綜合 機(jī) 械化 固 體充 填 采煤 技術(shù) 可行性研究報(bào)告 （初稿） 第 I 頁 目 錄 1 緒 論 . 1 項(xiàng)背景及意義 . 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 究內(nèi)容與技術(shù)路線 . 8 2 固體充填采煤技術(shù)總體構(gòu)思及技術(shù)關(guān)鍵 . 11 礦地質(zhì)條件 . 11 有技術(shù)及條件 . 15 填采煤技術(shù)的總體構(gòu)思 . 18 術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn) . 19 3 充填物料井上下運(yùn)輸及垂直投料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 20 填物料 井上運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 20 填物料 垂直投料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 22 下矸石不升井系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 29 4 固體充填采煤關(guān)鍵設(shè)備的選型與設(shè)計(jì) . 33 填采煤關(guān)鍵設(shè)備的性能要求 . 33 填采煤液壓支架設(shè)計(jì) . 36 斷面夯實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 48 孔底卸式輸送機(jī)設(shè)計(jì) . 50 移式充填物料轉(zhuǎn)載輸送機(jī)設(shè)計(jì) . 53 它配套設(shè)備選型 . 54 5 固體 充填采煤 系統(tǒng)布置及工藝設(shè)計(jì) . 56 填采煤 區(qū)域方案設(shè)計(jì) . 56 填與采煤工藝設(shè)計(jì) . 62 6 固體充填采煤地表沉陷預(yù)計(jì) . 67 填 采煤地表控制原理分析 . 67 填采煤地表沉陷預(yù)計(jì)方法選擇 . 69 X X 第 表建（構(gòu)）筑物概況及高速公路的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn) . 72 填采煤沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)選擇 . 73 填采煤沉陷預(yù)計(jì)結(jié)果 . 74 7 項(xiàng)目投資與效益分析 . 81 目的各項(xiàng)投資分析 . 81 填采煤噸煤成本分析 . 83 濟(jì)與社會效益分析 . 84 第 1 頁 1 緒 論 煤炭作為我國主要的支撐能源，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，位于煤炭下游的電力、鋼鐵、鐵路等行 業(yè)對煤炭的需求逐年加大，導(dǎo)致近年來煤炭開采速度加快，隨著礦井開采年限的延長和采深的延伸，一 大 批資源礦井逐步進(jìn)入殘采階段，部分礦井已進(jìn)入衰退期，有的甚至關(guān)井轉(zhuǎn)產(chǎn)。煤礦的 “ 衰老 ” 現(xiàn)象已成為資源型企業(yè)的共性問題， 社會各 界 對 有衰退傾向的礦井 給予 了足夠的重視 。目前許多 礦區(qū)不得不面對傳統(tǒng)技術(shù)無法開采的 “ 三下 ” （建筑物下、鐵路下、水體下）壓煤 難題 。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國國有骨干大中型礦井 “ 三下”壓煤量達(dá)到 140 億 t 以上，然而到目前為止，從“三下”采出的煤炭 僅 有 10 億 t 左右 ，占整個(gè)“三個(gè)”壓煤量的 7%左右。目前多數(shù) 礦井都 存在 “三下” 壓煤的問題，一般都占礦井 可采 儲量的 1030， 部分 高達(dá) 40。由此可見，隨著礦區(qū)煤炭資源的枯竭及相關(guān)行業(yè)對煤炭需求量 的繼續(xù) 加大，礦區(qū) “ 三下 ” 壓煤問題逐漸凸現(xiàn)出來，而建（構(gòu)）筑物下壓煤尤為突出。建（構(gòu)）筑物下壓煤問題直接影響著礦井的正常生產(chǎn)，造成生產(chǎn)接替緊張、產(chǎn)量降低、服務(wù)年限縮短，而且影響礦井的生產(chǎn)布局和總體規(guī)劃，嚴(yán)重制約著礦井的可持續(xù)發(fā)展。 幾十年來，為了解決 “ 三下 ” 壓煤問題，各級地方政府和煤礦企業(yè)都做了大量的工作，科技人員也進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù) 研發(fā) 和推廣普及工作，使 “ 三下 ” 采煤技術(shù)的整體水平有了較大 的提高， 開 發(fā) 了包括遷村開采、條帶開采、限厚開采、協(xié)調(diào)開采、離層帶注漿 充填采煤 、膏體 充填采煤 等多種技術(shù)，然而這些技術(shù)成本過高，且不能達(dá)到高效機(jī)械化， 無法規(guī)模性的開采“三下”壓煤。 目前 采出 的 “三下” 壓煤大約 75%是靠搬遷實(shí)現(xiàn)的，但導(dǎo)致了大量塌陷區(qū)，造成嚴(yán)重的生態(tài)與環(huán)境破壞， 而且相當(dāng)一部分 建筑物具有特殊的歷史或 象征意義 也 難以 搬遷。 同時(shí)，煤礦生產(chǎn)中排放大量的固體廢棄物 統(tǒng)的方式是直接堆放于地表，形成煤礦特有的地表特征 “ 建筑物 ” 矸石山。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國歷年累計(jì)堆放的煤矸石 達(dá) 55 億 t，規(guī)模較大的矸石山有 1600 多座，占用土地約 每年還以 t 的速度 繼續(xù) 增加。 同時(shí) 礦區(qū)的自備電廠生產(chǎn)過程中 也 排放中國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 2 頁 了大量的粉煤灰，據(jù)統(tǒng)計(jì) 全國 粉煤灰 存量已超過 5 億 t，且以每年 50007000 萬 t 的速度快速增 加 ， 給礦區(qū)帶了新的難題 。 就陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司而言， 整個(gè)礦區(qū)壓煤量巨大。例如 寺家莊煤礦地質(zhì)儲量 t，其中村莊和水資源壓煤量 t，占總資源儲量的 五礦后備區(qū)地質(zhì)儲量 t，其中村莊和環(huán)境保護(hù)區(qū)壓煤量達(dá) t，占到總資源量的 38%；二礦合計(jì)全部壓煤量達(dá) t； 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 “三下”壓煤資源 約 t，約占可采儲量 t 的 36%，僅太舊高速保護(hù)煤柱的壓煤就達(dá)到 t，而準(zhǔn)備采用充填采煤技術(shù)的 井田西北部 太舊 高速 和村莊下壓煤 達(dá)到 4000 萬 t；這些壓煤資源的無法開采嚴(yán)重 影響 了集團(tuán)公司煤礦的生產(chǎn)建設(shè)，制約著 公司 的 可持續(xù)發(fā)展。 陽泉礦區(qū) 的 固體廢棄物 由于多年積累，城市周圍 分布著 26 座 矸石 山 ，其 占地超過 4300 畝、 矸石 存 量 超過 2 億 t， 此外還有超過 2000 萬 t 的 電廠 粉煤灰 未 得到有效 處理 。這些固體廢棄物的 排放 不僅占用了大量土地，還增加了 企業(yè) 生產(chǎn)的附加成 本（僅 山西 新元煤炭有限公司 2011 年的排矸費(fèi)用就高達(dá) 2540 萬元） 。 此外 矸石 、粉煤灰 風(fēng)化后的粉塵嚴(yán)重影響 了 礦區(qū) 的 空氣質(zhì)量 ， 淋雨后 其 中含有的重金屬物質(zhì) 又 進(jìn)入地下水，污染水資源； 同時(shí) 矸石山內(nèi)部容易發(fā)熱自燃， 釋放有害氣體（據(jù)估計(jì)僅 陽泉 礦區(qū)周邊矸石山 每年 釋放 的 達(dá) 2 萬 t）， 潛藏 爆炸危險(xiǎn) ， 嚴(yán)重 威脅礦區(qū)群眾的安全 。 這些 固體廢棄物的治理問題 已經(jīng)成為 陽泉礦區(qū) 建設(shè)和諧生態(tài)、建設(shè)和諧 礦區(qū) 的一大障礙。 由此可知，研發(fā)一種 實(shí)現(xiàn)“三下” 壓煤規(guī)模性開采、解決固體廢棄物排放等問題的技術(shù)，是 陽泉 礦區(qū)亟待解決的重大科學(xué)與工程技術(shù)難題。 通過調(diào)研， 陽泉集團(tuán) 與中國礦業(yè)大學(xué)合作，提出了 “ 綜合機(jī)械化固體充填 采煤技術(shù) ” 項(xiàng)目 研究 ，旨在 通過研發(fā)工作面 固體充填采煤 設(shè)備及工藝 等技術(shù) ， 在保證地表建（構(gòu)）筑物安全使用的前提下， 達(dá)到開采出 “三下” 壓煤 的目的 ， 并 實(shí)現(xiàn)固體廢棄物井下處理 減少輔助運(yùn)輸壓力、降低排矸費(fèi)用 ，減少固體廢棄物地面堆積對環(huán)境的污染破壞，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展 。 該技術(shù)的研究具有以下重要意義： （ 1）提高礦井煤炭采出率，延長礦井服務(wù)年限 第 3 頁 研發(fā)的 綜合機(jī)械化固體充填 采煤技術(shù) 可 安全 高效采出 “三下” 壓煤 ， 采出率可達(dá) 85%，延長了礦井的服務(wù)年限。同時(shí)， 緩 解 了資源枯竭型礦井帶來的人員就業(yè)問題，確保了礦區(qū)社會的穩(wěn)定。 （ 2）實(shí)現(xiàn)矸石等固體廢棄物井下處理，改善礦區(qū)周邊生態(tài)與生存環(huán)境 該項(xiàng)技術(shù)的成功實(shí)施，可解決矸石等地面排放帶來的生態(tài)環(huán)境破壞問題，改善礦區(qū)周邊的環(huán)境，以及生存與生活環(huán)境。 （ 3）革新煤礦企業(yè)的采煤方法，為類似條件礦井開采提供重要的技術(shù)借鑒 該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，將推動我國 “ 三下 ” 壓煤開采技術(shù)的發(fā)展，革新充填采煤技術(shù)，為我國存在類似問題的礦井開采提供重要的技術(shù)借鑒。 總之，該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)對充填采煤方法的發(fā)展具有重要意義，對 “ 三下 ” 壓煤開采技術(shù)的發(fā)展具有 推動作用，其科學(xué)與工程技術(shù)意義重大。 充填采煤就是在 用 井下或地面 的 矸石、 粉煤灰 等 充填 物料 充入 采空區(qū)，達(dá)到控制巖層運(yùn)動及地表沉陷的目的。按充填方式可分為水力充填、風(fēng)力充填、機(jī)械充填、矸石自溜充填等。按所采用充填物料和輸送方式的不同，將充填采煤方法分為：用礦車、風(fēng)力或其它機(jī)械輸送干式充填料充填采空區(qū)的干式充填采礦法；用水力管道輸送選廠尾砂、山砂、河砂、爐渣、棒磨砂、碎石等充填料充填采空區(qū)的水力充填采礦法；用水泥及其代用品或其它膠凝材料與選廠尾砂等配制成具有膠結(jié)性質(zhì)的充填物料充填采空區(qū)的膠結(jié) 充填采礦法。國外在重要建（構(gòu)）筑物下開采時(shí)，也曾采用混凝土充填。 國外（如波蘭、德國、法國等）煤礦都曾采用過充填法采煤。充填采煤在波蘭、德國發(fā)展應(yīng)用效果好且廣泛。波蘭在城鎮(zhèn)及工業(yè)建（構(gòu)）筑物下采煤時(shí)采用水砂充填的采煤量占全國建（構(gòu)）筑物下采煤量的 80%左右。國外使用的充填料通常是河砂、煤矸石和電廠粉煤灰等。英國、法國、比利時(shí)等國都不同程度地采用了風(fēng)力充填方法。我國在撫順用廢油母頁巖充填采空區(qū)，下沉系數(shù)為 蛟河煤礦將矸石破碎作為充填物料，其下沉系數(shù)為 礦山充填技術(shù)是為了滿足采礦工業(yè)的需要發(fā)展 起來的。