冀中股份公司邢台矿综采二队河北省邢台市054000
摘要：固体填充采煤一体化技术的发展历程，阐述了固体填充采煤一体化技术难点与目标要求，提出了综合机械化固体充填一体化技术的具体应用要点，旨在使固体充填采煤一体化技术发挥最大的效果，实现采煤充填作业的并行开展，确保煤炭开采过程中经济社会及环境效益的有机统一。
关键词：综合机械化；固体充填采煤一体化技术
开采煤对生态环境的破坏是非常严重的，同时在大规模开采后，有很多煤资源并没有有效开采出来，如“三下”压煤、残留煤柱、护顶煤等，这些情况不仅威胁生态环境，安全隐患巨大，而且大量煤资源被浪费。为解决这些问题，国内煤矿人创造了综合机械化固体充填采煤一体化技术，为煤炭行业绿色发展和转型升级提供了技术保障。
一、关于发展的历程
充填采矿法最早始于非煤矿山的井下处理以及矿井废料排气等，而充填采矿无论是在国内的金属矿山中，还是在国外的金属矿山中均有着悠久的应用历史，随着技术经验的不断积累，从最开始的水砂充填、胶结充填、膏体充填、高水材料充填等，每一种充填技术均是技术水平不断提升的产物，因而都有着较好的使用效果。近些年以来，为了将国内煤炭资源大规模开发所造成的环境、资源等冲突问题解决，为了实现煤矿行业在国内高效、安全及绿色的开采，我们在原有的充填煤岩层相关控制理论和技术实践的基础上，进一步研发出新的一种更契合当代矿井开采需求的综合机械化采煤技术、综合机械化固体充填采煤一体化技术，其主要是在机械化手段的应用下实现对矿区建筑垃圾、矸石以及粉煤灰等固体废弃物的充填密实采空区作业，并在岩层移动目标得到良好控制的情况下，将煤炭资源采出，尤其是那些使用传统技术难以实现回收的煤炭资源，就我们当前了解到的信息来看，这一技术已经被广泛应用到松散含水层、密集建筑公路群以及大型水体等下端，且取得的应用效果非常好。
二、综合机械化固体充填采煤一体化技术
在煤矿开采的过程中，采矿区上的覆岩层将会随着开采工作的推进而逐渐垮落，所以会给煤矿开采人员带来安全威胁。为解决这一问题，充填采煤技术得到了应用，即通过对采空区进行膏体、高水材料等不同材料的充填，形成稳定的采矿区，继而为煤矿开采提供保证。伴随着机械化技术水平的提升，同时伴随着人们环保意识的增强，综合机械化固体充填采煤一体化技术得到了研发。
1.固体填充采煤一体化技术的难点与目标，充填采煤技术的难点，在不断的实践过程中，充填采煤技术仍未取得突破性的进展，在具体应用过程中，存在诸多的技术难点。将煤炭充填开采技术应用于冶金矿山充填是该技术发展的误区，在具体的冶金开采过程中，矿脉开采后矿房中完整的空间及通道是水砂机膏体充填的基础，与煤炭资源开采不同，冶金开采中对岩土控制的要求较低，大部分的煤炭资源分布在沉积岩层，目前使用的长臂垮落式开采方式下踩空区覆岩垮落问题突出，无法保证充填工作中通道及空间的完整性，所以，完善的充填采煤岩层技术理论研究应不断的进行，并克服充填所需要的动力。空间及通道三大技术难题，在具体作业过程中，应保证采煤作业实践中采空区的顶板在不垮落的基础上保持微微下沉，矸石填充过程中应有完整的空间基础。固体填充材料的运输过程中应有连续完整的输送通道"实现填充材料安全运如采空区，为确保填充材料对采空区的密实充填，要关注填充材料在采空区实现夯实填充的动力来源问题。
2.充填采煤技术的目标与技术要求，随着技术的进步及经济的发展，现代矿区充填采煤技术的主要目标是实现安全高效采煤及快速填充的双重目标，为此，煤炭行业应通过不断的研究，开发出于现代化综合采煤技术相适应的充填采煤一体化技术。实现采煤与填充作业的并行开展。采煤技术应实现安全、高效的采出煤炭资源，做到严格控制地表移动及岩层控制，在采煤实践中注重环境与经济发展的一致性。
