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充填采矿技术在煤炭开采中的应用分析

发表时间：2020/11/20 来源：《基层建设》2020年第22期作者：朱铁景

[导读] 摘要：在能源紧张态势下，煤矿企业更注重煤炭开采效率的提升，而忽视了煤炭开采所伴随的严峻环境问题。

        山东新巨龙能源有限责任公司山东省菏泽市 274000
        摘要：在能源紧张态势下，煤矿企业更注重煤炭开采效率的提升，而忽视了煤炭开采所伴随的严峻环境问题。为了实现绿色、无废开采，应当加大填充采矿技术应用，实现固体废弃资源的有效利用，避免因采矿造成的地表变形、坍塌等现象，确保煤矿开采的可持续性。下面将对填充采矿技术的特点、优势以及分类等展开详述。
        关键词：充填采矿技术；煤炭开采；应用分析
        1煤炭资源开采存在问题
        1.1资源浪费且利用率低
        虽然我国煤矿资源较为丰富，但由于采矿技术仍不够完善，再加上对小型煤矿资源的不重视，导致资源浪费问题严重，而且煤矿开采利用率较低。由于煤矿企业采矿能力差异性较大，许多中小型矿产开采率较低，使资源得不到有效开发，极大限制我国煤炭开采的可持续性，相较于先进国家，在煤炭开采利用方面还有较大提升空间。
        1.2地表变形与坍塌问题
        由煤炭开采现状分析可知，对于煤炭开采的管理不够严格，相关制度落实也不到位，管理上的松散致使部分煤炭开采企业贪图效益，而忽视环境安全的保护，过度的煤炭开采，使得煤炭地表严重变形，甚至于出现地面塌陷等事故，不仅破坏环境，而且严重威胁人身安全，使煤矿开采出现较大环境破坏和经济效益损失。
        1.3废石尾矿环境破坏作用
        煤矿开采过程始终伴随环境破坏，危害矿山的植被、原有地貌等，更甚者是煤矿开采末期的废石和尾矿问题，可导致严峻环境污染，这是因为矿山废石中富含有害重金属，若随意抛弃在地表，会严重污染土地，阻碍植物生长，以至于废弃矿山一片荒芜。长期以往，矿山原址甚至会因缺乏植被而逐渐沙漠化，存在严重环境危害性。此外，废石和尾矿中重金属的存在除污染地表之外，对水资源、空气等也污染严重，废石和尾矿将严重危害人们生活环境。
        2绿色采矿和充填采矿技术
        采矿往往伴随着环境污染和破坏，而绿色采矿理念的提出以及填充采矿技术的广泛应用，较好的促进采矿环保问题改善。填充采矿技术指的是借助工业固体废料予以填充的新型采矿方式，也是现代绿色采矿理念的重要表现。该技术的应用，能够较好的解决废矿、尾矿问题，可有效避免对地表的破坏以及地下开采导致的塌方现象，促进矿井环境的优化和改善。所以，填充采矿技术是采矿业可持续发展的必然要求，有着较好环保效益。填充采矿实现了资源的高效利用，有效减少废弃物排放，较好的改善了矿山地表环境，符合绿色开采的具体要求。填充采矿的核心在于利用固体废料进行填充，能够较好解决采矿带来的地表下沉或者塌方等事故，也使得矿山环境得以改善。绿色采矿和充填采矿技术基本能够实现无废、绿色开采，对于采矿业的可持续性有较好促进作用。
        3充填采矿技术的原理及优势
        3.1 充填采矿技术应用原理
        煤矿开采引起环境问题，主要是因为煤层开采后的岩层移动，而解决这一问题的关键就是控制岩层的运动。对于煤矿开采的矸石山问题，最有效和经济的方法是将矸石回填到采空区中。充填采矿技术是同时解决岩层运动和矸石山问题的有效方法。充填采矿技术起源于“三下”开采，即建筑物下采煤，是由波兰传入中国的。采用水砂作为充填物，波兰将建筑物下的煤炭资源全部开采出。这项技术在早些年并未受到重视，但随着中国对环境质量的要求越来越高，这项技术的优势逐渐被开发。