礦山充填雖然已達(dá)數(shù)中國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 4 頁 百年的歷史，但早期的是從礦山排棄地下廢料開始的，最早有計(jì)劃地進(jìn)行充填 的是 1915 年澳大利亞的塔斯馬尼亞芒特萊爾礦和北萊爾礦應(yīng)用廢石 充填采煤 。 在礦山充填方面取得較大的進(jìn)展，在國外有將近 60 年的歷史，而在我國則是近 40 年的歷史。國內(nèi)外礦山充填技術(shù)的發(fā)展均經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，但國內(nèi)的發(fā)展要比國外滯后 1020 年，由于借鑒了國外的經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)行科技創(chuàng)新，因而其差距已逐步縮小。 第一階段： 國外在二十世紀(jì) 40 年代以前，以處理廢棄物為目的，在不完全了解充填物料性質(zhì)和使用效果的情況下，將礦山廢料 送入井下采空區(qū)。如澳大利亞北萊爾礦在上世紀(jì)初的廢石充填，以及加拿大諾蘭達(dá)公司霍恩礦在 30 年代將粒狀爐渣加磁黃鐵礦充入采空區(qū)。 國內(nèi)在上世紀(jì) 50 年代以前，均是以處理廢棄物為目的的廢石干式充填工藝。廢石干式充填采礦法曾在 50 年代初期成為我國主要的采礦法之一， 1955 年在有色金屬礦床地下開采中占 在黑色金屬礦床地下開采中竟達(dá)到了 但于1956 年以后，隨著回采技術(shù)的發(fā)展，廢石干式充填因其效率低，生產(chǎn)能力小和勞動強(qiáng)度大，滿足不了回采技術(shù)發(fā)展的需要。因而，自 1956 年開始，國內(nèi)干式充填法所占比重下降 ，到 1963 年在有色礦山擔(dān)負(fù)的產(chǎn)量僅占 處于被淘汰的地位。 第二階段： 20 世紀(jì) 4050 年代，澳大利亞和加拿大等國的一些礦山開發(fā)并應(yīng)用了水砂充填技術(shù)。從此真正將礦山充填納入了采礦計(jì)劃，成為采礦系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，并且對充填料及充填工藝展開研究。這一階段主要是將尾礦借助水力充入井下采空區(qū)，其充填料的輸送濃度較低，一般在 6070%左右，需要在采場大量脫水。因而通過脫除尾礦的細(xì)泥部分以控制滲透速度，并確定了以 100 滲透速度作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用水砂充填的礦山已較多，如澳大利亞的布羅肯希爾礦和加拿大的 一些礦山廣泛應(yīng)用了這一工藝。 國內(nèi)礦山從 60 年代才開始采用水砂充填工藝。 1965 年在錫礦山南礦為了控制大面積地壓活動，首次采用了尾礦水力充填采空區(qū)工藝，有效地緩減了地表下沉。湘潭錳礦也從 1960 年開始采用碎石水力充填工藝，以防止礦坑內(nèi)因火災(zāi)，并取得了較好的效果。 70 年代在銅綠山銅鐵礦、招遠(yuǎn)金礦和凡口鉛鋅礦等礦山應(yīng)用了尾第 5 頁 礦水力充填工藝， 80 年代則已在國內(nèi) 60 余座有色、黑色等金屬礦山的開采中廣泛應(yīng)用了水砂充填。 第三階段： 6070 年代，開始應(yīng)用和研發(fā)尾礦膠結(jié)充填技術(shù)。由于非膠結(jié) 充填物料 無自立能力，難以滿足采礦 工藝高回采率和低貧化率的需要，因而在水砂充填工藝得以發(fā)展并推廣應(yīng)用后，就開始發(fā)展采用膠結(jié)充填技術(shù)。其代表礦山有澳大利亞的芒特艾薩礦，于 60 年代采用尾礦膠結(jié)充填工藝回采底柱，其水泥添加量為 12%。隨著膠結(jié)充填技術(shù)的發(fā)展，在這一階段已開始深入研究充填料的特性、充填料與圍巖的相互作用、 充填物料 的穩(wěn)定性和充填膠凝材料。 國內(nèi)初期的膠結(jié)充填均為傳統(tǒng)的混凝土充填，即完全按建筑混凝土的要求和工藝制備輸送膠結(jié)充填料。其中凡口鉛鋅礦從 1964 年開始采用壓氣缸風(fēng)力輸送混凝土膠結(jié)充填， 充填物料 水泥單耗為 240kg/川龍首 鎳礦也于 1965 年開始應(yīng)用戈壁集料作為集料的膠結(jié)充填工藝，并采用電耙接力輸送。其 充填物料 水泥單耗量為 200kg/種傳統(tǒng)的粗骨料膠結(jié)充填的輸送工藝復(fù)雜，且對物料級配的要求較高，因而一直未獲得大規(guī)模推廣使用。在 70 年代至 80 年代，上述充填幾乎被細(xì)砂膠結(jié)充填完全取代。細(xì)砂膠結(jié)充填于 70 年代開始在凡口鉛鋅礦、招遠(yuǎn)金礦和焦家金礦等礦山獲得應(yīng)用。細(xì)砂膠結(jié)充填以尾礦、天然砂和棒磨砂等材料作為充填集料，膠結(jié)劑主要為水泥。集料與膠結(jié)劑通過攪拌制備成料漿后，以兩相流管輸方式輸入采場進(jìn)行充填。因細(xì)砂膠結(jié)充填兼有膠結(jié)強(qiáng)度和 適于管道水力輸送的特點(diǎn)，因而于 80 年代得到廣泛推廣應(yīng)用。目前，以分級尾礦、天然砂和棒磨砂等材料作為集料的細(xì)砂膠結(jié)充填工藝與技術(shù)已日臻成熟，并已在二十多座礦山應(yīng)用細(xì)砂膠結(jié)充填技術(shù)。 第四階段： 20 世紀(jì) 8090 年代，隨著采礦工業(yè)的發(fā)展，原充填工藝已不能滿足回采工藝的要求和進(jìn)一步降低采礦成本或環(huán)境保護(hù)的需要，因而發(fā)展了高濃度充填技術(shù)、膏體充填、塊石砂漿膠結(jié)充填和全尾礦膠結(jié)充填等新技術(shù)。高濃度充填是指充填料到達(dá)采場后，雖有多余水分滲出，但其多余水分的滲透速度很低、濃度變化較慢的一種充填方式。制作高濃度的物料包括天 然集料、破碎巖石料和選礦尾砂。對于天然砂和尾礦料的高濃度概念，一般是指重量濃度達(dá)到了 75%的中國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 6 頁 充填料漿。所謂膏體充填則指充填料呈膏狀，在采場不脫水，其膠結(jié) 充填物料 具有良好的強(qiáng)度特性。