我國(guó)煤礦充填開(kāi)采現(xiàn)狀及發(fā)展前景

我國(guó)煤礦充填開(kāi)采現(xiàn)狀及發(fā)展前景徐法奎【摘要】全國(guó)“三下”壓媒達(dá)13.7Gt,同時(shí)地面堆積的矸石達(dá)4.5Gt,如能利用矸石進(jìn)行充填開(kāi)采,則既可提高資源回收率,又能節(jié)省矸石占地、改善地面環(huán)境.當(dāng)前的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)條件為充填開(kāi)采創(chuàng)造了有利環(huán)境,使充填開(kāi)采在全國(guó)各礦區(qū)得到快速發(fā)展.文章對(duì)當(dāng)前我國(guó)煤礦充填開(kāi)采方法和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納和總結(jié),并對(duì)發(fā)展前景進(jìn)行了展望.期刊名稱】《煤礦開(kāi)采》年(卷),期】2012(017)004【總頁(yè)數(shù)】3頁(yè)（P6-7,49）【關(guān)鍵詞】充填開(kāi)采;現(xiàn)狀;發(fā)展前景;“三下”壓煤【作者】徐法奎【作者單位】天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京100013【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TD823.7我國(guó)煤礦把地表水體（河流、水庫(kù)、湖泊、江、海等）、建（構(gòu)）筑物和鐵路下壓煤統(tǒng)（俗）稱為“三下”壓煤。根據(jù)前幾年的不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)“三下”壓煤達(dá)13.7Gt山東、河北等多數(shù)東部礦區(qū)“三下”壓煤已占現(xiàn)有可采量的50%以上。如山東省新汶礦業(yè)集團(tuán)“三下”壓煤0.267Gt，占可采儲(chǔ)量的70%以上;河北省峰峰礦業(yè)集團(tuán)13對(duì)生產(chǎn)礦井“三下”壓煤0.3588Gt，占礦區(qū)總可采儲(chǔ)量的53.4%。新老礦井都受到“三下”壓煤困擾。特別是老礦區(qū)，唯有走出“三下”壓煤困境，才能維持正常生產(chǎn)。同時(shí)，我國(guó)現(xiàn)有矸石山1600余座，堆積量超過(guò)4.5Gt，占地超過(guò)15000hm2。目前每年產(chǎn)矸量超過(guò)0.25Gt。矸石山除了占用大量的土地資源外，還會(huì)污染地下水，自燃時(shí)嚴(yán)重污染空氣。如果用充填法開(kāi)采“三下”壓煤，把地面的矸石、粉煤灰、尾礦等固體廢棄物充填到井下采空區(qū)，既提高了煤炭資源回收率和礦井經(jīng)濟(jì)效益，又減少固體廢棄物占?jí)和恋兀瑥亩纳频孛姝h(huán)境。隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)資源保護(hù)要求的提高，以及老礦區(qū)生產(chǎn)挖潛的迫切需求，各礦區(qū)對(duì)充填開(kāi)采越來(lái)越重視。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)條件為充填開(kāi)采創(chuàng)造了有利環(huán)境，使充填開(kāi)采在全國(guó)各礦區(qū)快速發(fā)展起來(lái)。目前，從充填材料組成和充填體的狀態(tài)來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)煤礦充填開(kāi)采分為三大類:矸石固體密實(shí)充填、（似）膏體材料充填和（超）高水材料充填。（1）矸石固體密實(shí)充填充填材料為地面矸石、井下掘進(jìn)和采煤所出矸石。只需把大塊矸石破碎到粒徑符合要求（一般小于15mm）后，用運(yùn)輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)、充填到采空區(qū)，再采用機(jī)械或其他的方法壓實(shí)處理，有時(shí)需要添加少量其他材料，增強(qiáng)其強(qiáng)度（2）（似）膏體材料充填充填材料主料是矸石、粉煤灰，缺少矸石的礦區(qū)（井）主料可使用河沙或風(fēng)積沙。