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充填采矿技术是在工作面回采后采用充填物充填采矿区，从而有效控制煤层开采引起的岩层移动，其实施的关键在于充填材料的成本控制。充填采空区后，可以有效控制岩层的运动，减轻地表的下沉。有关数据统计发现，采用水砂充填采矿技术后，地表下沉值可以降低 70%，减轻了地表沉陷对地表一些建筑物的破坏。充填采空区，可以改变岩层的运动规律，使得导水裂隙带的高度大幅度降低甚至为零，这有助于实现保水开采。保水开采的实现有助于保护当地的生态，减轻对矿区地下水的污染。从长远情况来看，充填采矿技术有助于实现煤矿行业的可持续发展。在一些矿区，采用矸石进行充填开采，实现了矸石的零排放，满足了绿色采矿的基本要求。
        3.2 充填采矿技术的发展
        根据充填物的类型，充填采矿技术可以分为水砂充填、干式充填和胶体充填。经过大量实验发现，水砂充填的效果最好，但是成本非常高。水砂主要是河砂和水按照一定的成分形成的，在充填时通过管道注入到采空区中，水砂在采空区中脱水后会对岩层的顶板起到支撑作用。使用水砂充填技术存在一个问题，即河砂的用量非常大，很多矿区并不具备这样的条件，尤其是政府对河砂的管控越来越严，所以，这项技术只在特殊情况下才会使用。鉴于此，现在很多矿区多采用干式充填采矿技术和胶体充填采矿技术。干式充填采矿技术是以固体物质直接充填采矿区，这种方式不需要对充填材料进行特殊的处理。常用的干式充填物质有粉煤灰、固体废弃物和矸石等，但是这种物质的强度非常低。由于采矿中充填物的需求量非常大，干式充填物很难满足充填的要求。干式充填有助于以非常低的成本处理一些垃圾物质，例如矸石、粉煤灰等，有利于实现煤炭的绿色开采。鉴于干式充填形成的充填物强度低的问题，特提出了胶体充填采矿技术。这种技术是将 2 种水溶性物质按照一定的比例配置成胶体，然后充填到采空区中，凝固后可以对采空区进行有效的支撑。这种胶体的凝固时间和强度可以通过控制 2 种混合物质的浓度来实现，它可以满足不同回采条件的需求。这种充填材料的生产已经实现了工业化，而且在井下运输方便，具有很好的推广前景。目前，充填采矿技术正处于发展阶段，在某些矿区得到了很好的应用，但并未在全国推广起来。出现这种情况的原因有 2 点：a）充填采矿技术的成本难以得到有效控制，采用的充填物质的成本有的已经超过了煤炭本身的价值；b）充填采矿技术的效率受到充填效率的限制，难以有效提高，这十分不利于煤炭的高产高效。
        4常用充填采矿技术分析
        水砂充填法、干式充填法和胶结充填法是煤矿开采中较为常用的充填采矿技术。首先干式充填法是最早使用的一种技术，相对落后，需要很大的人力支持来对机器进行操作，并且涉及到的工序十分复杂，投入成本高，采矿效率比较低，能源消耗严重，弊端十分明显。因此这种方法已经不能满足采矿的正常需求，在社会发展的过程中逐渐被摒弃，在采矿业中的比重逐渐下降，相关企业逐渐追求效率更高的充填方式。在这种情况下，水砂充填法应运而生。这种方法在干式充填法的基础上得到了极大的完善，充填材料采用一些废弃材料（尾砂、炉渣等），采用自流或者砂浆泵的方法进入地下。当然，水砂充填法也有一定的不足之处，其中涉及到的工序仍然十分复杂，用于排水的投入较高，充填效率低，而且充填后的强度很难达到工程要求，不能很好的应对各种施工情况。此时，一种更为完善的方法就诞生了，即为胶结充填法。这种方法采用骨料和水泥等材料，进行均匀搅拌后充填。操作流程简单，并且填充效果明显、效率高，很好地满足了企业的需求，有着很好的发展前景。
        5结语
        综上所述，随着环保、绿色煤矿开采要求的提出，对充填采矿技术有了更深入的应用，有效提高了资源利用率，使得垃圾废料得以有效解决，更缓解了煤矿开采环保问题，充填采矿技术有着很好的经济和环保价值。煤矿开采若要实现健康发展，必然要重视充填采矿技术的应用，促进矿产开发利用率有效提升。
        参考文献：
        [1]郭常胜.充填采矿技术在煤炭开采中的应用[J].能源与节能，2019（11）：153-154.
        [2]李晓峰.充填采矿技术在煤炭开采中的应用研究[J].产业科技创新，2019，1（09）：57-58.