塊石砂漿膠結(jié)充填則指以塊石作為充填集料，以水泥漿或砂漿作為膠結(jié)介質(zhì)的一種在采場不脫水的高質(zhì)量充填技術(shù)。全尾礦膠結(jié)充填則是指尾礦不分級，全部用作礦山充填料，這對于尾礦產(chǎn)率低和需要實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)的礦山是十分有價(jià)值的。國外有澳大利亞的坎寧頓礦、加拿大的基德克里克礦、洛維考特礦、金巨人礦和奇莫太礦，德國的格隆德礦和奧地利的布萊堡礦，以及南非、美國和俄羅斯的一些地下礦山都在近年來應(yīng)用了這些新的充填工藝與技術(shù)。國內(nèi)則分別在凡口鉛鋅礦、濟(jì)南的張馬屯礦、湘西金礦等礦山投入應(yīng)用。 目前礦山應(yīng)用的充填采煤方法與技術(shù)主要如下： （ 1）膠結(jié)充填采礦法 膠結(jié)充填始于 20 世紀(jì) 50 年代的加拿大，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，高濃度的膠結(jié)充填技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用于實(shí)踐。例如：似膏體充填、膏體充填等。膠結(jié)充填物料包括包括膠結(jié)劑、充填骨料和水。一般地講，膠結(jié)劑應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：第一，形成的膠結(jié) 充填物料 達(dá)到控制巖層移動和地表變形所需的強(qiáng)度；第二，膠結(jié)劑和對應(yīng)的充填物料成本低廉。新型 的材料主要有全砂材料與高水速凝材料。前者所固結(jié)的砂土中含泥量可達(dá) 50%甚至更高，而水泥一般在 20%左右；后者能將 9倍于自身體積的水凝結(jié)成固體，具有速凝早強(qiáng)的特性。 （ 2）覆巖離層注漿充填法 覆巖離層注漿充填法是利用礦層開采后覆巖開裂過程中形成的離層空間，借助高壓注漿泵，從地面通過鉆孔向離層空間注入充填物料，占據(jù)空間、減少采出空間向上的傳遞，支撐離層上位巖層、減緩巖層的進(jìn)一步彎曲下沉，從而達(dá)到減緩地表下沉的目的。 該充填法是近年來才開發(fā)研究的。研究認(rèn)為采場離層帶的產(chǎn)生是有一定條件的，即在煤層上覆巖層中存在硬度 明顯不同且具有一定厚度的巖層。且通過試驗(yàn)表明，在工作面前后方 1520m 處離層發(fā)展最為充分。我國自 20 世紀(jì) 80 年代后期先后在大屯徐莊煤礦、新汶華豐煤礦、兗州東灘煤礦等進(jìn)行了離層注漿試驗(yàn)，不同程度地減緩了地表沉陷，取得了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得了一定的效果。但對離第 7 頁 層注漿的減沉效果尚存在爭論。 （ 3）冒落矸石空隙注漿膠結(jié)充填減沉法 該技術(shù)利用冒落帶巖石的碎脹性注入膠結(jié)材料對采空區(qū)矸石進(jìn)行固結(jié)，現(xiàn)在尚處于實(shí)驗(yàn)階段。此充填法有以下特點(diǎn)：第一，漿液充填至采空區(qū)冒落矸石的空隙；第二，漿液凝固后有膠結(jié)性能及一定的強(qiáng)度；第三， 充填漿液凝固后無水析出，克服了水砂充填排濾水的難題；第四，充填與采煤平行作業(yè)。 （ 4）粉煤灰部分代替水泥充填法 在應(yīng)用水砂膠結(jié)充填的礦井中，為了節(jié)約生產(chǎn)成本和保護(hù)生態(tài)環(huán)境，有人提出用熱電廠的粉煤灰部分地代替水泥形成充填料漿，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。粉煤灰是熱電廠排棄的廢料，占用土地、污染環(huán)境，年排放量在 1 億 t 左右，但利用率僅為 23%。研究表明，粉煤灰是一種人工火山灰材料，具有一定的膠結(jié)性能，可以部分地代替水泥，在礦山充填領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 （ 5）煤矸石充填采煤法 在煤礦的煤炭生產(chǎn)中伴隨產(chǎn)生的固體廢 物矸石在 1525%，我國歷年累計(jì)堆放的煤矸石約 55 億 t，而且堆積量每年還以 t 的速度增加。美國年產(chǎn)矸石量也在 t 以上 ，經(jīng)洗選產(chǎn)生的入選煤量的 30%做為矸石直接排放于矸石山。相關(guān)專家學(xué)者普遍認(rèn)為，煤礦排矸帶來的問題，可以通過煤矸石作為充填物料充填在井下得以解決。 合理的矸石充填技術(shù)能夠置換出更多的煤炭資源，從而提高煤炭資源的采出率。矸石充填技術(shù)在 19 世紀(jì) 50 年代的歐洲煤炭行業(yè)中應(yīng)用較為普遍。美國在長壁工作面以及近距離煤層開采中，也采用了矸石充填技術(shù)。同時(shí)認(rèn)為矸石充填技術(shù)一方面能控制地表的 下沉而達(dá)到加強(qiáng)礦井通風(fēng)的管理、防止井下煤炭自燃的目的。風(fēng)流經(jīng)過井下通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)墻、風(fēng)橋等時(shí)會出現(xiàn)漏風(fēng)的狀況，這些都是由于地表運(yùn)動產(chǎn)生裂隙引起的，充填可以解決上述問題。 矸石充填的方法一般根據(jù)充填料充填采空區(qū)的方式來確定，包括人工充填、機(jī)械充填、風(fēng)力充填、水力充填。常用的兩種充填方法是風(fēng)力充填和水力充填。不同的充填系統(tǒng)的充填料一般由新掘進(jìn)矸石、矸石山矸石、砂子、采石場碎石及中國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 8 頁 粉煤灰等，并且一般加入膠結(jié)料或其它添加劑組成。 考慮到煤礦矸石成分中含有大量的摩擦系數(shù)小的礦物成分（粘土），矸石 充填物料 沒有足夠的支撐力 適用所有需保護(hù)地表的井下充填。因此，在矸石中添加適當(dāng)?shù)哪z結(jié)材料，可提高充填矸石的強(qiáng)度和剛度。