矸 充填、长壁普采矸石充填、长壁综采矸 石充填、膏体充填和高水充填等技 术特点，得 出了巷道掘进矸石充填适用于配采和重要保护场合 ， 长壁综采矸石和膏体充填适 用于主采和普通保护场合 ，高水充填适用于缺 少充填材料和单一煤层场 合 ；提 出了采煤量 、充填量 、采 出率、吨煤成本、充满率、移近量、下沉量、减沉率、变形量和保 护面积可作为充填开采效果的评价指标。最后 ，建议对高效充填和充填空间密闭做深入研 究。 关键词充填开采 ；固体矸石充填 ；膏体材料 充填；高水材料充填 中图分类号 T D 8 2 3 ． 7 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 - 2 3 3 6 2 0 1 2 1 1 0 0 0 1 0 5 Ba c k fil l M i ni n g Te c h no l o g y a n d De v e l o pme nt Te nd e nc y i n Ch i na Co a l M i ne HU Bi n g na n Mi n i n g a n d De s i g n B r a n c h ，C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e r e q u i r e me n t s o f t h e s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t a n d e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n，t h e p a p e r s t a t e d t h e n e c e s s i t y o f t h e ba c kfil l mi n i n g i n mi n e ．W i t h t he c o l l e c t i o n a n d a na l y s i s o n t h e a pp l i c a t i o n o f 2 0 t y p i c a l ba c kfil l mi ni n g f a c e s i n Ch i n a．t h e p a p e r s y s t e m a t i c a l l y s t a t e d t h e t e c h n i c a l f e a t u r e s a n d s u i t a b l e c o n d i t i o n s o f t h e m i n e r o a d w a y h e a d i n g w i t h t h e r e j e c t s b a c k fi l l ，c o n v e n t i o n a l l o n g w al l mi n i n g w i t h t h e r e j e c t s b a c k fi l l ， f u l l y me c h a n i z e d l o n g w all c o a l m i n i n g w i t h r e j e c t s b a c k fi l l ， h i g h w a t e r ma t e ri a l b a c k fi l l a n d o t h e r s ． T h e s o l i d r e j e c t s b a c k fi l l o f m i n e r o a d w a y h e a d i n g i s s u i t a l e f o r m i n o r o u t p u t a n d i m p o r t a n t p r o t e c t e d b u i l d i n g s p l a c e s ． T h e l o n g w a l l f u l l y m e c h a n i z e d mi n i n g w i t h s o l i d r e j e c t s a n d p a s t e b a c k fi l l i s s a i t a b l e