神木汇森凉水井矿业有限责任公司 陕西神木 719319
摘要：煤炭资源为国民经济的飞速发展提供了有效助力，大大提高了人们的生活质量，但传统落后的开采方式引发了严重的环境污染和资源短缺，一定程度上限制了中国的发展，需加强重视，尽快克服这一弊端。综合机械化固体充填采煤一体化技术具有诸多优势，目前正在煤炭行业推广普及。但与发达国家相比，中国在这方面的研究起步较晚，还存在较多问题急需解决。为此，应积极探索实践，充分利用综合机械化固体充填采煤一体化技术满足现代煤炭生产的高要求，从而提高煤炭企业的核心竞争力，并为整个行业的可持续发展注入源源不断的动力。
关键词：综合机械化；固体充填；采煤一体化；技术
引言
作为煤炭消费大国，我国拥有丰富的煤炭资源。但是与发达国家相比，我国在煤炭开采方面的技术较为落后，无法满足煤炭开采的效率要求，同时煤炭开采也给环境带来了严重污染，不利于促进矿井的长久发展。而提出综合机械化固体充填采煤一体化技术，有助于解决煤矿开采问题和环境污染问题，因此还应对该技术展开进一步的研究和应用。
1充填采煤技术的技术难点
煤炭资源被广泛分布于沉积岩层中，随着开采深度的增大，覆岩很容易发生随采随跨的问题，由于充填技术缓慢，不能有效维持充填的基本通道与空间。对此，煤矿企业在采用充填技术时应充分克服动力、通道以及空间等三方面的技术问题：一是确保采煤后，采空区的顶板不发生垮落问题，为采空区的矸石充填提供更多空间；二是开采期间形成充填固体材料的运输通道，确保技术人员可以安全有效地将矸石等充填材料运输至采空区域；三是在充填矸石时应确保其压实度，达到密实充填的效果。
2开发现代化充填采煤技术目标和需求
目前国内应用的膏体充填采煤工艺是“采煤—隔离—充填—凝固”四班一循环模式，其充填辅助工作时间长，有效采煤时间和充填时间短，1套充填系统，2个充填面轮采产煤量只有50万t/a左右，效率较低、成本偏高，难以满足高产高效大型煤矿需求。此项目，单个膏体充填采煤工作面产量达到100万t/a，是当前煤矿膏体充填先进水平的2倍以上。取得两个根本性的技术突破：一是充填前快速隔离取得突破。采煤工作结束以后，通过2h内的隔离准备具备充填条件，取消隔离班。二是充填后膏体速凝取得突破。发展膏体充填管出口附近实时添加速凝剂技术，使膏体材料进入充填区后2h内凝结固化，并达到自稳和具备承担适当支撑直接顶板的能力，可以脱模开始新一循环采煤工作，取消凝固班。取得上述两个根本性的技术突破，膏体充填采煤面便可以实现“采煤—充填”两班一循环的高效模式。
2.1实现充填采煤的技术难点
地下的煤层实际上是一种沉积性的矿体，在现代的煤矿开采中主要采取的开采方式是综合机械化长臂开采，但随着矿山开采的不断进行，采空区上方的岩层出现了垮塌现象，随采随垮使得采空区被垮塌的岩体掩埋，而没有像非煤矿山那样能维持采空区的完整，为实施固体充填留下足够的空间，而且人工进入采空区的通道也被堵塞。因此，充填采煤就面临着以下几个问题：①没有足够的充填空间；②没有能够实现充填物输送的通道；③如何才能保证充填的密实度。
2.2充填采煤技术的目标与需求
现代煤矿的充填开采主要是为了实现煤矿的安全、高效开采，同时还要能达到安全、快速的采空区充填。因此，尽快开发出机械化充填一体化技术是现代煤矿综采技术发展的当务之急，而且要在煤矿开采的过程中保证采煤与充填的同时进行。而现代煤矿的充填采煤不仅要满足煤矿开采的安全高效，同时还要保证采空区上方岩层以及地表的移动能够满足实际保护对象的具体要求，能够实现良好的经济效益以及环境效益。