但膠結(jié)材料與矸石混合后含有大量的影響 充填物料 強(qiáng)度的物質(zhì)（粘土、煤、黃鐵礦）。相關(guān)研究表明：粉煤與易膨脹的粘土暴露在 充填物料 表面，有可能吸水膨脹導(dǎo)致 充填物料 內(nèi)層暴露并被氧化；黃鐵礦暴露在 充填物料 的表面，很容易在水和空氣的作用下被氧化，形成硫酸亞鐵及酸性水，硫酸亞鐵被進(jìn)一步氧化成硫酸鐵。隨著與堿土金屬物（粘土礦物）的混合，黃鐵礦被氧化后，大多數(shù)硫酸鹽離子逐漸成為自由狀態(tài)，形成硫酸鈣、硫酸鎂、硫酸鈉以及硫酸鉀等。硫酸鹽與硅 酸鹽水泥中的成分發(fā)生反應(yīng)，形成新的不溶解混合物。這種混合物的形成過程中分子體積增大，引起膠結(jié)體體積膨脹甚至崩解。硫酸鎂、硫酸鈉以及硫酸鉀比硫酸鈣更易溶于水，所以對膠結(jié) 充填物料 的影響更大。 針對以上膠結(jié)矸石充填帶來的問題，研究認(rèn)為煤礦矸石并不是好的充填骨料，膠結(jié) 充填物料 也不一定是煤礦好的 充填物料 。未膠結(jié)的煤矸石 充填物料 將有足夠支撐強(qiáng)度控制上覆巖層，尤其是在殘留的煤柱被動支護(hù)中。且認(rèn)為研究未膠結(jié)煤矸石作為充填物料，是煤礦充填技術(shù)發(fā)展的方向。 近幾年來，根據(jù)煤礦充填 采煤 技術(shù)的發(fā)展方向，中國礦業(yè)大學(xué) 固體充填采煤課題 研究組先后開發(fā)了采空區(qū)高效機(jī)械化矸石充填采煤技術(shù)、建筑物下固體充填長壁綜合機(jī)械化采煤技術(shù)、安全高效高回收率 固體充填 采煤技術(shù)等，并在新汶、兗州、濟(jì)寧、皖北、淮北、開灤、 平頂山 等礦區(qū)取得成功應(yīng)用，解放了 大量 的“三下”壓煤 資源。 綜合機(jī)械化固體充填 采煤技術(shù) 是將固體充填物料（矸石、粉煤灰等）充填 入采空區(qū)內(nèi)，在保證地表建（構(gòu)）筑物正常安全使用的前提下，最大程度的實(shí)現(xiàn) “三下” 壓煤的開采，因此，主要研究內(nèi)容如下： 第 9 頁 （ 1）充填物料的物理力學(xué)特性測試分析 充填物料 的基本特性測試主 要包括物理化學(xué)特性和力學(xué)特性，力學(xué)特性主要是 充填物料 不同級配條件下的壓實(shí)特性試驗(yàn)研究，測試 充填物料 的壓實(shí)度、密度與壓應(yīng)力變化規(guī)律，其試驗(yàn)結(jié)果為充填采煤技術(shù)的研究提供可靠的基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 （ 2）充填物料井上下運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)試驗(yàn)得到的 充填物料 基本特性，設(shè)計(jì)合理的 垂直投料輸送系統(tǒng) ，確保 垂直投料輸送系統(tǒng) 的可靠性及固體充填物料的快速連續(xù)運(yùn)輸，并根據(jù)礦井現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，結(jié)合充填物料的運(yùn)輸要求，設(shè)計(jì) 充填物料 井上、井下 充填物料 運(yùn)輸系統(tǒng)，以保證充填采煤工作面 充填 物料的 及時(shí) 供應(yīng)。 （ 3）充填采煤關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)原理與選型分析 充 填采煤關(guān)鍵設(shè)備包括采煤設(shè)備與充填設(shè)備。采煤設(shè)備主要有采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等；充填設(shè)備主要有 充填采煤液壓支架、 固體充填物料多孔底卸式輸送機(jī)、夯實(shí)機(jī)、固體充填物料轉(zhuǎn)載輸送機(jī)等。研發(fā)的充填采煤設(shè)備要確保采煤與充填在有限的空間內(nèi)并行作業(yè)。 （ 4）充填采煤系統(tǒng)布置及采煤與充填工藝設(shè)計(jì) 基于試驗(yàn)區(qū)域的具體地質(zhì)采礦條件，布置充填采煤系統(tǒng)，并優(yōu)化設(shè)計(jì)采煤與充填工藝，在保證充填效果的前提下， 實(shí)現(xiàn)充填與采煤平行作業(yè)， 最大程度的提高 工作面生產(chǎn) 效率。 （ 5）充填采煤沿空留巷 支護(hù)方案 及工藝設(shè)計(jì) 基于 綜合 機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)的特點(diǎn)，分 析充填采煤沿空留巷的圍巖變形特征及控制機(jī)理，設(shè)計(jì)合理的充填采煤沿空留巷 支護(hù) 方案及工藝。 （ 6）充填采煤巖層移動規(guī)律研究 在分析 充填物料 壓實(shí)變形特征的基礎(chǔ)上，建立充填采煤的等價(jià)采高力學(xué)模型。運(yùn)用等價(jià)采高的概念，可以將 充填采煤 視為 “ 極薄煤層 ” 開采，則可用傳統(tǒng)礦壓理論方法 預(yù)測 固體 充填采煤 中的礦壓顯現(xiàn) 情況 ，并采用數(shù)值分析分析方法，揭示充填采煤 巖層移動特征。 （ 7）充填采煤地表沉陷控制研究 中國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 10 頁 依據(jù)地表沉陷的概率積分法原理，結(jié)合礦井 充填采煤 區(qū)域的采礦地質(zhì)特征，采用 表沉陷預(yù)計(jì)軟件，研究分析充填采煤地表沉陷規(guī)律，為 地表沉陷的控制提供理論依據(jù)。 本項(xiàng)目研究 擬 采用現(xiàn)場調(diào)研、理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、 數(shù)值 模擬 、工業(yè)性試驗(yàn)等綜合研究方法，具體技術(shù)路線如圖 1示。 