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摘要：充填开采技术对于解放“三下”煤层具有重要意义，介绍了充填采煤技术的发展历程、目标、要求和技术难点，并对充填开采的最新技术——综合机械化固体充填采煤一体化技术进行了介绍，并给出了应用举例。
关键词：充填开采；综合机械化开采；“三下”煤层
中图分类号：TD822文献标识码： A 文章编号：
1 引言
在我国,建筑物下、水體下、铁路下(简称“三下”)积压了大量的煤炭资源。例如:辽宁抚顺市区压煤两亿多吨；京山线横贯开平煤田压煤近七亿吨,仅唐山矿井田范围内压煤就达一亿五千万吨。“三下”压煤直接影响矿井接替,缩短矿井服务年限。随着煤炭开采技术水平的提高,为了解放“三下”压煤,煤矿“三下”开采技术得到了极大发展。下面，本文将介绍固体充填开采技术在“三下”煤层开采中的应用。
2 充填采煤技术的发展历程
长期以来，世界采煤界在借鉴金属矿山充填技术的基础上，一直在探索开发充填采煤技术，也先后研究试验了河砂充填、胶结充填、膏体充填和高水材料充填等类似充填采煤技术，但是在煤矿开采中，由于采空区上覆岩层随工作面的推进而垮落，很难形成稳定完整的采空区，与金属矿山稳定的采空区有显著的区别，这些充填采煤技术也在不同程度地改进与完善，以适应现代化矿井规模化工业性应用的需求。
3 充填采煤技术的目标与要求
现代化矿区的充填采煤技术目标是：在安全、高效采煤的同时，实现安全、高效快速充填，所以应开发与现代化综合机械化采煤技术相匹配的快速机械化充填一体化技术，并且要实现采煤与充填并行作业。在这样的目标前提下，提出了现代化充填采煤技术的具体要求：①安全、高效采出煤炭资源；②严格控制岩层与地表移动，能充分满足被保护对象的要求；③显著的经济、社会和环境效益。
4 充填开采的技术难点
煤矿充填开采必须建立相应的充填采煤岩层控制理论和克服实施充填所需的空间、通道和动力等3 大技术难点：①保证采煤过后采空区顶板不垮落，微下沉，为采空区矸石充填提供空间；②形成充填固体材料的连续输送通道，安全高效地将矸石等固体充填材料运输至采空区进行充填；③解决矸石等固体充填材料卸至采空区进行充填并夯实的动力来源，保证充填体在采空区压实并达到密实充填的效果。
5 充填开采的最新技术——综合机械化固体充填采煤一体化技术
图1 综合机械化采煤与充填一体化技术生产系统布置
5.1 系统布置
综合机械化固体充填采煤一体化技术如图1 所示，以地面矸石、粉煤灰、建筑垃圾等固体废弃物为主的充填材料，通过固体物料连续输送系统或者直接采用投放系统输送至井下，再经过带式输送机运输至充填采煤工作面，借助刮板式充填输送机、采煤与充填一体化液压支架等设备实现采空区充填与压实，克服了充填空间、输送通道和密实充填等充填采煤的3 大技术难点。综合机械化固体充填采煤工作面布置方式如图2 所示，与传统综采工作面布置基本相同，其中在采煤工作面的后部，即在采空区一侧布置充填作业面，再在工作面上平巷内布置1 条固体充填物料的输送带，将固体充填物料输送至刮板式充填输送机上。
1—运料带式输送机；2—充填物料转载机；3—运煤刮板输送机；
4—充填刮板输送机；5—卸料孔；6—带式输送机；7—移动变电站
图2 充填综采工作面布置方式
5.2 综合机械化固体充填开采一体化液压支架
在综合机械化固体充填采煤一体化技术中，能够实现在同一工作面系统中充填与采煤2 项作业并举的核心装备是采煤与充填一体化液压支架﹙图3﹚。如图3 所示，采煤与充填一体化液压支架的顶梁分为前顶梁和后顶梁，后顶梁支护能力大于前顶梁支护能力，前顶梁掩护采煤作业，后顶梁掩护充填作业，后顶梁下设的2 根立柱显著提高支架的后部支撑能力，可将固体物直接充入后顶梁掩护的空间内；与支架后部联为一体的夯实机构能将固体充填物高效密实夯入采空区，充填物强度经夯实力超过2 M P a，并能根据岩层移动与地表沉陷控制目标要求保障采空区充填率。
图3 采煤与充填一体化液压支架
6 充填开采应用实例
花园煤矿位于山东省金乡县城及周边地区，几乎全部为密集建筑物下压煤，该矿原设计全部采用条带开采，采出率不足32% ，具体为采40 m 宽的条带，留80 m 煤柱。现在全部采用固体物料充填采煤，并且实现沿空留巷无煤柱开采，采出率达85% ，矿井服务年限可由原设计不足40 年延长至100 年以上。花园煤矿平均采深为550 m 左右，平均煤层厚度约2.5 m ，条带开采时的实测地面最大下沉量为217 m m ，固体物料充填后的实测最大下沉量为196 m m 。如采用长壁开采，其最大下沉预计值为1 900 m m ，因而固体物料充填后的地表减沉率在85% 以上。
参考文献：
［1］ 缪协兴，张吉雄，郭广礼. 综合机械化固体废物充填采煤方法与技术［M ］. 徐州：中国矿业大学出版社，2010.
［2］ 钱鸣高，许家林，缪协兴. 煤矿绿色开采技术［J］. 中国矿业大学学报，2003，32 ﹙4﹚：343−348.