3综合机械化固体充填采煤一体化技术的应用
3.1系统布置
综合机械化固体充填采煤一体化技术在具体应用中需要多个系统相互协调配合才能保证工作效率，这些系统包括井上固体充填材料运输系统、井下煤炭输送系统、井下固体充填材料运输系统、固体充填物料垂直连续输送系统等，各个系统之间相互影响，一旦一个系统出现故障，整个作业生产线都可能瘫痪。该项技术通过多个系统的协调运转将采煤作业与充填作业相结合，简化了施工流程，提高了工作效率，有助于促进煤炭企业朝着更好的方向发展。固体充填采煤一体化技术的实施对象为固体废弃物（建筑垃圾、矸石、粉煤灰等），实现了废物利用，经济效益较好。在运输系统的帮助下将这些材料输送到井下，再利用带式传输机等设备将其运送至采空区作业面，随后完成充填、压实等操作。在传统的煤炭行业中，采煤与充填是分开的，无法保证连贯性，工作面布置也不够科学，导致煤炭开采过程存在安全隐患。而综合机械化固体充填采煤一体化技术的系统布置更加科学合理、安全可靠，能保证采煤与固体充填在一个大系统中同时完成，有效提高了采煤安全性和质量，同时带来了较好的生态效益，为煤炭行业的稳定发展提供了不小的助力。
3.2液压支架
液压支架是综合机械化固体充填采煤一体化技术应用中不可或缺的重要设备，其运行效率对采煤和充填作业的顺利进行有着重要影响。随着科技水平的不断提高，分析技术越来越精准。基于此，工作人员采用了科学的方法对固体充填实践中的采场矿压进行详细分析，逐步完善了采矿场压力学模型理论，并以此为基础，结合其他理论知识得出了采煤支架支撑顶板的原理，为液压支架的应用提供了有效指导，有助于提高采煤和密实充填作业的整体效率，同时提高了各种工艺实施的安全性。在具体施工中，液压支架的顶梁可分为两部分，分别为前顶梁和后顶梁（前者提供的支持力明显小于后者），前顶梁主要用于采煤作业，后顶梁则用于充填作业。另外，为了保证牢固性和稳定性，后顶梁下一般会增设2根立柱，其作用是帮助固体物料更加顺利地进入采空区，提高支架与后部的连接可靠性，避免出现安全问题。通常来说，充填物的强度超过2MPa才能满足要求，而一般设备难以达到这一要求，只有运用液压机才能更好地完成工作。岩层移动和地表沉陷是影响综合机械化固体充填采煤一体化技术应用效果的关键因素，会导致工作人员难以准确控制充填目标，不仅阻碍了作业的有序进行，还可能引发严重的安全事故，对煤炭企业的经营效益产生了不良影响。
3.3引入地面矸石
在开采过程中，应用充填液压支架结构实现了充填、采煤平行作业，但是该设备在实际应用过程中不能完全满足矿料的运进要求，而充填采煤技术由于埋深大、开采孔径大等，其开采过程对采空区的正常充填形成一定的干扰。高河能源矿提出对洗煤厂进行原煤准备系统改造，增加动筛洗选系统，动筛系统选出的矸石作为充填系统原材料。因此，将选出的矸石引入煤矿的采空区，然后合理利用液压支架将矸石推进到支架后方，这样既能保证充填作业的快速完成，又能保障充填效率，增强充填采煤技术实际应用效果。
结束语
综合机械化固体充填采煤一体化技术主要在研究岩层控制理论的基础上，进一步提升煤炭的开采效率，在我国得到了快速的推广与应用，并为企业赢得了更大的经济与社会效益。本技术的开发属于系统工程，理论研究还有待进一步深入，并有效解决了支架部充填系统的自动化控制问题，从而使其可以适应更为复杂的开采条件，提升开采效率。
参考文献
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