充填材料的物理力學(xué)特性測試分析固體充填材料井上下運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)充填采煤關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)原理與選型分析充填采煤系統(tǒng)布置及采煤與充填工藝設(shè)計(jì)充填采煤沿空留巷支護(hù)方案及工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)場調(diào)研理論分析實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)值模擬研究內(nèi)容研究方法工業(yè)性試驗(yàn)充填采煤巖層移動及地表沉陷規(guī)律研究綜 合 機(jī) 械 化 固 體 充 填 采 煤 技 術(shù)圖 1目研究技術(shù)路線 第 11 頁 2 固體充填采煤技術(shù)總體構(gòu)思及技術(shù)關(guān)鍵 試驗(yàn)開采區(qū)域?yàn)?充填采區(qū)，是 南燕竹 村 及高速公路預(yù)留保護(hù)煤柱，位于井田的北部， 北至已回采完畢的 310304 工作面，南至西采區(qū)輔助回風(fēng)巷，東至北區(qū)膠帶巷，西至 3415 副巷，長 2170m，寬 1260m， 面積約 該區(qū)域地面 標(biāo)高10501120m，煤層標(biāo)高 600710m，平均埋深約 430m； 地表主要為第四系黃土覆蓋區(qū)，有大面積農(nóng)田和少量經(jīng)濟(jì)林木（蘋果、核、梨、楊木、蘆葦、苗圃等）分布，地表山梁、丘陵、陡坎和溝谷縱橫交錯(cuò)分布?？刹擅簩訛?3 號 、 9 號 和 15 號煤層， 3 號 煤層厚度 9 號 煤層厚度 15 號 煤層厚度約 覆的總資源量約為 4000 萬 t， 3 號煤層的可采儲量約為 825 萬 t。 （ 1） 充填采煤 區(qū)域 地層 情況 本區(qū)范圍內(nèi)鉆孔揭露及地表出露的地層：由老到新依次為奧陶系峰峰組（ ；石炭系中統(tǒng)本溪組（ 石炭系上統(tǒng)太原組（ 二疊系下統(tǒng)山西組（ 二疊系下統(tǒng)石盒子組（ 上統(tǒng)石盒子組（ 第四系（ Q）黃土覆蓋層。 （ 2）煤層及頂、底板情況 設(shè)計(jì) 充填 開采 3號 煤， 3號 煤層賦存穩(wěn)定，煤層全區(qū)均可采，厚度為 均厚度約 層內(nèi)含 13 層夾石； 3 號 煤工業(yè)指標(biāo)見表 2煤層頂?shù)装迩闆r見表 2 表 2 號煤工業(yè)指標(biāo) 煤層 ) ) ) ) P d(%) MJ/ 3 號 煤 國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 12 頁 表 2 號煤頂?shù)装迩闆r 類別 巖層名稱 厚度 /m 主要巖層性質(zhì) 頂板 老頂 中粒砂巖 白色，以石英為主，含暗色礦物，分選 磨圓度好。 直接頂 砂質(zhì)泥巖 黑色，節(jié)理發(fā)育，局部變相為砂巖 偽頂 泥巖 黑色，含植物化石和炭質(zhì)成分，易冒落。 煤層 3 號 煤 色，玻璃光澤，硬度 23，于半 亮、光亮型煤。 底板 直接底 砂質(zhì)泥巖 黑色，含大量植物根莖化石碎片。 老底 中粒砂巖 白色，以石英為主，夾泥巖條帶。 （ 3） 水文地質(zhì)條件 3 號 煤層頂板水主要為砂巖裂隙水，具有突然來水性，局部有壓力，無色略呈渾濁，但壓力回隨時(shí)間降低，無味，中性偏堿，一般在巷道頂部沿裂隙或者頂部錨桿、錨索孔呈線狀或點(diǎn)狀涌出，常呈淋頭水狀態(tài)出現(xiàn)。充水因素是 3#煤頂板上部 和 巖裂隙含水層，主要通過頂板裂縫或冒落產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙向回采工作面進(jìn)水 ，出現(xiàn)形式以淋頭水為主，局部會出現(xiàn)突然頂板涌水，涌水量短期一次性將達(dá)到 1025m3/h 左右。最大涌水量 60m3/h，正常涌水量 1025m3/h。 （ 4）其他地質(zhì)情況 瓦斯：根據(jù)煤科撫順分院對 3 號煤瓦斯涌出量預(yù)測資料，預(yù)計(jì)采區(qū)瓦斯含量為 g；相對瓦斯涌出量為 t。在向斜構(gòu)造發(fā)育和存在構(gòu)造影響軟煤的的局部范圍內(nèi)瓦斯有突出危險(xiǎn)性。 煤塵：據(jù)井田地質(zhì)報(bào)告和鄰近煤礦資料， 3 號煤層煤塵有爆炸危險(xiǎn)性。 煤層自燃： 3 號煤層局部有自燃傾向性。 試采區(qū)域?yàn)樾略?煤炭有限公司井田北部的南燕竹村和太舊高速公路壓煤塊段。地面南燕竹村為鎮(zhèn)政府所在地，有 常駐人口 約 3200 人，建筑物既有近年來所建的 25 層磚混結(jié)構(gòu)樓房，也有建筑年代較久遠(yuǎn)的窯洞和窯洞式平房 ，建筑面積約 60000混結(jié)構(gòu)新房抗變形能力較強(qiáng)，而大部分舊窯洞和窯洞式平房年久失修、自然損壞嚴(yán)重，抗變形能力極差；太舊高速公路長度約 試采區(qū)域正第 13 頁 上方穿過；白馬河、 省道榆 216） 基本平行于太舊高速公路，途徑南燕竹村，也從試采區(qū)域正上方穿過 ，過境約 圖 2示。 地表主要建筑物實(shí)拍如圖 2示。 1 1 2 4 . 0 06 1 8 . 2 0通風(fēng)西火藥庫風(fēng) 巷西總總 回集中運(yùn)輸下山集中回風(fēng)下山集中膠帶下山集中回風(fēng)下山集中運(yùn)輸下山排矸繞道南1 1 2 5 . 6 56 2 2 . 5 3冀家垴7 - 42 . 3 9牲北一副巷北 東 回 風(fēng) 大 巷北 東 輔 運(yùn) 巷737 3 020202572 0 1 0 20202 3 2 5 201681 7 31 5 71210852664162468752 5 56171 1 2 3 . 8 06 1 7 . 5 5北二副巷北二中間巷63H= 運(yùn) 輸 大 巷回風(fēng) 巷4 5北區(qū)膠帶巷巷風(fēng) 回北 北輔運(yùn)巷通風(fēng)963532 1680690北七正巷北七副巷2 . 2 17 1 2 . 1 21 1 0 4 . 8 0P 5 0P 5 11 0 5 6 . 4 26 1 4 . 8 62 . 