引言

现阶段，我国煤炭资源过度开采现象普遍存在，由于开采深度较大，必然会对地层结构产生干扰，导致地表沉陷、河道断流等现象，给区域生态环境带来不可忽略的影响。目前，我国煤矿企业已逐渐认识到经济可持续发展的重要意义，并在积极探索绿色开采的途径。充填采矿技术因其生态效益较为突出而被广泛应用于现代化矿井，其研究对推动煤矿工业可持续、稳定发展具有重要意义。

1.煤矿充填开采技术的应用价值

煤矿充填技术在实际应用中的价值在于：一是能保护自然生态环境；据统计，我国现有煤矸石总量已高达数十亿吨，不仅对土壤环境构成严重威胁，还造成了大量土地资源的浪费。采用充填采矿技术，可实现边采边填，减少地表煤矸石堆积，减少开采过程中对土地资源的占用与浪费。另外，充填措施可以最大限度地保证土层结构的稳定，保护地下水资源，减少煤矿开采对生态环境的影响；二是提高煤矿安全生产水平。已有的采煤措施极易导致瓦斯积聚并流至采空区，增加瓦斯爆炸危险性，严重威胁煤矿安全生产。采用充填开采技术，可有效控制顶板沉陷，减少瓦斯积聚，减少瓦斯爆炸事故发生，提高矿井安全。

2.常见煤矿充填开采技术

2.1.煤矿矸石充填开采技术

目前，我国普遍采用的技术是将采空区填满，以矸换煤，可减少地面沉陷，减少对土地及建筑的损害，降低补偿费用可使矸石不上井，降低运输成本，降低地面占地面积，降低环境污染。充填采空区，充填留巷段附近采空区，既能保证留巷效果，又能降低留巷成本，具有较好的经济效益。从而实现了无煤柱开采，提高了煤炭资源回收率，降低了巷道的掘进量，缓解了开采接续紧张的问题。采用煤矿充填开采技术，该技术方案的施工措施主要是通过矸石仓用胶带输送机将煤矸石运到破碎机的进料口进行粉碎，破碎后的矸石被送入到搅拌机中，搅拌机往里面加水搅拌，然后进入到输送泵中，泵把已经搅拌好的水和矸石（为了防止堵管，增加充填体的强度，还可以加一台泵接力输送）进行充填。在粉碎煤矸石之前，一定要用除铁设备将其除去。粉碎后的矸石可由溜子或皮带输送到混料机。最后，利用刮板充填输送机和整体液压支架等设备对采空区进行直接充填，利用捣固机构对采空区进行多次压实，基本实现了对采空区的密集充填。煤矿轮采取煤矸石为主要充填材料，降低了充填材料及矸石的处理费用，降低了企业的生产成本。稳定性好，维修方便，备件可更换性好，填充效率高。应用范围较广，目前已在凤峰，开滦，新汶，济宁，淮北，阳泉和西山等几十个矿区推广应用。但受地质条件影响，采空区矸石充填强度不高，充填率只有70%左右，降低地面沉降效果不佳。该方法在实际应用中仍有不足之处。

2.2.煤矿膏体充填开采技术

膏体充填采矿是一种利用膏体充填采空区，实现覆岩运动控制的采煤工艺，其核心技术之一是膏体充填采矿技术。本项目拟以煤矸石、粉煤灰、炉渣、建筑废弃物、风积沙、河沙、黄土、尾矿等为主要原料，与水（含添加剂、外加剂等）按一定比例混合后，充填于采空区中。膏体充填料吸水率低，基本不产生粉尘，不需要专门的除尘设备，工作环境良好，工人工作环境良好；膏体充填材料具有较高的早期强度、较高的密实度和较低的可压缩性。膏状淤渣是管道内的推流，其输送阻力较大，极易出现“堵管事故”，严重影响充填效率及充填质量。

2.3.煤矿超高水充填开采技术

依托大学的科研环境和业主诉求，目前已研发出一种新型充填材料，即中国矿业大学近几年自主研发的一种新型水煤浆充填料。煤矿超透水充填材料与生活中常用的AB胶相似，主要由A、B两种助剂AA、BB构成。结果表明，超高固含量极低。它不仅解决了矿井充填料短缺的难题，而且简化了物料输送系统，降低了初期投资。本文介绍了一种新型的采空区充填材料——超高水性材料，其含水量为97%，水灰比为11:1。本项目针对“三下压”问题，结合超高水性物料的基本特性，开展超高水性物料采空区充填采矿技术研究。超高水性材料是煤矿井下湿冷密闭环境下的理想充填材料；该材料及其充填采矿法是今后采空区充填采矿技术发展的一个方向，并已推广到邯郸、邢台和临沂矿区。然而，超高透水材料也有其固有的缺陷，如耐高温、易受气候影响、长期稳定性差等。

2.4.煤矿高浓度胶结充填开采技术

中国矿业大学（北京）依托矿井超高水头充填开采技术研发，研制出一种类似于超高水头充填材料的高浓度煤矿胶结充填材料。高密度填料是由基料、胶凝材料、水及掺合料构成的。研究结果表明，粉煤灰是一种以粉碎煤矸石（15mm）为主的粉煤灰。胶凝材料为对水质无要求的425普通硅酸盐水泥，可用于航巷道用水，也可用于水厂的重水和浓盐水，外加剂以减水剂、保水剂及早强剂为主。管道堵塞事故较少。高浓度胶结充填体不存在分离、沉降和排空现象，具有良好的充填作业环境；高密度胶结充填体具有较高的早期强度、较高的抗压强度和较高的稳定性。充分利用了滚动轴承，有效地降低了表面积垢。

3.煤矿充填开采技术发展趋势

3.1.发展动力

由于历史原因，现代以来，为了发展经济，我国对一些老矿山进行了过度开采，一方面，随着开采深度的不断加大，灾害越来越严重，开采成本也越来越高，在经济上和技术上都不适宜开采了。同时，由于环保要求，需要对大量的煤炭及城市废弃物进行处置，而采用传统的焚烧方法，对环境造成污染；另一方面，我国拥有大量的优质煤炭资源，需要安全高效的开发利用。因此，必须根据实际情况，因地制宜，采取适合的充填开采工艺，才能在理论上得到较好的解决。因此，超声充填、膏体充填、固体充填等充填技术在我国得到了较大的推广和发展。

3.2.发展目标

超高压充填工艺及膏体充填工艺设备简单，成本低。本征特性材料的凝结时间可按需调节90分钟，具有早强性和快硬性，体应变小，表现出好的不可压缩性，适宜于密闭的空间，凝固后的固体能长期保持组分的稳定性，同时，大流量制浆充填工艺系统型号稳定，占地面积小，自动化程度高，可配置PLC遥控自动控制，初投资少，浆液配比精度高，易控制，并能发挥充填与回采的互补作用，是实现高产高效充填的有效途径。

4.结束语

综上所述，未来采矿行业的煤矿充填技术，能够有效地提高煤矿开采的安全与可靠性，是一项有着广阔应用前景的技术。矿井充填技术在中国的广泛应用，将会给采矿行业带来空前的发展。对煤炭企业来说，充填采矿法具有回收率高，对地表生态环境破坏小，安全可靠等优势，对资源型企业的可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1]周宇翔.煤矿充填开采技术现状和建议[J].内蒙古煤炭经济,2022,(18):46-48.

[2]刘建功,李新旺,何团.我国煤矿充填开采应用现状与发展[J].煤炭学报,2020,45(01):141-150.

[3]程坤,杨宝贵,张宝刚,等.我国煤矿充填开采技术现状及发展方向[J].煤炭技术,2018,37(03):73-76.