时涛
（济宁矿业集团有限公司霄云煤矿，山东，272213）
【摘要】本文首先讲述了充填开采的概况，然后介绍了充填技术选择的基本原则，之后介绍了充填技术的分类，最后介绍了充填技术在采矿实践中的前景展望。
【关键词】煤矿开采；充填技术；发展探析
一、前言
煤炭是我国主要的能源支撑，在我国经济发展中起着重要作用。煤矿开采充填技术不仅能有效控制地表的沉陷，还能有效保持地形地貌和地面建筑物基本原状等，在煤矿开采中起着重要的作用。
二、充填开采概况
充填法是顶板管理方法的一种，它是利用沙子、碎石或炉渣等材料充填采空区，借以支撑围岩，防止或减少围岩垮落和变形。传统的充填方式可分为水力充填、风力充填、机械充填、矸石自溜充填等，是在煤层开采过程中向工作面后方采空区内充填水砂、矸石或粉煤灰等充填材料以自称上覆岩层的顶板控制方法。在这些充填法中，水砂充填法减沉效果最好，地表下沉系数一般为0.1-0.3。风力充填一般用于缺乏水源、井下不宜增加水流等条件的矿井。矸石自溜充填用于急倾斜煤层或倾斜煤层，优点是不需要专用设备，对充填材料的要求也不要，减沉效果比不上水力和风力充填。矸石充填地表下沉系统一般为0.3-0.4。国外的煤矿都曾采用过充填法采煤。充填开采在波兰、德国发展应用最多也最好。波兰在城镇及工业建筑物下采煤时采用水砂充填的采煤量占全国建筑物下采煤量的80%左右。国外使用的充填材料通常是河砂、煤矸石和电厂粉煤灰等。对于矿井来说，实施充填开采工艺，不仅能有效的抑制上覆岩层移动，能较好地控制地面的沉陷，并能提高煤炭资源的回收率，有较好的社会效益和环保效益。
三、充填技术选择的基本原则
1、安全性原则
即在充填技术的选择时，应该有效控制地压，防止采矿过程中的岩爆事故等的发生。这就要求在选择充填技术时，要对采矿现场的地压和充填技术进行分析，据此，胶结充填法成为了首选充填技术。
2、实用性原则
在采矿作业之前，应对财产储量进行预测和设计，以此决定填充物料的大小，选择合适的充填方法。在采矿实践中，水利充填法的充填效果最强，但是不能保证矿山开采过程中的采充平衡，导致安全事故的发生。
3、便捷性原则
在选择充填技术时，要求方法操作简洁轻松，物料配比和控制比较方便，也要有利于系统操作人员的工作开展。
4、经济性原则
在建设填充系统时，有的基建费用较高，经营费用比较低；而有的基建费用较低，经营费用较高。因此，在选择充填方法时，要对充填技术的成本进行计算，选择最佳的搭配方式，以节约成本。如在采矿过程中，矿山废弃砂石较多，则可采用胶结充填法，节约成本。
5、稳定性原则
在采矿实践中，充填方法的选择要力求减少故障的发生，保证系统的稳定运行，在发生故障时，能够以最快的速度进行维修，减少资源的浪费和人员的伤亡。在采矿实践中，尽量采用国产设备，在人员培训和设备的维修方面都比国外方便。再者，为保证充填系统的稳定运行，在采矿实践中应准备备用系统，加强操作人员的培训，保证充填系统稳定运行。
6、保护环境原则
在充填系统的设计和选择时，应当将环境纳入考虑的范畴，将煤灰、尾砂等进行回收利用，不仅能降低充填成本，还能减少环境污染，促进经济的可持续发展。
四、充填技术的分类
1、膏体充填采煤技术
膏体充填采矿技术在充填采矿工程中发挥非常重要的作用，尤其是在金属采矿工程中得到广泛推广使用。膏体充填采煤技术实际就是将煤矿矿井附近的煤矸石、粉煤灰、河砂、以及城市固体废弃垃圾等在需要填充的地面，按照相关配比要求加工制作成不需要进行脱水处理的牙膏状浆体，然后利用高压充填泵或重力加压进行加压灌注，通过浆体输送管道送入到需要充填的矿井下，根据工程实际地形适时充填已经采空的采煤区的充填采煤方法。煤矿膏体充填采煤技术所采用的充填原材料多为劣质低质固体废弃物，其充填原材料品质间差距较大，质量波动非常大。