3 25 9 05 8 06 0 06 10河馬白0南燕竹村西助輔西 運(yùn) 輸 大 巷西 回 風(fēng) 大 巷一巷正北 西 回 風(fēng) 大 巷巷大帶膠西巷西二副巷巷尾中巷副巷西三巷正H=巷42H=06 806 706 606 502 5 818 23 0 361 5 2 5 86 906 2 0太 舊 高 速 公 路 預(yù) 留 煤 柱 邊 界南燕竹及高速公路預(yù)留保護(hù)煤柱西采區(qū)輔助回風(fēng)巷6 306 40H=60H= 西四中間巷巷副4 5 副3 0 35 7 02 . 7 9 巷正巷間中五西副巷正巷H =4 .8 07 10冀家垴8 3H =4 .8 43114 3 1 0 5 0 . 4 26 8 7 . 0 63 1 0 3 0 4 綜采7 1 9 25N 3 21 0 5 3 . 4 36 7 0 . 6 43 . 1 72 . 6 2 mH=北一正巷H=8H=5正巷西六中間巷巷副1 米4 2 2 . 3 4冀家垴風(fēng)井西七中間巷副巷北二正巷北三正巷北三副巷H= 7 9 0 3 0 2正巷3415副巷3415正巷2011設(shè)計(jì)停采線設(shè)計(jì)停采線1 5 2 0 設(shè)計(jì)停采線 3415中間巷圖 2填 采煤區(qū)域 井上下對照 圖 2填 采區(qū)地表 建筑物照片 中國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 14 頁 圖 2填 采區(qū)地表 建筑物照片 圖 2填 采區(qū)地表 建筑物照片 第 15 頁 （ 1） 陽煤集團(tuán)及 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的前身為陽泉礦務(wù)局，成立于 1950 年 1 月，現(xiàn)為山西省屬五大煤炭集團(tuán)之一?？傎Y產(chǎn) 639 億元，凈資產(chǎn) 183 億元，下屬 36 個(gè)分公司， 39 個(gè)控股子公司，員工 人。 2008 年，實(shí)現(xiàn)銷售收入 元，位列中國企業(yè) 500 強(qiáng)第 179 位，其中煤 炭產(chǎn)量 3837 萬 t，銷售收入 元；非煤產(chǎn)業(yè)銷售收入 元 ， 其中化工產(chǎn)業(yè)銷售收入 元。位列全國 500強(qiáng)企業(yè)第 179 位、煤炭 100 強(qiáng)第 10 位。陽煤集團(tuán)是國家規(guī)劃的 13 個(gè)大型煤炭基地之 一 是首批 19 個(gè)煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)之一。 陽煤集團(tuán)以盛產(chǎn)“陽優(yōu)”牌無煙煤馳名中外，具有得天獨(dú)厚的巨量資源賦存，交通暢達(dá)便利，人文環(huán)境優(yōu)越，裝備設(shè)施精良，科技實(shí)力雄厚。礦區(qū)井田規(guī)劃總面積 質(zhì)儲量 120 億 t，可采儲量 63 億 t，是我國最大的無煙煤生產(chǎn)企業(yè)。主 要產(chǎn)品有塊炭、末煤、冶金用末精煤等 5 大品種、 20 多個(gè)產(chǎn)品，其中多個(gè)榮獲國家、省優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品稱號，是電力、冶金、化工、建材和民用的上好燃料和原料，在全國設(shè)有便捷高效的銷售網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)品主要行銷國內(nèi)的大鋼廠、大電廠以及化工、建材、化肥企業(yè)，并部分出口國外。 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 經(jīng)國家發(fā)展計(jì)劃委員會 2002 年正式批準(zhǔn)立項(xiàng)，由陽泉煤業(yè) (集團(tuán) )有限責(zé)任公司與廣東藍(lán)粵能源發(fā)展有限公司共同投資建設(shè)，其控股公司為陽泉煤業(yè) (集團(tuán) )有限責(zé)任公司。 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 是山西省 2002年、 2003 年、 2004 年的重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目 之一，也是晉中市雙百項(xiàng)目之一，并 且連續(xù)五年列入國家級重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目。 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 地處山西省壽陽縣境內(nèi)，距太原市 60陽泉市 25鄰石太鐵路、太舊高速公路，地理位置優(yōu)越，交通條件便利。該井田位于沁水煤田東北部，主采煤層為 3 號 、 9 號 、 15 號 。礦井地質(zhì)儲量 t，可采儲量 t。煤種主要為貧煤、貧瘦煤及無煙煤，屬中低灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)品種煤，可作為高爐噴吹煤及出口用煤等，市場前景十分看好。公司建成后，為陽煤集團(tuán)持續(xù)發(fā)展增 添了 后勁， 為 地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展 注入了 新動力 。 中國礦業(yè)大學(xué) 陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 第 16 頁 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 以建設(shè)一流的高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井為目標(biāo)，礦井一期工程建設(shè)規(guī)模為 300 萬 t a，投資 元；礦井二期建設(shè)總規(guī)模 600 萬 t a，礦井總投資 24 億元， 已于 2010 年達(dá)產(chǎn)。 礦井項(xiàng)目按照現(xiàn)代企業(yè)制度運(yùn)行，實(shí)行項(xiàng)目法人制、工程監(jiān)理制。 