f o r t h e m e o h a n i z e d c o a l m i n i n g a n d c o n v e n t i o n al mi n i n g u n d e r t h e p r o t e c t e d b u i l d i n g s p l a c e s ． T h e h i g h w a t e r b a c k fi l l ma t e r i a i s s u i t a b l e f o r t h e mi n e wi t h s h o r t a g e o f b a c k fi l l ma t e ri a l a n d a s i n g l e s e a m．T h e c o al p r o d u c t i o n， b a c k fi l l v a l u e，c o al r e c o v e r y r a t e ，c o s t p e r t o n o f c o a l ，b a c k fi l l r a t e ，c o n v e r g e n c e v a l u e，s u b s i d e n c e v a l u e ，s u b s i d e n c e r e d u c t i o n r a t e ，d e f o r ma t i o n v alu e a n d p r o t e c t e d a r e a w e r e p r o v i d e a s t h e e v a l u a t i o n i n d e x e s o f t h e b a c k fi l l mi n i n g e f f e c t ．F i n a l l y， a f r u t h e r s t u d y s h o u l d b e c o n d u c t e d o n h i g h e f f i c i e n t b a c k fi l l mi n i n g ， b a c k fi l l s p a c e s e ali n g a n d o t h e r s ． Ke y wo r d s b a c k fi l l mi n i n g ；s o l i d r e j e c t s b a c k fi l l ；p a s t e ma t e r i a l b a c k fi l l ；h i g h wa t e r ma t e r i a l b a c k fi l l 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 9 1 1 ；责任编辑 曾康生 基金项目国家科技重大专项资助项 目 2 0 1 1 Z X 0 5 0 6 4 作者简介胡炳南 1 9 6 O 一 ，男，浙江永康人 ， 研究员， 博士。T e l 1 3 6 0 1 2 9 9 1 2 0 ，E m a i l h u b i n g n a n t d k c s j ． c o m 网络 出版 时间2 0 1 2 1 卜 1 6 1 1 0 8 0 1 ；网络 出版地址 h t t p ／ ／ w w w ． c n k i ． n e t ／ k c m s ／ d e t a i l／ 1 1 ． 2 4 0 2 ． T D． 2 0 1 2 1 1 1 6 ． 1 1 0 8 ． 0 0 1 ． h t m l 引用格式胡炳南． 我国煤矿充填开采技术及其发展趋势 [ J ] ． 煤炭科学技术，2 0 1 2 ，4 0 1 1 卜5 ，1 8 ． 2 0 1 2 年第1 1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 0 卷 我 国煤矿存有 巨大 “ 三下” 压煤 ，基于环境 保护与企业可持续发展要求 ，研究煤矿充填开采十 分必要 。据 不完全 统计 ，我 国生产矿 井 “ 三下 ” 压煤量达 1 4 3 亿 t ，其中，村庄建筑物下压煤主要 集 中在河北、河南 、山东、安徽和江苏等 5省的平 原地区。