煤矿井下采空区顶板管理及充填开采的应用

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1、煤矿井下采空区顶板管理及充填开采的应【摘要】煤矿井下采空区顶板管理方式关系到地面建构筑物、地下水、瓦斯和生态环境保护等，是井下开采的重要课题。介绍了我国煤矿顶板管理现状，提出充填开采管理顶板的重大现实意义，阐述了国内充填开采的分类及布置、并进行了优缺点分析，提出了具体的适用性特征。对于采空区顶板管理的选择和发展具有促进作用。【关键词】采空区顶板管理；充填开采；适用性1引言能源是人类活动的物质基础，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。能源的发展以及对环境的影响，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。目前全球能源消费结构为：

2、石油33.6%,煤炭29.6%,天然气23.8%,其他13%。截止2012年底，中国原煤产量为36.5亿吨，约为世界的50%,由于我国“三下”压煤严重（部分地区达数十亿吨）以及落后的开采工艺（部分地方煤矿采用房柱式、刀柱式等落后采煤方法）,使得我国的煤炭资源平均采出率仅为40%左右，比世界先进国家少20%〜30%,每年煤炭资源浪费30亿t,如此下去,难以持续发展！2我国煤矿顶板管理现状目前，我国煤矿井下采煤工作面顶板管理可分为：全部跨落法、煤柱支撑法、缓慢下沉法和充填法四种管理方法，各种方法特点各异，使用范围也各有不同。全部跨落法：是回采工作面采完回柱后，采空区顶板

3、自行垮落或者强制垮落。该方法因便于实现机械化开采、操作方便、适应各类煤层，为国内煤矿多采用，是我国煤矿开采主导顶板控制方法，但是这种方法主要考虑顶板灾害对于回采空间的危害，而未考虑开釆后岩层移动、下层以及破坏并造成地面建构筑物、生态和环境等的破坏，使得建构筑物损坏、土地荒漠化、破坏地下水资源、排放大量瓦斯、煤歼石、矿井水，污染环境，因此全部跨落法的使用条件与改进途径是一个值得去深化和研究的课题。煤柱支撑法：是工作面推进一定距离后，在采空区中留适当宽度煤柱以支撑顶板的岩层控制方法。主要适用于顶板岩石特别坚硬、人工强制放顶也很难垮落的顶板条件。存在煤炭回收率低和近距离煤

4、层群回采时会产生集中压力造成顶板较难管理的确定。从保证回采作业空间安全和保护地表环境来衡量，这种方法属于淘汰对象。缓慢下沉法：是在采空区后方利用顶板下沉和底板隆起的特性任其自然合拢的岩层控制方法。主要适用于薄煤层工作面。由于其对采空区管理基本是属于放任状态，安全性较差，国内也较少采用。充填法：是由地面或井下把歼石、粉煤灰、建筑垃圾以及专用充填材料等不可燃物品充填入工作面采空区支撑顶板，来控制顶板的冒落，以达到安全管理顶板的目的。充填开采优点主要为：可以减少井下采空区水、瓦斯积聚空间，降低采空区突水、瓦斯爆炸、有害气体突出、浮煤自燃等事故发生可能性，抑制煤层及顶底板的

5、矿压集中和显现，提高矿井安全保障程度；可以充分回收"三下一上”呆滞煤炭资源，延长矿井服务年限；可以使固体废物在矿山得到资源化利用，用固体废物置换煤炭资源，减轻煤炭开采对地表的影响，减少耕地占用和矿区村庄搬迁，保护和改善矿区生态环境，促进资源开发与生态环境协调发展；但也存在以下缺点:回采工艺和充填工艺复杂、充填和采矿工序交替可能会影响生产效率、充填料的开采、加工、输送、管路设备、辅料及其他一系列消耗使吨煤成本增高约百元。总体来看，基于充填法对建构筑物、采空区、地下水和生态环境保护、资源回收率的提升和经济及社会环境改善等的突出贡献，具备了一定的推广应用条件，在条件许可的

6、情况下，可取代全部跨落法优先使用。3充填开采的分类及应用根据充填采空区的程度不同，可分为全部充填法和局部充填法，全部充填法即把采空区全部填满，多用于开采厚煤层或“三下采煤”，局部充填法，一般是砌筑砰石条带，支撑采空区顶板，适用于开采顶板坚硬的薄煤层。根据充填材料的不同，可分为煤歼石等固体材料充填、膏体材料充填、高水材料充填等充填工艺技术。3.1固体材料充填充填材料为煤歼石或其它固体废料（粉煤灰、沙、碎石、固体垃圾、黄土等），利用井下掘进歼石（或洗选歼石）进行充填的置换开采技术，可实现矿井歼石的井下处理，做到歼石不升井，是实现煤矿绿色开采的关键技术途径之一。目前已经形

7、成了砰石直接充填采煤的技术框架，其中包括综采砰石充填技术、普采歼石充填技术和掘巷充填技术等，主要技术装备有自夯式充填开采液压支架、充填开采输送机、运歼胶带输送机、投料系统、监控系统等。影响固体充填效果的主要因素为：充填前顶底板接近量（与上覆岩层性质有关）、充填固体的沉缩量（与固体材料性质有关）和充填不充分量。地表的变形程度由固体充填的减沉效果决定，固体充填的减沉率一般在62%以下。其优点主要为技术成本相对较低、工艺简单、采充一体化（架前采煤架后充填）、效率相对较高；缺点主要为充填及接顶不够紧实、充填效果不理想、不能很好的控制地面沉降、不适应分层开采、对俯采适应条