郝敬峰山东鲁泰控股集团有限公司太平煤矿山东邹城273517
摘要：近些年来，我国社会发展对各类能源的需求量持续增加，虽然我国一直致力于开发新型能源，但煤炭、石油等依旧会是未来一段时间我国最广为使用的能源类型。因此，为了更好的满足市场需求，我国进一步加大了煤矿开采的力度。为了开采许多特殊条件的煤炭资源，越来越多的新技术得到应用。本文将就煤矿膏体充填开采工艺进行研究。
关键词：煤矿开采；膏体充填开采工艺；工作面充填
前言：我国煤炭资源储量丰富，但是其中的很大一部分积压在建筑物、水体或是道路之下。为了更好的满足新时期市场需求，我国开始探索这部分煤炭资源的开采之路。充填法开采是煤矿开采技术的革命性创新，其独有的巷道开拓和采空区处理等方法使得积压煤炭资源的开采成为可能。煤矿膏体充填开采是充填开采技术的一部分，对其进行研究具有重要意义。
1.充填开采及煤矿膏体充填开采工艺概述
1.1充填开采的定义和分类
充填开采即是指利用机械或是爆破的方法对矿物进行开采，同时对采空区域进行物料充填，最大程度的降低开采作业对上层覆岩的扰动，避免地面沉降等不良现象的发生[1]。当前阶段，充填开采在我国已经经历了几十年的发展，形成了内容丰富的充填开采技术体系，其中包含了多种充填方法，在煤矿开采作业中得到了不同程度的应用。
以主体充填材料以及输送过程中相态的差异为依据，可以将充填开采分为水砂充填开采、膏体充填开采、矸石充填开采、高水材料充填开采等方法。而以充填系统动力的差异为依据，可以将其分为风力充填开采、机械充填开采、水力充填开采等方法。此外，以充填量和充填范围占据采出煤层的比例为依据，可以将其分为全部充填和部分充填两种类型[2]。
1.2膏体充填开采法介绍
膏体充填开采是将粉煤灰、煤矸石等材料加工制成牙膏状浆体，通过管道输送充填到煤矿采空区域的煤炭资源开采方法。该方法具有充填材料凝固时间长、材料成本低等优点。下图为膏体充填系统，主要包括原料破碎系统、混合系统、管路系统以及检测控制系统等多个部分构成。
图1膏体充填系统
膏体充填开采工艺所采用的浆体具有一定的流动性和较高的密实度，因此充填效果更加显著，基本上可以完全消除开采作业对上层覆岩和地层的影响。但其同样存在一定的不足，如膏体凝固所需的时间过长，影响工作进度，同时充填系统出现故障的几率较高，且维修难度大[3]。
2.煤矿膏体充填工艺研究
上文中笔者已经的煤矿膏体充填开采工艺进行了简要的介绍，下图为膏体充填系统的工艺流程图，综合来看，其工艺流程大致可以概括为材料准备、配料制浆、管道泵送、工作面充填等四个环节，接下来笔者将对这四个环节进行分别阐述。
图2膏体充填系统工艺流程
2.1材料准备
煤矿膏体充填开采工艺所使用的材料种类主要有煤矸石、粉煤灰、城市固体垃圾、工业废弃物等，这些材料所具有的价值偏低，只需经过简单少筛选或是破碎处理即可入料仓备用。需要特别注意的是，为了节省胶结料，可以对粉煤灰进行机械磨细和碱性激发等处理，充分激发其化学活性。
2.2配料制浆
在制作膏体充填开采工艺实施中所需的浆体时，只需掺入少量的胶结料即可，具体可以依据一般混凝土的制作标准，实现最好浓度设计，对各类原料的配比进行合理的设计，并进行均匀混合，使充填浆体具有良好的流动性和凝结固化性能。
在实际制浆的过程中，首先，要将充填料浆的重量浓度控制在0.5%以内，物料称量的误差控制在2%以内，这样可以保障浆体的流动性。这要求工作人员在进行物料称量时，必须使其保持在静态条件下，同时配备高温定性和高精度的称重传感器。其次，很多情况下，由于成本有限，无法对充填材料进行脱泥、脱水等处理，因此充填材料的含泥量和含水量经常出现大幅度的波动，对此，工作人员必须要做好相关材料质量变化情况的快速测定，在此基础上对设计配合比进行适当的调整，保障浆体的性能可以达到具体使用要求。最后，在混合料搅拌时，最好采用周期式混凝土搅拌机，对加料、搅拌以及出料的周期进行合理控制，以此实现制浆质量的提升。
2.3管道泵送
对于制作完成的浆料，采用混凝土泵加压管道输送的方法送至采空区域，浆料输送的具体流程如下：将浆料倒入缓冲斗，在其自重的作用下向充填泵进料斗加料，之后利用充填泵加压将浆料通过充填管，经过充填钻孔下井直接输送到充填工作面。在充填作业中，可以通过液压转换阀对充填顺序进行控制。
在这一环节，工作人员应该综合分析充填能力、充填管线长度、浆料特性等多个方面的内容合理选择充填泵和充填管，将浆料在充填管中流动的速度控制在合理的范围内，这样可以有效的降低充填管道所受到的磨损，同时也能够满足长距离输送条件下对泵送压力的要求。通常情况下，流速控制在0.7~1.0m/s范围内。
2.4工作面充填
在煤矿膏体充填开采工艺中，工作面充填的具体步骤如下：首先，对膏体充填系统进行检查，保障设备完好、管道充满清水，为后续充填作业的开展做好铺垫。其次，浆推水。在浆料输送之前，要预先利用清管器在管道中装入清洗球，开启充填泵，将清洗球之前的清水排出，直到清洗球排出管外，即可利用液压转换阀使浆料经过工作面充填管路充入待充填空间。再次，轮流充填。在将浆料充入待充填空间时，应该根据浆料可泵时间以及浆体充满程度设定一定的时间间隔，进行轮流充填，直到完成充填作业。其四，水推浆。在充填完毕后，利用清洗器将清洗球装入到充填管道内，切换备用泵，实施水推浆，将充填管道内遗留的浆料排出，洗净管路并将其恢复到使用前充满清水的状态。最后，结束充填工作。对搅拌机、充填泵等机械设备进行清洗，同时回收清洗球。
结语：综上所述，煤矿膏体充填开采工艺的应用有效解决了建筑物、道路等特殊区域地下积压煤炭资源的开采问题，为我国煤炭资源的充足供应提供了坚实的保障，因此我国必须加强对该工艺的研究探索，为煤矿行业发展带来更大的帮助。
参考文献：
[1]王玉成，郭忠平，王昌祥，王建行.基于膏体充填的气体充填开采方法[J].矿业研究与开发，2016，36（02）：1-3.
[2]魏朝.柔模似膏体充填开采沿空留巷技术应用研究[D].西安科技大学，2014.
[3]蒋昊良.岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究[D].中国矿业大学，2015.