充填开采是什么?关于充填开采的详细介绍

创闻科学2020-11-17 13:24:12

煤矿充填开采作为一种主动治理采煤塌陷区的有效方法,能够较好地把对生态环境、安全生产、水土资源和基础设施等影响限制在可控范围之内,采用充填开采方法能够将采矿活动对地表的影响降到最低,是我国采矿发展的一大方向。

基本概念

充填开采就是利用外来材料如矸石砂、碎石、粉煤灰、高水材料等物料充填采空区,达到控制岩层移动及地表沉陷的一种开采方式。

充填开采分类

目前最为常见的充填开采分类原则主要有4种:充填位置、充填量、充填动力以及充填物质,具体分类又可以分为以下几种:

①按充填位置可以分为:采空区充填、全部充填、冒落区充填;

②按充填量可以分为:部分充填、离层区充填;

③按充填动力可以分为:自溜充填、风力充填、机械充填、水力充填;

④按充填物质可以分为:膏体充填、水砂充填、矸石充填、高水充填。

充填开采岩层移动与破坏特点

采空区充填有效缓解采煤引起的矿山压力显现

采空区充填可以有效改变煤体、围岩的受力状态,将其所受的采动压力由四周煤岩体承担改为充填物和四周煤岩体共同承担,有效分散采动压力的影响,减少应力集中的出现。同时,充填体将承受和转移顶板的大部分压力,有效抑制顶板下沉和底板隆起。一般情况下,采用采空区充填的采煤工作面,其初次来压和周期来压都不明显,有的几乎观测不到,工作面和回采巷道的矿山压力显著减小。

采空区充填可减少顶底板破坏

全部垮落法管理顶板的采煤方式,其上覆岩层遭到破坏程度随采厚的增加而增加。充填开采的采空区在充填及时、足量的情况下可以做到不形成垮落带,导水裂隙带的高度也大大减小。采用全部充填工艺时,其导水裂隙带高度不足全部垮落法的15%,甚至有时导水裂隙带不明显。因此,充填开采可以减少因采动引起的煤层上覆岩层破坏造成的导水裂隙。同样,采空区全部填对于煤层底板的破坏程度也大大减轻,其“下三带”破坏程度比全部垮落法轻很多。

采空区充填可以减少地表移动和破坏

根据开采沉陷规律可知,地表移动变形与开采厚度有直接关系。采厚越小,地表下沉越小,反之下沉越大,充填采空区后,相当于减小了开采煤层的厚度,故可以减小地表移动和破坏变形。

充填开采发展方向

充填开采技术的发展方向将以低成本、高效率、设备标准化为目标。低成本的技术思路体现在充填材料提倡变废为宝,降低充填成本,未来充填材料将以煤矸石、粉煤灰、山沙、河沙、海沙、戈壁沙、碎石、块石、废石、劣质土、城市固体垃圾、矿山分级尾沙或全尾沙等多种材料为主。中国矿业大学固体物充填开采技术研究课题组发明了长壁综采开采采空区开放式充填技术,可以将地面矸石山矸石或洗选矸石、井下所有掘进或分选矸石用于采空区充填,技术成本相对较低,实现架前采煤架后充填,采充一体化,效率高,月产可达5万t以上,实现了高效机械化连续充填开采,具有广泛的应用前景,代表了充填开采的方向。