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导语：充填开采是实现煤矿绿色开采的重要途径。本期转化果平台推荐的《全负压连采连充分步置换充填开采技术》，通过合理的采充设计及采煤系统和充填系统设计，实现安全、高效、绿色开采，现场应用表明，效果良好！ 一、适用条件 全负压连采连充分步置换充填开采技术是近几年发展且成熟起来的一种新型的充填技术，全势能似膏体充填为本充填工艺的核心技术。 该技术装备主要包括井下煤矸分离技术、泵送矸石充填采空区技术、泵送矸石沿空留巷技术、泵送矸石充填成套装备、泵送充填防止堵管技术等。能够有效控制顶板和上覆岩层运移，防止地表沉陷，保护地表和地下水资源；能够有效降低矿压显现强度，有效预防顶板和突水事故；消除采空区瓦斯集聚和浮煤自燃风险，提高安全保障能力；能够大量消化煤矸石，减少地面矸石山堆积占地，消除对生态环境的污染；实现“三下一上”压煤开采，置换井下煤柱，延长矿井服务年限。该技术装备系统可靠、实用性强，操作性简便，可适用于所有生产矿井。 二、核心技术 1.技术特点及创新性 （1）提出了“三下”压煤开采，对地表的建（构）筑物、铁路、公路、堤坝、桥涵等产生危害或破坏；开采沉陷盆地会形成常年积水，导致土壤盐碱化、荒漠化等；此外不合理的采矿活动会造成地质环境恶化，引发工程地质灾害，破坏自然环境及景观等问题,给出了科学合理的解决“三下一上”压煤、减轻采矿业对自然、社会和生活环境的影响和破坏，最大限度利用有限的资源。 （2）提出了煤矸石自燃、堆放、溃塌等带来空气污染、水体污染、占用耕地等一系列困扰的问题，科学合理的解决了固体废弃物处理问题，实现煤炭资源的“绿色开采”。 （3）建立了由地面制浆站、矸石输送配套装置、井下矸石缓冲仓以及运输、管路组成的充填混凝土供料系统，提出了采煤和充填实现“连采连充、平行作业、以充促采、以充保采”的工艺；实现了快速、高效、安全、留巷等，满足了工作面开采要求。 2.关键技术指标 （1）解放压覆煤层:零煤柱开采，矸石充填高效率低成本;系统的解决了两个安全出口、工作面全负压通风、运煤、运矸协调运输、充填材料来源、充填接顶等关键问题;建立了井下矿压观测系统、地面岩移观测系统，研究充填体对覆岩的支撑作用、对煤柱侧向约束作用、顶底板的变形和破坏范围，推翻“上三带”“下三带”的理论，达到地表控制在一级变形范围内充填体的强度要求。 （2）绿色开采，破解了矿上生态文明建设和绿色矿山建设的难题。 （3）安全开采，矸石充填采空区，对顶板实行完全不垮落法管理;根据矿井地质条件计算，充填工作面的充实率达到82%就能完全满足地表不变形，地面设施不受破坏，现连采连充工作面的充实率达到了99%，能够完全支撑顶板不垮落，地表不变形，充填体能够保持长期的稳定，更能确保地表的安全。 工作面开采后顶、底板无上、下三带的影响（上三带：跨落带、裂隙带、缓慢下沉带。下三带：底板导水破坏带、有效隔水层保护带、承压水导升带），不破坏地下水系，保护了地表草原和耕地不受破坏，保护了地下河不受影响，特别是对矿井冲击地压和承压水的治理具有重大意义。无煤柱、无采空区、不丢煤、无煤柱氧化，无采空区发火等安全隐患，提高了矿井安全。 三、应用情况和推广前景 1.应用案例 在采区上下山的一翼布置走向长壁工作面，由进风顺槽、回风顺槽、切眼（回风联巷）形成整个工作面，通过专用设计顺槽联巷和调节风门的方式实现全负压通风。工作面划分为若干个5m宽的支巷，形成1、3、5、7…奇数巷和2、4、6、8…偶数巷的布局。回采时采用综掘机采煤，无轨胶轮车运输，工作面由里向外先采奇数支巷，每条支巷开采完毕后随即充填。利用充填体的胶结性实现二次永久支撑顶板，为中间煤柱开采创造条件，支巷分区段依次回采完毕后，支巷充填也随之结束。在连续采煤的同时，经过充分的时间间隔，充填体的凝固强度完全达到要求，这时接着由里向外回采偶数煤柱巷，同样连续采煤、连续充填。连采连充工作面采用单体支柱作为临时支护，同时实现了掘支平行作业，保证了连续采煤的实现。 图1 工作面设计图 充填系统需要在地面分别建立矸石和水泥浆两套独立输送系统，将矸石和水泥浆通过矸石输送孔和输浆孔运送到井下，再经矸石皮带和输浆管路至工作面充填巷上口，矸石与水泥浆在充填巷上口自然混合，利用煤层倾角，形成类“泥石流”状自流充填，自下而上接实顶板，实现连续充填作业。上口三角不接顶区域利用矸石袋进行封堵，同时继续风动充填装置进行上三角的充填直至接顶。 连采连充生产系统由采煤系统和充填系统两套独立的系统组成，采煤系统包括回采支巷及煤炭运输，充填系统包括回采完毕后支巷的充填及充填物料的运输，两套系统分工明确、互不影响，同时平行作业。 图2 制浆系统设备布置示意图 充填工作面开采时地面设置了监测点，见图3，共进行了15次观测，地表下沉曲线见图4，地表下沉量均在80mm以下，地表基本无变化，生态园设施未发现新的裂隙，现场工业性试验表明该开采方法对地表变形的控制效果显著，能够保证地表各种建（构）筑物的稳定。   2.推广前景 该方法已在9个工作面进行了充填开采试验，工作面回采率达到95%。充填快于采煤，采充关系实现了“连采提效、连充控制、以充保采、以充促采、采充协调”。充填直接成本低，与综采搬家倒面、掘进服务、设备维护、系统配套、灾害治理等相比，经济效益显著。 该技术已在内蒙古、山西、山东等多家煤矿得到成功应用，目前新疆、河南、等多家煤矿正在调研拟用。其解决了地面矸石存放的等环保问题，减少了保护煤柱损耗，提高了资源回收率，可安全实现工作面后期回采。该技术可在类似矿井推广应用，在不影响工作面正常回采的情况下，实现连采连充，有效控制顶板和改善地面环保问题，为类似条件下的无煤柱开采、绿色开采提供了的经验。 联系咨询：400-1817-969 |
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