將主料、粉煤灰、水泥、膠凝材料與水混合，攪拌加工成為具有良好流動(dòng)性的膏狀膠結(jié)體（膏體），在重力或泵壓作用下，以柱塞流的形態(tài)輸送到采空區(qū)。膏狀膠結(jié)體（膏體）在一定時(shí)間內(nèi)固結(jié)、釋水后，達(dá)到一定強(qiáng)度要求。（3）（超）高水材料充填充填材料主料是尾礦（矸石、鐵礦、金礦）、粉煤灰、赤泥（氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的廢料），配料是石膏、石灰、水泥、鋁養(yǎng)熟料、膨脹劑、膠凝材料。將主料和配料與水混合，水含量達(dá)到50%（超高水材料達(dá)90%以上），攪拌加工成為可自流輸送的材料，在重力作用下輸送到采空區(qū)。后期在化學(xué)作用下固結(jié)，并達(dá)到一定的強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用充填方法開(kāi)采的礦井，根據(jù)采煤工藝、工作面充填設(shè)備和充填地點(diǎn)等，又可分為綜采工作面矸石固體密實(shí)充填、普采工作面拋?lái)窓C(jī)矸石固體密實(shí)充填、綜采工作面（似）膏體充填或（超）高水充填、普采工作面（似）膏體充填或（超）高水充填、煤巷履帶自行式拋?lái)窓C(jī)矸石密實(shí)充填等多種充填形式。2.1應(yīng)用情況（1）矸石固體密實(shí)充填矸石固體充填具有系統(tǒng)、設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，初期投資少，充填成本低，壓縮率大等特點(diǎn)。目前全國(guó)應(yīng)用此法的礦區(qū)主要是山東省新汶集團(tuán)的盛泉、翟鎮(zhèn)和泉溝礦，河北省邢臺(tái)的邢東礦等，矸石不出井與“三下”壓煤相結(jié)合，節(jié)省提升矸石費(fèi)用，不占用土地，提高資源回收率。為提高減沉效果，邢臺(tái)礦利用支架后部壓實(shí)系統(tǒng)，進(jìn)行矸石固體（密實(shí)）充填，并在固體材料內(nèi)添加一定輔料以增加強(qiáng)度，其減沉效果得到較大提升。同時(shí)也提高了充填系統(tǒng)的難度和初期投資。（2）（似）膏體材料充填雖然（似）膏體材料充填的成本比矸石固體密實(shí)充填高，但因減沉效果好而得到礦區(qū)的普遍認(rèn)同。山東省濟(jì)寧太平礦以河沙為主料進(jìn)行膏體充填，淄博岱莊礦以煤矸石為主料進(jìn)行膏體充填;其他還有新汶、棗莊、邢臺(tái)、峰峰、焦作、鐵法等10多個(gè)礦井采用此法進(jìn)行充填開(kāi)采。（似）膏體材料充填由于采用泵送（個(gè)別礦區(qū)倍線較小的采用自流，如新汶孫村礦），充填初期投資相對(duì)較大。（3）（超）高水材料充填（超）高水材料充填主要采用自流方式，充填系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。淄博礦業(yè)集團(tuán)王莊礦采用的高水材料，除具有良好的流動(dòng)性外，還有一定的膨脹性、較高的抗壓強(qiáng)度，以及主動(dòng)接頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)，已得到多個(gè)礦區(qū)的認(rèn)可。除此之外，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)馮光明教授的超高水材料充填也在多個(gè)煤礦進(jìn)行了應(yīng)用，如邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶一煤礦和臨沂集團(tuán)的田莊煤礦。應(yīng)用（超）高水材料充填方法的還有淄博礦業(yè)集團(tuán)埠村煤礦、阜新礦業(yè)集團(tuán)艾友煤礦和彩屯煤礦，榆林市榆陽(yáng)礦應(yīng)用高水材料充填的籌備工作面已經(jīng)完成，即將進(jìn)行充填開(kāi)采，充填主料是風(fēng)積沙。2.2充填效果衡量充填效果好壞的重要指標(biāo)是充填開(kāi)采后地表的下沉和變形情況。即使采用最好的充填方法，開(kāi)采后地表仍有一定量的下沉和變形，下沉包括充填前頂板的下沉量充填未接頂量（未充滿量）和充填體壓縮量3部分。