2、矸石充填采煤技术
矸石充填采煤技术其主要充填材料为煤炭开采过程中产生的煤矸石，其主要动力是靠风力、重力、或其他机械等动力将以煤矸石为主的固体废弃物抛入或输送到矿井采空区进行充填采煤的方法。根据煤矸石动力源的不同，可以将矸石充填采煤技术划分为人工充填、自溜充填、风力充填、普通机械化充填、以及综合机械化充填等。人工煤矸石充填采煤技术由于其综合充填效率水平较低、劳动工作强度较大，加上回采工艺适应性非常差，在煤炭充填开采中很少采用。自溜充填和风力充填技术由于受到源动力输送不稳定等因素的制约，只有在外部条件非常优越特殊的矿区使用。普通机械化是根据采空区实际情况，采用专门机械如抛矸机等）将采煤过程中产生的煤矸石抛射向采空区进行充填采煤。普通机械化煤矸石充填技术利用井下开采过程中形成的煤矸石进行填充，其充填系统较为简单，装备综合投资成本较低，多用在薄及中厚煤层普采工艺中进行充填采煤。综合机械化矸石充填采煤技术，是指在综合机械化采煤作业工作面上，同时利用相关机械实现综合机械化矸石充填工程，是一个在采煤作业工作面上集采煤和充填等多工艺为一体的综合采煤技术。
3、高水材料充填采煤技术
高水材料充填采煤技术就是在充填材料中加入高水速凝固结材料的一种充填采煤技术，此采煤技术由于其用水量高，相应填充材料中所需固体材料就会减少，不仅可以有效克服煤矿充填过程中固体充填材料不足问题，同时有效简化其他充填技术在实际填充过程中需要购置庞大充填系统的填充工艺，加上填充固体材料使用量减少，充填料浆流动性好，填充施工操作较为方便，且投资较小，可以降低煤炭填充开采综合投资成本。但由于该技术中所使用高水材料填充物的抗风化及抗高温性能较差，煤矿采空区的充填物质量长期稳定性能较差。
五、充填技术在采矿实践中的前景展望
1、新型充填物料的发展
在充填技术的发展过程中，新型充填物料得到不断发展。在采矿实践中，充填物料主要由胶结剂和骨料两部分组成。骨料的选择一般是就地取材，如矿渣水泥和硅酸盐水泥等等，一些矿山将赤泥、石灰和粉煤灰等物料作为胶结剂。目前，矿山充填以专用水泥的情况不是很普遍，高水速凝材料是普遍采用的胶结剂。
2、充填设施和仪器的不断更新
充填物料的贮仓是非常重要的充填设施，在以往的充填系统中，充填物料的贮仓通常是立式贮仓，以湿处理技术将全尾砂或分级尾砂进行贮存，要求贮仓将高浓度的、可靠的、稳定性的物料排出，因而对物料提出了很高的要求。在尾砂充填技术的发展及广泛采用的过程中，各种尺寸、各种类型的水力旋转器和分级脱泥设备，以及尾砂的脱泥设备、隔膜泵、油隔离泵等的研制和投产，大大促进了脱水设备和连续脱水技术的发展。
3、充填技术朝着生态化和无公害化方向发展
现代充填技术的发展，将环境的因素纳入了分析范畴，充填技术朝着生态化和无公害化方向发展。充填技术的使用，在采空区进行充填控制，可以防止开采沦陷，保护地面的土地，降低赔偿费用。从生态学的角度来说，充填技术的发展，应实现物料排放的最小化，真正解决矿山的环境保护问题。目前，新的充填技术应具备三个要素，经济效益、内循环技术和废料流量。经济效益指的是在充填技术的选择时，要尊重市场经济发展的内在规律，降低充填成本和环境成本的投入。内循环技术是新填充技术的必要条件，要求在高效率、高可靠性和低成本中，实现充填技术的发展。废料流量指的是废料处理的资源化程度，实现资源的回收利用，促进充填技术的可持续发展。
六、结束语
煤矿开采充填技术不仅给煤矿企业带来经济效益，同时也给社会带来了效益。符合可持续发展进程。
参考文献
[1]张宏伟，郭忠平.矿区绿色开采技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.
[2]缪协兴，张吉雄.郭广礼.综合机械化吲体允填采煤方法技术研究[J].煤炭学报，2010