为了充分采 出这些 矿井 “ 三下 ”煤炭 资 源，延长服务年限，需要充填开采来解放 “ 三下” 压煤。原有传统 的煤炭生产方式造成矸石 山 占地 大 ，环境严重污染以及对土地的破坏 ，也需要推广 应用井下 充填。我 国煤矿地面矸石 山有 1 6 0 0多 座 ，占土地 1 ． 5 1 0 h m 。矸石 山地面堆放产生的 危害有 侵占土地、污染环境和危及人身安全等 。 与此 同时，煤炭开采也带来土地破坏问题 ，据采煤 沉陷率计算 ，我国每年采煤塌陷造成的土地破坏约 4 ． 7 1 0 h m 。因此 ，通过采用矸石井下 回填可减 少矸石山污染 ，减少土地开采沉陷破坏 ，从源头上 解决矿 区环境问题 ，实现矿 山绿色开采。 1 煤矿充填开采类型与工程实例 煤矿充填为利用充填材料 回填采空区的一种工 艺。 目前 ，仅山东省就有充填 矿井 3 5对 J ，充填 工作面 1 3 6个。按充填材料分为沙子 、粉煤灰 、矸 石 、建筑垃圾和高水材料等充填法。按充填体 中水 的比例分为固体充填 、膏体充填和高水充填等。按 充填工作面采煤方法 ，又可分为巷采掘进刀柱开采 充填、长壁普采充填和长壁综采充填等 ，表 1 列出 了 2 0个典型充填开采实例 j 。笔者将充填开采归 纳为固体矸石充填 巷道掘进抛矸充填 、长壁 普 采矸石充填和长壁综采矸石充填 、膏体充填和高 水充填 。 表 1 我国煤矿充填开采工程实例 1 ． 1 巷道掘进抛矸充填开采 1 巷道掘进抛矸充填技术 J 。巷道掘进抛矸 充填是指在压煤区采用掘进机 掘进 巷道 ，随掘 随 支 ，1条巷道掘完后 ，通过抛矸机抛入矸石 ，充满 掘采空间。巷间 留设煤柱 ，一 般采 出率为 5 0 ％左 右。在保护体安全 的前提下尽可能多地采出煤炭 ， 可采取渐进跳采方法。巷宽 5 m，第 1 轮跳采 2 5 m 2 掘 I 类巷 ；第 2轮跳采 1 0 m，掘 Ⅱ类巷 ；第 3轮 跳采 2 ． 5 m，掘 Ⅲ类巷 ，总采出率 7 5 ％ 图 1 。 2 邢东矿巷道掘进抛矸充填工程。邢东矿地 处邢 台市 近郊 ，市环保部 门不允许 矸石在地 面堆 积。所以，邢东矿把工业广场和先于村的保护煤柱 作为矸石充 填开采试验 区，进行 巷道掘进抛矸 充 填。该矿主采 2号煤 层 ，煤厚 平均 4 ． 0 m，倾 角 胡炳南 我国煤矿充填开采技术及其发展趋势 2 0 1 2 年第 1 1 期 I I l I I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I 2 5 m 2 5 m a 第 l 轮 跳采 1 0m 1 0m 1 0m 1 0m b 第 2轮跳采 图 1 渐进跳采方 法 1 0 。 。第四系层厚 2 1 0～ 3 2 0 m，煤层埋 深 8 4 2～ 9 7 5 m，平均 8 8 3 m。掘进巷道宽 5 ． 0 m、高 3 ． 5 m，每 条巷道长约 4 0 0 m，巷道 中采用锚 网支护 ，掘进后 即充填 。同时 ，相隔一定宽度后再掘下一段巷道 ， 依次进行 。巷道掘进 抛矸机如 图 2所示 ，具有抛 矸 、行走和左右上下转向功能，矸石运量 1 0 0 t ／ h ， 矸石粒 度 不 大 于 1 5 0 m m，抛 射输 送 带 宽度 6 5 0 m m，带速 2 ． 5 m ／ s 。该矿 2 0 0 3年实施矸石充填开 采以来 ，掘充巷道 数十条 ，充满率 约 8 0 ％。经地 面监测 ，地表设施稳定 ，地面建筑完好无损 。 图 2 邢东矿巷道掘进抛 矸充填设备 1 ． 2长壁普采矸石充填 开采 1 长壁普采矸石充填技术 ] 。长壁普采矸石 充填是指在采煤工作面的后部增加支护空间 ，进行 矸石充填。采煤工作面推进一定距离 ，用挡板将采 煤工作面与采空 区隔开 ，然后用抛矸机向挡板 内侧 采空区充填 。充填顺序从 内到外 ，从下山到上山。 2 泉 沟矿 长壁 普 采 矸 石 充 填。泉 沟 矿 在 2 1 1 0 3工作面进行 了矸石充填 ，该工作 面埋深 3 6 0 m，倾角 1 0 。 ，工作面长度 5 0 m。采煤工作面采用 单体支柱配金属铰接顶梁支 护顶板 ，排距 1 ． 0 m， 柱距 0 ． 8 m。