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摘要：本文通过对三种建筑物群下煤矿采空区矸石充填采煤技术的介绍，论述煤矸石填充技术的重要意义，不仅能够提升操作效率节约成本，还基本实现矸石不上井的目标，能较好的保护采空区的地面建筑安全，也因此得出该技术不仅具有较强的经济价值意义也有较强的推广价值意义。
关键词：煤矿采空区；矸石填充；联合控制
1矸石充填采煤技术
矸石充填采煤技术的实施运用可分为机械与人工充填操作两种，而所需要的填充料多半是碎石、砂子粉煤灰等。在本文所论述的机械化充填法也叫综采工作面，它是十分高效便捷化的一种充填采煤法，被现代煤业广泛运用。其弊端性，如劳动强度大、生产效率过低等，因此逐渐被现代矿业所淘汰。自溜充填固然好用，然而却有采层的局限性，即所采煤层必须是带有倾斜角度的。本文从三个层面进行论述，煤柱开采煤矸石似膏体胶结充填采煤、综采工作面高效机械化充填采煤法以及原生矸石建筑物下充填采煤法。
2.煤柱开采煤矸石似膏体胶结充填采煤
2.1充填成分
该方法的运用关键在于其填充物的成分，它主要由水、减水剂、水泥、粉煤灰以及煤矸石粉碎物组成，但前提条件是煤矸石粉碎物的粒度大小必须控制在5毫米以下。等该混合物混合后，机器可将这些混合物自动送入到采空区。这种混合物具有较强的粘合力，形似膏体，也由此得到“似膏体”的称谓。为了更好的确定似膏体的性能，以及其粘稠程度，因此会通过多个实验来进行科学的论证与检验，如充填料稠度秘水性、坍落度以及坍落扩散度等，经检测得出具体控制数据，如，似膏体的质量浓度可以控制在百分之七十到百分之七十三的变度量，其成分的添加比例为煤矸石：粉煤灰：水泥=15：4：1，而粉煤灰与水泥的混合添加量控制在百分之一点五到百分之二的范畴。显现出其优越性能，即降低管道与混合物之间的摩擦力度，以及降低其脱水量等，这无疑更好的保证了管道运送自流充填的要求。如图1所示。
图1似石膏体矸石充填工艺
2.2粉煤灰的作用及其与水泥砂浆的反应机理
在混凝土的制作过程中，需采用科学的方法，如通过加入粉煤灰，来减少水泥的使用量，这不仅能够节省生产成本，还能通过其混合物性能的优化使混凝土的混合密度更强，也更能防范渗透性的发生，可以说粉煤灰的掺入使混凝土的性能得到了优化。不仅如此，通过利用粉煤灰的特殊性能，还能将其应用到矸石充填中，从而使管道填充物流动起来更为顺畅，在节省水泥用量的同时也就意味着更大程度的减少了生产成本，还能使填充物的后期强度更为硬挺。
粉煤灰被运用，关键在于其胶凝性能的发挥，通过一种叫做氢氧化钙的激发剂发挥效用。当它与粉煤灰中的活性三氧化二铝和二氧化硫作用后发生效应时，粉煤灰的胶凝性能也由此显现。
2.3充填工艺
首先，在制备站中要有足够的原料要备设备，用来存放煤矸石粉碎物、水泥、水、减水剂和粉煤灰，除此之外还要有量度或浓度的设备，也就是说，从原料配备到搅拌和输送的环节，每一环节的设备都极其重要，缺一不可。有了这些设备就有了混合物的质量保障，通过高精密度的设备预备，对似膏体数量和质量的高精准检测，从而得到高品质的胶体充填物。
其次，当混合物进行混合后，这种胶体填充物会沿着管道进行输送，输送到采煤工作面的采空区。这里需要强调的是，输浆管路的重要性，其关键部位是由管路和钻孔两部分来操控，矿井下设管座、接管路，总回风巷处下套管、打钻孔，都是为了能够让填充物更为顺畅的输送流动。而一旦发生阻塞，高压水管的启用就能解决大多数的阻塞。此外，充填工作面的高度也限定在2.4米的高档位的普通采集方式。这种方式通常为“采八充一”，具体步骤是，当采空区在填充中所形成的跨度到达9.7米时，靠近最外一排液压的支柱位置则要填充，充填步距要求控制在6.5米，而煤壁与充填隔离之间的距离要保持在3.3米，就此，充填完成。如果想要进入到下一次充填，工作面则要向前推进八个循环，如此即为“采八充一”。如图2所示。
图2综采工作面矸石填充工艺
3综采工作面高效机械化充填采煤法
该采煤方法的运用分别通过75米的走向宽条带进行机械化作业开采，该技术性能高强，开采率高，对地表破坏度小，较好的保护了地面建筑物。
充填设备：溜槽的设计由原有的插接式变为螺旋式，而溜头和溜尾的结合运用使输送机的弯曲度更加趋于完美，不仅较好的控制矸石的充填范围和顺序，并且由于刮板输送机的垂直与水平的弯曲，使填充速度更加快捷，而度插板的插槽设计上的改变也使填充设备更加的坚固。
充填系统：矸石运送到场地后，卸载后进行粉碎，然后输送到运送到回风巷。作业过程中需要借助刮板输送机和胶带输送机，以保证填充矸石最终运送到工作面采空区。
充填工艺：在准备好矸石后就要启用充填刮板输送机，通过上下刮板的配合操作，使矸石被推平的同时进行充填，通过机械板上的两个溜矸孔，来完成矸石的充填。不仅顺序井然，并且能够循环操作。
第一，充填刮板机的悬挂方式非常讲究，采用可调节式悬挂，这样能够在顶板不平整的情况下保证操作正常进行。第二，漏矸孔的插板设计采用便捷化设计理念，对漏矸的控制更加精准。第三，刮板机的上下刮板设计，提高了效率的同时也提升了工程质量。第四，整个操作流程的自动化，节省了人力也提升了安全系数。
充填工作面的技术方式为高档普采，单体液压支架配交接顶梁支护顶板，排柱与排柱的间距界定在800毫米。在第三排支柱中实行倾斜加密支柱工艺，倾斜柱与支柱之间界定在400毫米。最后将抛矸胶带机和胶带输送机放置在采空区中间部位，稍倾斜。当上一次的充填挡墙支柱撤回后，采空区也进行撤回，撤回后再进行由下到上的充填。具体操作为：将胶带的带速值加大，使矸石抛出距离更远，从而提升充填质量。除此之外通过采取相应的措施来加大矸石与胶带间的摩擦力，避免矸石滑落。而胶带抛矸装置也更为科学化，可以很好的调节抛出角度及范围，范围值控制在6至10即可。
4.结论
综上所述，三种建筑物群下煤矿采空区矸石充填技术是一项实用性非常强的技术，通过较为详实的操作分析，说明我国在煤炭业上已经基本实现了矸石不上井的目标，对社会发展具有很深的影响，也为我国煤矿区的持久发展提供了宝贵的借鉴方案，有较强的现实意义。
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作者信息：张大为，（1982-），男，河北唐山人
论文作者:张大为
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/5
标签：矸石论文; 采空区论文; 工作面论文; 煤矸石论文; 粉煤灰论文; 混合物论文; 技术论文; 《防护工程》2019年第7期论文;