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，矸石固體密實(shí)充填的下沉系數(shù)一般大于0.2，（似）膏體材料充填和高水材料充填的下沉系數(shù)一般為0.05-0.15，而超高水材料充填的減沉效果略差一些。充填開(kāi)采主要受3個(gè)條件的制約，即充填材料、充填效率和充填成本。其中充填材料是關(guān)鍵的制約因素。（1）充填材料我國(guó)矸石堆積量的分布和“三下”壓煤的分布呈相反情況:中、東部礦區(qū)“三下”壓煤量大，但矸石堆積量少，有些礦井地面已基本沒(méi)有矸石;有的礦井地面矸石看似存量很多，但也只夠充填使用。西部礦區(qū)“三下”壓煤量小，但矸石堆積量較大，年產(chǎn)矸石量也大?？鍏^(qū)、長(zhǎng)途運(yùn)輸矸石用于充填開(kāi)采，目前還不可行所以，一些矸石量較少的礦井，所在地附近有大宗其他材料的，也可作為替代品，如濟(jì)寧太平煤礦利用泗河的泥沙，榆林榆陽(yáng)礦煤利用當(dāng)?shù)爻渑娴娘L(fēng)積沙。（2）充填效率矸石固體密實(shí)充填、（似）膏體材料充填和（超）高水材料充填，都是在同一個(gè)控頂空間下前采后充的格局，存在著采煤等待充填完成，并且充填體具有支撐頂板的能力后才能進(jìn)行下一個(gè)開(kāi)采循環(huán)的現(xiàn)象。例如，（似）膏體材料充填一個(gè)循環(huán)的充填時(shí)間需要4~8h，充填體凝固時(shí)間需要4h以上，在加上設(shè)備、人員的互相干擾，生產(chǎn)效率低在所難免。目前，各礦井（區(qū)）充填開(kāi)采的能力理論上可達(dá)到1Mt/a，實(shí)際一般在0.5Mt/a左右。（3）充填成本充填開(kāi)采必然要增加一定的成本，一般矸石固體密實(shí)充填增加的成本小于50元/t,（似）膏體充填、（超）高水充填增加的成本在100元/t左右，在當(dāng)前煤炭?jī)r(jià)格形勢(shì)下，大多數(shù)礦井能夠承受。但西部礦區(qū)的利潤(rùn)一般較低，充填增加的成本使利潤(rùn)空間變小甚至為負(fù)，這也是西部礦井（區(qū)）充填開(kāi)采積極性不高的一個(gè)原因。（4）缺乏約束機(jī)制和激勵(lì)政策國(guó)家目前還缺乏充填開(kāi)采“三下”壓煤的約束機(jī)制和激勵(lì)政策，礦井進(jìn)行充填開(kāi)采基本是迫不得已的行為;還有煤可采的礦井，則根本不考慮充填開(kāi)采，使資源白白閑置造成浪費(fèi)。國(guó)家現(xiàn)也正在制定相應(yīng)的約束制度和激勵(lì)政策，強(qiáng)制煤礦企業(yè)必須在條件許可的情況下進(jìn)行充填開(kāi)采，同時(shí)對(duì)充填開(kāi)采給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)。綜上所述，充填開(kāi)采主要受充填材料來(lái)源、充填效率和充填成本的限制，對(duì)于充填開(kāi)采積極性不高的礦區(qū)（井）來(lái)說(shuō)這3個(gè)方面的原因都存在。目前條件下，選擇充填開(kāi)采“三下”壓煤的礦井，都是迫不得已被動(dòng)采用的。迄今為止，全國(guó)充填開(kāi)采的工作面約30個(gè)，充填開(kāi)采的年總產(chǎn)量超過(guò)10Mt。按照目前的發(fā)展趨勢(shì)，充填開(kāi)采可望得到較快地發(fā)展，在今后3~5a內(nèi)，充填開(kāi)采的工作面有可能增加到60個(gè)左右，年產(chǎn)量30Mt左右。較之13.7Gt的“三下”壓煤總量和4Gt的年總產(chǎn)量，充填開(kāi)采“三下”壓煤的比例仍很小。目前，充填開(kāi)采“三下”壓煤技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，全國(guó)應(yīng)用的礦井（區(qū)）越來(lái)越多，呈方興未艾之勢(shì);但因客觀條件的制約，充填開(kāi)采的總產(chǎn)量比重仍很小。一方面，被“三下”壓煤困擾的新老礦井應(yīng)積極采用充填開(kāi)采方法，作為煤礦企業(yè)緩解困難的途徑之一;另一方面，充填與減沉的關(guān)系、充填材料強(qiáng)度與推進(jìn)速度的關(guān)系等一系列問(wèn)題也有待進(jìn)一步地研究，充填材料的研究將是重點(diǎn)?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]天地科技股份有限