采用 “ 见六充三” 的顶板控顶方式 ， 每推进 3 m进行一次矸石充填 ，即工作面推采控顶 距达到 6 m时，就对采空区封闭，然后用抛矸机向 后方 3 m的封闭空间由内向外后退式充填 ，边充填 边撤柱 ，由下 向上进行充填 ，边 回撤支柱边充填 ， 充填体支撑顶板 ，如 图 3所示 。 1 ． 3长壁综采矸石充填开采 1 长壁综采矸石充填技术 ] 。长壁综采矸石 2． 5 m 2 ． 5 m 2 ． 5 m 2 ． 5 m c 第 3轮跳采 l 一 固料带式输送机 ；2 --充 填刮板输送机 ；3 --充填物料抛投机 ； 4 一采煤刮板输送机 ；5 --采煤机 ；6 一运煤带式输送机 图 3 泉沟矿长 壁普采矸 石充填布 置 充填是在综采液压支架 的后方增加了 1 部高度可 以 调节的充填材料刮板输送 机，其底部钢板 可以拆 卸 ，以实现矸石的漏放 。经刮板输送机运来的矸石 到达采空区后 ，通过刮板输送机的漏 口使矸石顺序 和连续漏放 ，实现 了充填开采的机械化和连续化 ， 使充填与开采平行作业。该技术在翟镇矿和邢 台矿 等矿井进行 了试验。 2 邢台矿长壁综采矸石充填。邢 台矿 7 6 0 6和 7 6 0 8工作面位于该 矿工业广 场下方 ，回采 2号煤 层 ，倾角 9 。 。7 6 0 6工作面埋深 2 9 5～ 3 3 5 m，倾斜 长 5 5 m，走 向长 4 6 0 lq q ，采高 2 ． 53 ． 0 m。7 6 0 8 工作面埋深 3 6 4 4 4 4 m，倾斜长 8 8 m，走 向长 6 5 9 m，平均采高 2 ． 7 9 m，均采用厚煤层分层综采。充 填设备主要是 自夯式液压支架和刮板输送机 ，如图 4所示 。充填输 送机的中部槽上设置 5 0 0 m m 4 0 0 mm卸料孔 ，孔间距 3 m；在 中板上增设插板插 口 并安设推拉插板的液压缸 ；采用可调高单挂链悬挂 中部槽。在完成割煤和移支架后进行充填 ，充填 由 机尾 向机头进行 ，前卸料孔充填到一定高度后开启 后卸料孔 ，同时对前卸料孔充填料顶推夯实 ，直至 图4 邢台矿长壁综采矸石充填工作示意 3 2 0 1 2 年第1 1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 0 卷 整个工作面全部充满 。然后 ，将输送机拉至支架尾 梁前部 ，用夯实机构将机下充填料上推接顶并压实 之后 ，关闭所有卸料孔。最后 ，对输送机机头进行 充填 ，并将输送机推至支架尾梁后部 。此时 ，完成 l 『 第 1 轮充填 ，依次进行第 2轮充填。 根据 7 6 0 8工作面岩移观测站数据分析 ，铁路 专用线最大下沉量 2 0 6 m m；最大倾斜 1 ． 0 5 mm ／ m； 最大拉伸水平变形 0 ． 5 3 m l n ／ m，最大压缩水平变 形一 1 ． 3 5 m m ／ m。救护 队楼 、南办公 楼、招 待所、 食堂和副井绞车房地表最大下沉量分别为 1 1 2 、7 、 1 0 、1 9和 1 3 6 m m。根据现场测量，采后建筑物墙 体出现微小裂缝 ，裂缝宽度均小于 2 m m，建筑物 损坏极轻微。 1 ． 4 膏体充填开采 1 膏体充 填技术。膏体充 填 含似 膏体充 填 是将煤矸 石、粉煤 灰、工业炉 渣、劣质土 和 城市固体垃圾等加工制作成不需要脱水处理的膏状 浆体 ，采用充填泵或重力加压，通过管道适时输送 到井下采空区。在采空区形成膏体充填体 ，有效控 制地表沉 陷。将膏体充填 固体材料破碎至 2 5 m m 以下 ，配制形成 两相流 ，流动状态为柱塞结构流 。 一 般膏体充填材 料质量分数 6 5 ％～8 8 ％ 含水 率 1 2 ％～3 5 ％ ，膏体 料浆本 质是 不 沉淀 、不 离析 、 少泌水 ，膏体到达充填点后，能够在较短时间内凝 固承载。充填工艺可分普采工作面膏体充填和综采 工作面膏体充填 2种。综采膏体充填的应用实例有 岱庄矿和小屯矿等。 2 岱庄矿综采膏体充填 。岱庄矿地面村庄密 集 ，共有 7 8 个 自然村 ，村庄下压煤 占 8 0 ％。井 田 地面标高平均 3 9 ． 5 m，主采 3． 煤层 ，在 2 3 5 1 工 作面进行了充填试验。该工作面埋深 3 9 3 ～ 5 0 2 i n ， 平均 4 4 0 m，倾 角 3～1 1 。 ，平 均 6 。 ，走 向长 度 1 0 7 4 I l l ，倾斜长度 9 5 m，平均煤厚 2 ． 6 m。综采 一 次采全高 ，双滚筒采煤机割煤 ，截深 0 ． 6 m，采 煤机割 4刀煤充填 1 次。 采用 Z C 4 0 0 0 ／ 1 7 ／ 3 2型 四柱支撑式充填支架 ， 整体顶梁 ，顶梁前设护帮板 ，顶梁后铰接尾梁。靠 液压缸 的伸缩实现尾梁支护顶板或作为上隔离板 ， 尾梁的中部设有布料管连接孔 ；底座后部整体高起 形成下隔离板。尾梁 上 隔离板 和下 隔离板相 互搭接，构成隔离墙。支架 中心距 1 5 0 0 m m，顶 梁长度 4 7 0 0 m m，尾梁长度 1 8 0 0 m m。支架总质 4 量 1 5 t ，如 图 5所 示 。 图 5 首体 充 填 支 架 及 其 尾 梁和 隔 离板 结 构 示意 在充填空间密封时 ，首先 ，调整后挡板与待充 填区隔离 ；其次 ，采用单体支柱和木板使上下两巷 与待充填区隔离 ；最后 ，为了防漏浆 ，架后吊挂塑 料编织帘 ，顶板方向固定在支架顶部与顶板间，底 板方 向固定在支架底座部与底板间，上山方向与轨 道巷煤帮相连 ，下山方向与运输巷煤帮相连。 2 0 0 9年 2月开始在岱庄矿 2 3 5 1 工作面进行充 填试验 ，采后 村庄 建筑物 受损 9 0 ％在 I级 以内， 1 0 ％在 Ⅱ级 。采出率大于 7 0 ％，充满率大于 9 0 ％。 1 ． 5 高水充填开采 1 高水充填 技术。高水材 料 含超 高水 材 料 以粉煤灰或尾矿等硅质材料为主料 ，延 缓剂 、 速凝剂 、固化剂和膨胀剂等为辅料 ，与水充分搅拌 混合后 ，制成充填料浆。高水 材料主要 由 A和 B 两种物料组成。A料主要以铝土矿等矿物质烧制 ， 并与超缓凝分散剂混合 ，B料 由石膏等矿物质 与复 合速凝剂构成。A和 B料分别加水制成 A浆液和 B 浆液 ，将 2种浆液混合 ，形成的浆体即可在一定时 间内胶结 、凝 聚，达到设计强度 ，实现采 空 区充 填。高水充填材料含水率 6 6 ％～9 7 ％。井下充填 系 统主要包括浆体制备 、浆体输送 、浆体混合及工作 面充填等 4个子系统 。核心技术为充填材料的加工 制作 ，关键技术为井下充填工艺。由于充填体流动 性强，充填 面最好是倾斜煤层 工作面 ，以仰采 为 佳 ，要求顶底板岩层较为完整 。 2 田庄矿普采超高水充填 。田庄矿主采 1 6 。 煤层和 1 7号煤层 ，平均厚度分别为 1 ． 2和 0 ． 9 m， 倾角均为 8 。 。顶板 为石灰岩，致密坚实 ，较 为稳 定 ；底板一般为黏土岩 ，偶含粉砂 。井 田内村庄及 地面工业建筑物密集 ，为了解放建筑物压煤 ，采用 超高水材料充填。1 6 1 1工作面 为该矿第 1个超高 水材料 充 填 工 作 面，工 作 面埋 深 2 2 8 m，采 高 0 ． 8 0 ～1 ． 3 8 m，平均 1 ． 2 2 i n ，走 向长 1 1 8 m，倾斜 长 4 2 0 m，采用倾斜长壁后退式采煤法 。2 0 0 9年 7 月开 始生 产 ，2 0 1 0年 8月 结束 ，置 换 采 出煤 炭 胡炳南我国煤矿充填开采技术及其发展趋势 2 0 1 2年第 1 1 期 7 ． 9 6万 t ，充填 空 问 5 ． 0 2万 n l ，使用充 填 材料 6 8 0 8 t ，充填率 8 2 ％。2 0 1 1年起对三采 区村庄下 压煤进行超高水材料充填开采 ，三采区的 3 6 0 5和 3 6 0 3工作面宽分别为 4 5和 9 5 m，充填率为 9 2 ％。 采煤工艺均为炮采 ，采用 “ 六采 一充 ” 的循环作 业方式 ，多面充采交替作业 。随着全封闭挡浆技术 的完善 ，水平及仰斜的回采工作面全部做到接顶充 填 图 6 。 图 6 田庄矿超高水充填接 顶情况 3 个工作面实测资料分析表明 ，超高水材料充 填能有效控制地表移动量。三采区充填工作面地表 岩移观测 ，自2 0 1 1 年 3月 8日至 2 0 1 2年 1月 2日 共测 l 8次 ，其中最大下沉点位于 回采 范围的正 中 央 ，最大下沉量 3 4 mm。 系统和密 闭封堵 系统。