［3］ 钱鸣高，缪协兴，许家林. 资源与环境协调﹙绿色﹚ 开采［J］. 煤炭学报，2007，32 ﹙1﹚：1−7.
关键词：充填开采；综合机械化开采；“三下”煤层
中图分类号：TD822文献标识码： A 文章编号：
1 引言
在我国,建筑物下、水體下、铁路下(简称“三下”)积压了大量的煤炭资源。例如:辽宁抚顺市区压煤两亿多吨；京山线横贯开平煤田压煤近七亿吨,仅唐山矿井田范围内压煤就达一亿五千万吨。“三下”压煤直接影响矿井接替,缩短矿井服务年限。随着煤炭开采技术水平的提高,为了解放“三下”压煤,煤矿“三下”开采技术得到了极大发展。下面，本文将介绍固体充填开采技术在“三下”煤层开采中的应用。
2 充填采煤技术的发展历程
长期以来，世界采煤界在借鉴金属矿山充填技术的基础上，一直在探索开发充填采煤技术，也先后研究试验了河砂充填、胶结充填、膏体充填和高水材料充填等类似充填采煤技术，但是在煤矿开采中，由于采空区上覆岩层随工作面的推进而垮落，很难形成稳定完整的采空区，与金属矿山稳定的采空区有显著的区别，这些充填采煤技术也在不同程度地改进与完善，以适应现代化矿井规模化工业性应用的需求。
3 充填采煤技术的目标与要求
现代化矿区的充填采煤技术目标是：在安全、高效采煤的同时，实现安全、高效快速充填，所以应开发与现代化综合机械化采煤技术相匹配的快速机械化充填一体化技术，并且要实现采煤与充填并行作业。在这样的目标前提下，提出了现代化充填采煤技术的具体要求：①安全、高效采出煤炭资源；②严格控制岩层与地表移动，能充分满足被保护对象的要求；③显著的经济、社会和环境效益。
4 充填开采的技术难点
煤矿充填开采必须建立相应的充填采煤岩层控制理论和克服实施充填所需的空间、通道和动力等3 大技术难点：①保证采煤过后采空区顶板不垮落，微下沉，为采空区矸石充填提供空间；②形成充填固体材料的连续输送通道，安全高效地将矸石等固体充填材料运输至采空区进行充填；③解决矸石等固体充填材料卸至采空区进行充填并夯实的动力来源，保证充填体在采空区压实并达到密实充填的效果。
5 充填开采的最新技术——综合机械化固体充填采煤一体化技术
图1 综合机械化采煤与充填一体化技术生产系统布置
5.1 系统布置
综合机械化固体充填采煤一体化技术如图1 所示，以地面矸石、粉煤灰、建筑垃圾等固体废弃物为主的充填材料，通过固体物料连续输送系统或者直接采用投放系统输送至井下，再经过带式输送机运输至充填采煤工作面，借助刮板式充填输送机、采煤与充填一体化液压支架等设备实现采空区充填与压实，克服了充填空间、输送通道和密实充填等充填采煤的3 大技术难点。综合机械化固体充填采煤工作面布置方式如图2 所示，与传统综采工作面布置基本相同，其中在采煤工作面的后部，即在采空区一侧布置充填作业面，再在工作面上平巷内布置1 条固体充填物料的输送带，将固体充填物料输送至刮板式充填输送机上。
1—运料带式输送机；2—充填物料转载机；3—运煤刮板输送机；
4—充填刮板输送机；5—卸料孔；6—带式输送机；7—移动变电站
图2 充填综采工作面布置方式
5.2 综合机械化固体充填开采一体化液压支架
在综合机械化固体充填采煤一体化技术中，能够实现在同一工作面系统中充填与采煤2 项作业并举的核心装备是采煤与充填一体化液压支架﹙图3﹚。如图3 所示，采煤与充填一体化液压支架的顶梁分为前顶梁和后顶梁，后顶梁支护能力大于前顶梁支护能力，前顶梁掩护采煤作业，后顶梁掩护充填作业，后顶梁下设的2 根立柱显著提高支架的后部支撑能力，可将固体物直接充入后顶梁掩护的空间内；与支架后部联为一体的夯实机构能将固体充填物高效密实夯入采空区，充填物强度经夯实力超过2 M P a，并能根据岩层移动与地表沉陷控制目标要求保障采空区充填率。
图3 采煤与充填一体化液压支架
6 充填开采应用实例
花园煤矿位于山东省金乡县城及周边地区，几乎全部为密集建筑物下压煤，该矿原设计全部采用条带开采，采出率不足32% ，具体为采40 m 宽的条带，留80 m 煤柱。现在全部采用固体物料充填采煤，并且实现沿空留巷无煤柱开采，采出率达85% ，矿井服务年限可由原设计不足40 年延长至100 年以上。花园煤矿平均采深为550 m 左右，平均煤层厚度约2.5 m ，条带开采时的实测地面最大下沉量为217 m m ，固体物料充填后的实测最大下沉量为196 m m 。如采用长壁开采，其最大下沉预计值为1 900 m m ，因而固体物料充填后的地表减沉率在85% 以上。
参考文献：
［1］ 缪协兴，张吉雄，郭广礼. 综合机械化固体废物充填采煤方法与技术［M ］. 徐州：中国矿业大学出版社，2010.
［2］ 钱鸣高，许家林，缪协兴. 煤矿绿色开采技术［J］. 中国矿业大学学报，2003，32 ﹙4﹚：343−348.
［3］ 钱鸣高，缪协兴，许家林. 资源与环境协调﹙绿色﹚ 开采［J］. 煤炭学报，2007，32 ﹙1﹚：1−7.