山西新元煤炭有限責(zé)任公司 項(xiàng)目籌備處于 2002 年 4 月成立， 2003 年初礦建施工正式開始。經(jīng)過廣大建設(shè)者四年艱苦奮斗和無私奉獻(xiàn)， 2007 年 3 月一期首采工作面形成。 陽煤集團(tuán)雄厚的技術(shù)力量、一流的管理水平、集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)對充填采煤技術(shù)的高度重視及 山西新元煤炭有限責(zé)任 公司 已具備先進(jìn)的裝備技術(shù)水平、勇于創(chuàng)新的發(fā)展理念都為項(xiàng)目的實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 （ 2）中國礦業(yè)大學(xué) 中國礦業(yè)大學(xué)是直屬教育部管理的全國重點(diǎn)大學(xué)，是國家 “ 211 工程 ” 重點(diǎn)建設(shè)的高校之一?，F(xiàn)有 2 個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和 1 個(gè)國家工程研究中心， 2 個(gè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、 6 個(gè)省部級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和 3 個(gè)省部級工程技術(shù)中心。擁有 8 個(gè)國家級重點(diǎn)學(xué)科，包括采礦工程、工程力學(xué)、安全技術(shù)及工程、巖土工程、礦產(chǎn)普查與勘探、礦物加工工程 、 電力電子與電力傳動 、 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論 。 中國礦業(yè)大學(xué)致力于科學(xué)研究，取得了一大批高水平的研究成果。 “ 九五 ” 以來 ，學(xué)校先后承擔(dān)各類科研項(xiàng)目 5940 項(xiàng)，其中國家級科技項(xiàng)目 343 項(xiàng)，包括 “863”項(xiàng)目 31 項(xiàng)、 “ 973” 項(xiàng)目 28 項(xiàng)、國家杰出青年基金項(xiàng)目 9 項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 239 項(xiàng)等；先后獲得國家級科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng) 32 項(xiàng)，省部級科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng) 368 項(xiàng)。申請專利 353 項(xiàng)，授權(quán) 267 項(xiàng)。 中國礦業(yè)大學(xué)擁有煤炭專業(yè)方面的眾多專家、教授，學(xué)校技術(shù)力量雄厚、研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富、研究條件和手段先進(jìn)，擁有大型工程計(jì)算軟件 軟件。擁有先進(jìn)大型伺服機(jī)實(shí)驗(yàn)室，能測試充填矸石的物理力學(xué)性能，為設(shè)計(jì)矸石充填方案和實(shí) 現(xiàn)良好的充填效果提供了依據(jù)。擁有 國家煤炭工業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?guī)r層控制實(shí)驗(yàn)室 ，為進(jìn)行相似材料模擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了良好的實(shí)驗(yàn)平臺。擁有可視化操作的礦區(qū)沉陷預(yù)測預(yù)報(bào)軟件系統(tǒng)，可以方便簡捷的預(yù)計(jì)地表變形參數(shù)。這些都為本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室研究工作提供了十分便利的環(huán)境和條件。 第 17 頁 中國礦業(yè)大學(xué)在 “ 機(jī)械化固體 充填采煤 ” 方面已研發(fā)的相關(guān)技術(shù)如下： （ 1）矸石置換村莊保護(hù)煤柱技術(shù) 本項(xiàng)技術(shù)利用井下矸石置換村莊下壓煤，已在我國邢臺礦區(qū)成功進(jìn)行了試驗(yàn)。其開采方法為在村下壓煤中布置矸石充填巷，先對矸石充填巷掘進(jìn)采煤，然后采用自行研制的拋矸機(jī)依次對采出 煤炭的矸石充填巷由內(nèi)向外充填矸石。在控制地表的變形以保證村莊的安全使用的前提下，實(shí)現(xiàn)村下煤炭采出率不低于 50%與礦井井下矸石不上井，地表不新堆矸石山。 （ 2）矸石置換村下條采煤柱技術(shù) 本項(xiàng)技術(shù)利用井下矸石置換村下條采留設(shè)的永久煤柱，已在我國淄博礦區(qū)許廠礦、岱莊礦進(jìn)行了試驗(yàn)。其開采方法為在每個(gè)條帶煤柱中央集中布置 35 條矸石充填巷；對各條矸石充填巷先掘進(jìn)采煤，然后采用自行研制的矸石充填機(jī)在采出煤炭的巷道內(nèi)由內(nèi)向外充填矸石。在保證地表建（構(gòu)）筑物安全的情況下，實(shí)現(xiàn)條采永久煤柱 的 回收，實(shí)現(xiàn)礦井矸石不上井，不新增矸 石山。 （ 3）矸石充填長壁采煤技術(shù) 本項(xiàng)技術(shù)在村下布置長壁工作面，在開采過程中利用井上、下矸石充填采空區(qū)，已在我國新汶礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)。其開采方法為在村下保護(hù)煤柱中布置長壁工作面，采用自行研制的矸石充填采煤液壓支架、矸石充填機(jī)等設(shè)備進(jìn)行開采、充填，使壓煤的采出率由傳統(tǒng)的 30%左右提高到 85%以上，提高采出率 50%以上。 （ 4） 固體充填 采煤技術(shù) 該技術(shù)以固體廢棄物為充填物料，在工業(yè)廣