主要技术 特点是 固体材料 少 ，含水量高 ，可用井下废水 ，输送距离远 、输送 能力大 ，但材料投 资大 ，充填 与开采需要 间歇作 业 ，多次重复扰动开采影响其充填结晶体强度 。它 适用于缺少 固体充填材料、单一煤层、配采 、普通 保护体场合。 2 ． 2 充填开采效果评价指标 煤矿充填开采效果 的评价 指标 主要有 采煤 量、充填量、回收率、吨煤成本、充满率、移近 量 、下沉值 、减沉率 、变形量和保护面积。 充填 开采 主要用 于 “ 三下 ” 压煤 中。所 以， 代表减沉率的下沉系数是关键 因素。对于一般固体 矸石充填 ，包括巷道掘进矸石充填、长壁普采矸石 充填和长壁综采矸石充填 ，下沉系数主要取决于充 填率 J ，一般为 0 ． 1 5 ～ 0 ． 3 5 。对于膏体充填 ，包括 似膏体充填 ，下沉 系数 主要 取决于充填率 和抗 压 性 ，一般为 0 ． 1 0 ～ 0 ． 3 0 。对于高水充填 ，包括超高 水充填 ，下沉系数主要取决于充填率和抗压性 ，一 般为 0 ． 2 5 ～ 0 ． 4 5 。 2 技术特点、适用条件和效果评价指标 3 煤矿充填开采技术发展趋势 2 ． 1 煤矿充填开采技术特点和适用条件 1 巷道掘进矸石充填。关键设备 为抛矸机和 输送系统 。主要技术 特点是巷 式开采 ，系统投资 小 ，巷道布置灵活方面 ，采动影响可循序渐进 ，充 填效果易于控制 ，但产量相对较低 。它适用于构造 复杂、配采 、重要保护体 的场合。 2 长壁普采矸石充填。关键设备是抛 矸机和 输送 系统 。主要技 术特点是 壁式开采 ，系统投 资 小 ，普采产量相对较高 ，但充填效果较难控制 。它 适用于普通保护体场合。 3 长壁 综采 矸石 充填。关 键设 备是 充填 支 架 、充填输送机和输送系统。主要技术特点是壁式 开采 ，机械化程度高，综采产量高，带捣实装置后 充填效果较好 ，但系统投资较大。它适用于煤层稳 定 、主采、普通保护体场合。 4 膏体充填。关键设备是地面搅拌站、输送 系统和密闭封堵 系统 。主要技术特点是壁式开采 ， 充填体强度大 ，充填效果好 ，综采产量较高 ，但充 填与开采需要间歇作业 ，输送线路长时易堵管 。它 适用于煤层稳定 、主采 、重要保护体场合 。 5 高水充填。关键设备是井下搅拌站 、输送 通过近 1 O年 的试验 卜 ” j ，我 国充填技术得到 了极大提高。但依然存在着充填与开采之间相互干 扰 、充填空间隔离工作量大等问题。膏体和高水充 填 ，通常需要备用工作面 ，两面交替开采。因此造 成生产效率不高 ，生产规模较小 。目前 ，固体充填 采煤生产能力不到 1 0 0万 t ／ a ；膏体充填 和高水充 填需较严格密闭和较长凝 固时间，其充填采煤生产 能力 5 0万 t ／ a左右。 目前充填开采吨煤增加成本 5 O ～1 2 0元 。因此 ，我 国煤矿充填开采技术在以下 方面具有较好的发展趋势 ，应进行深入研究。 1 高效充填开采技术。高效充 填增 加产量 ， 降低成本。加强研究采煤充填平行作业技术 ，实现 充填与开采 同步作业。 2 充填空间隔离密闭技术。 目前固体矸石充 填 已经得到较好发展 ，但膏体和高水充填空间封闭 隔离问题 尚未解决 ，人工铺设塑料编 制布，成本 高，效率低 。亟待研发膏体和高水综采充填空间隔 离密闭关键设备 。 3 因地制宜充填开采技术。我 国地域辽阔 ， 煤层赋存条件多种多样 ，绿色充填开采技术也需要 下转第 1 8页 5 2 0 1 2 年第1 1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 0 卷 结构及相关的安全保障技术 ，得到如下主要结论 。 1 完整 的固体充填物料垂直输送系统应 由生 产系统、垂直投料系统、投料缓冲系统、安全保障 系统组成 ，而垂直投料系统是固体充填物料运输关 键系统 ，其结构包括垂直投料井和储料仓。 2 垂直投料井 的基本参数决定 了投料系统的 合理性。固体充填物料粒径为 5 0 ～1 0 0 m m时 ，垂 直投料管内径为 4 8 6 mm较合理 ；储料仓直径为 6 m、 高度为 2 8 m可 以满足工作 面一 班充填量，储 料仓的尺寸应根据矿井实际条件而改变。 3 针对投料过程 中带来 的冲击力 问题 ，根据 缓冲原理 ，设计 了锥形缓冲器 ，并在皖北煤 电集团 五沟煤矿进 行 了应用 ，最大缓 冲能力达到 2 ． 