三、技术要点与应用
1.案例说明某煤矿始建于2008年，2013年投产，2015年独立建矿，原矿井设计可采煤4313.8万t，生产能力每年21万t，后改扩建后提高至88万t。早期采煤，排出大量矸石，对当地生态环境造成非常大的影响，采空区塌陷影响当地群众的生命财产安全，而且当地村庄下存有大量残留煤炭未得到有效开采，三下压煤状况以及保护生态环境，落实安全生产是煤矿急需解决的问题。
2.充填开采一体化系统，固体充填开采一体化系统主要由两个部分组成，一个是物料投送系统，另一个是充填开采液压支架。这两个部分也是解决固体充填开采机械一体化生产的关键。首先，物料投送系统。现阶段物料投送系统是综采固体充填采煤一体化的一个瓶颈，如何实现将由建筑固体废弃物、矸石、粉煤灰等组成的固体物料投送到井下是关键。由于该煤矿采煤作业区埋深较大，为此采用了垂直投料输送系统。整套系统包括物料筛分破碎设备、地面运输设备（如皮带）、缓冲装置、井下储料仓（含报警传感器、清仓装置、控制装置）、井下输送系统。其具体工作流程为，地面的物料筛分破碎设备将矸石、建筑固体废弃物等进行筛分并破碎，完成前期混合工作后，经由地面输送设备将物料运输至投料井位置，并直接投放物料，而井內布置的缓冲装置，消减井口投下物料的冲击力后使物料进入储料仓。其次，液压支架。液压支架是综采固体充填采煤一体化工艺中最为核心的一个部分。其主要作用是为采煤和填充提供足够的作业空间，同时为填充后压实提供足够的夯实力，使充填物料接顶的同时具备一定的强度。当然整个作业过程还需其他设备进行配合，包括开采输送机、自移式转载输送机等。具体来看，在液压支架上安装夯实机、开采输送机，安装位置在支架后部（因充填采煤现在通常采取的方式是支架前部采煤，后部同时充填），且预留一定空间，方便故障时检修。所用液压支架为正四连杆六柱支撑式支架。在具体作业中，液压支架前端的采煤设备在采煤的同时，后端充填物料输送机在自移式转载运输机的配合下，向支架后端采空区提供填充物料，夯实机对充填的物料进行夯实，保证物料安全高效的填充至采空区内，随着采煤作业而推进。第三，监控系统，主要由料位、称重、密度、流量、压力等几个方面的传感器组成，通过网络介入主控系统，配合控制装置，实现计算机的自动化控制。
3.应用效益，该煤矿所用综采固体充填采煤一体化技术，初步实现了煤矿的无人化生产，生产值班人员缩减，初步实现中控室集中控制。并有效解决了三下压煤问题，释放大量的残留煤炭，矿井服务年限延长，在技术引领下初步实现煤矿的转型升级，经济效益可观，从原80万t煤的开采量提高至161.1万t，采出率是原先的1.3倍，创造价值53998万，增加利润23827万。该煤矿三下压煤量超过1.54亿t，将延长约10年的服务年限，总计可创造价值约200亿。当然，该技术在该煤矿的运用，在保护当地生态环境上功不可没，每年将大量矸石、粉煤灰以及农村改造所形成的固体废弃物回填至采空区，减少对环境的污染和占地，实现资源再利用。而且随采随填有效降低了采区地面塌陷的概率，有效控制了采煤对地面建筑等的影响，在社会价值方面同样具有可取之处。
通过研究可以发现，在煤矿开采的绿色化发展过程中，综合机械化固体充填采煤一体化技术的研发，使得煤矿开采作业与采空区填充作业的同时开展成为了可能，不仅能够有效提升煤矿开采效率，也能加强对固体废弃物的回收利用，从而在为煤矿企业带来更多经济效益的同时，创造一定的社会效益。因此，还应加强对该技术的研究，以便结合未来煤矿开采需求更好的进行技术的推广应用。
参考文献：
[1]郭军.我国综合机械化采煤技术装备发展现状与趋势.2017
[2]秦田丹.我国综合机械化采煤技术装备发展现状与趋势.2017
[3]张巩.综合机械化采煤技术的发展.2017