0 t ， 已实现约 2 2万 t 固体充填物料的投放。 4 提出了垂直投料降尘技术、高压气流导排 技术 、防堵仓技术、储料仓清理技术等安全保障技 术 ，确保综合机械化 固体充填采煤技术正常应用 。 固体充填物料垂直输送系统是近几年随着综合 机械化固体充填采煤技术发展而研发的一种固体充 填物料从地面至井下的运输方式 ，该系统 已在我 国 多数矿区成功应用 ，但投料过程 中带来的噪声污染 问题还需要进一步解决。随着国内外开采深度的逐 渐加大 ，更大深度的垂直投料系统伴生出来的问题 仍需探索与解决。 参考文献 [ 1 ] 缪协兴 ，张吉雄 ，郭广礼 ．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 ． 缪 协兴 ，钱 鸣高 ．中国煤炭资源绿 色开采研 究现状 与展 望 [ J ] ． 采矿与安全工程学报 ，2 0 0 9 ，2 6 1 1 1 4 ． J U F e n g ， Z HA N G J i x i o n g ，Z HA N G Q i a n g ．V e r t ic a l T r a n s p o r - t a t i o n S y s t e m o f S o l i d Ma t e r i a l f o r Ba c k f i l l i n 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o n a l J o u rna l of Mi n i n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy ， 2 0 1 2 ，2 2 2 1 5 1 1 5 7 ． 郑兵 ，贺茂盛 ，肖兴明 ，等 ．煤仓新 型 自动疏松机 的设 计 [ J ] ． 煤矿机械 ，2 0 1 0 ，3 1 6 1 1 1 3 ． 上接第 5页 因地制宜 。如，榆林矿 区为 了岩 层控制和保水 目 的，正利用风积沙进行连采面充填开采试验 ，综采 充填风积砂试验和刀柱煤柱充填回收试验 。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 1 8 吴 吟．发展 煤矿 充填 开 采技术 推动 煤炭 生产 方 式变 革 [ R] ．泰安全 国煤矿充填开采现场会 ，2 0 1 2 ． 山东 省 煤炭 工业 局．山东省 煤 矿 充填 开 采技 术 工艺 汇 编 [ R] ． 济南 山东省煤炭工业局 ，2 0 1 2 ． 胡炳南 ，张文海 ，高庆潮 ，等．永久煤柱矸石充填巷 式开采 试验研究 [ J ] ．煤炭科学技术 ，2 0 0 6 ，3 4 1 1 4 6 4 8 ． 煤炭科学研究 总院，天地科技股份有限公司．科技部 社会 公 益项 目煤矿绿色充填 开采技术研 究 [ R] ．北 京 煤炭科 学 研究总 院，2 0 0 7 ． 刘建功，赵庆彪．煤矿充 填法 采煤 [ M] ．北京 煤 炭工 业 出版社 ，2 0 1 1 ． 国家煤炭工业局． 建筑物 、水体 、铁路及 主要井巷煤柱 留设 及压煤开采规程 [ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 2 0 0 0 ． 蔡嗣经． 矿山充填力学 基础[ M] ．北京 冶 金工业 出版社 ， 2 0 0 9． 胡炳南． 煤矿充填技术 [ c]／ ／ 地 下开采现代 技术理论 与实 践．北 京 煤炭工业出版社 ，2 0 0 2 2 7 7 2 8 1 ． 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 ] ．采 矿 与 安全 工程 学报 ，2 0 0 6 ，2 3 1 6 1 1 ． H U B i n g n a n， Z H A O Q i n g b i a o ， F AN S h i mi n ，e t a 1 ． S t u d y o n S u b s i 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