一、开展充填开采的背景

我国“三下”压煤高达140亿吨，东部由于人口密集，“三下”压煤量已普遍超出可采储量的50%。

新矿集团建企于1956年，1988年建成山东省内首家千万吨企业，迄今已有62年的发展历史。面对开采强度的增加，优势资源的减少，国家经济战略的调整等一些客观条件，新矿集团也出现了一系列现实问题：

1.老区矿井资源。新矿集团老矿区原有的2.34亿吨可采储量，“三下一上”压煤量1.71亿吨，占73%。

2.环保压力大。最多时形成了22座矸石山，占地92公顷，历史最高矸石堆存量4833万吨。

3.省内矿井村庄压煤地企矛盾凸显。新矿老区压覆村庄143个，省内新区压覆村庄104个。

总之，新矿集团面临煤矿开采与生态环境保护、社会经济发展、能源安全保障、社会地区稳定等方面的问题，亟待研究生产方式的变革。

二、自主创新“五充一选”工艺技术

1.充填方式的演变

自20世纪60年代开始，矿井开采主要采用水砂充填法。

自2004年开始，先后采用原生矸石普采充填技术、原生矸石综采充填技术、地面矸石似膏体自流充填技术、煤矸石泵送充填技术、煤矸石低压风动力充填技术，至2009年开始采用井下煤矸分离技术。

2.“五充一选” 工艺技术

（1）工艺一：原生矸石普采充填技术

将矸石用运输机送到普采工作面，利用高速动力抛矸机将其抛到采空区内，抛矸速度可达5 m/s以上；系统生产能力达到了450 t/d，工作面单产1.2万吨以上。 

（2）工艺二：原生矸石综采充填技术

充填工艺过程如图5、图6、图7所示。

充填工作面的作业方式为前面采煤，后面紧跟矸石充填，并有专用装置进一步压实。充填能力达到200 t/h，生产能力达到了2000 t/d，年充填矸石可达30万m3，充填致密度达到90%以上。

（3）工艺三：地面矸石似膏体自流充填技术

主要技术要求：

——似膏体混合料：煤矸石、粉煤灰、水泥；

——似膏体质量浓度：72%；

——滤水率：3～5%；

——管路内径：120mm。

充填路径：充填制备站→充填钻孔→钻孔绕道→工作面顺槽→采空区。

充填系统：主要分地面浆料制备系统、充填管路输送系统、采场充填系统三部分。

地面浆料制备系统包括：煤矸石输送、破碎、筛分、煤矸石喂料仓、粉煤灰仓、搅拌桶等。

（4）工艺四：煤矸石泵送充填技术

2007年新矿集团在某分公司61303工作面通过泵送充填取得成功，工作面单产1.5万t左右。具体工艺流程如图10所示。

（5）工艺五：煤矸石低压风动力充填技术

     2009年，新矿集团在某矿试验成功了高档普采工艺下的风力管道充填技术。矸石输送量最大可达120t/h，水平输送距离可达300-1400m。

（6）工艺六：井下煤矸分离技术

采用以矸换煤工艺，直接在井下建立煤矸分离系统，煤炭分选率达到96%以上。目前新矿集团已建成六个井下煤矸分离系统。共分为2种形式：一种是原煤筛分系统，一种是浅槽重介分离系统。

三、一体化矸石充填系统

新矿集团在“五充一选”基础上，形成了“井下原生矸石充填、井下浅槽重介煤矸分离、地面矸石下井回填”于一体的矸石充填系统。实现了“矸石不转移、不升井、不堆山”三项目标。

1.原生矸石充填系统：将采掘工作面源头产生的矸石通过井下运输系统运至采煤工作面采空区内充填，实现原矸回填。

2.井下重介浅槽煤矸分离系统：入洗能力最大150吨/小时，每年可选出30万吨矸石用于井下充填，大幅减少矿井的无效提升运输量，每年节约提升运输费用360万元以上。

3.地面矸石下井回填系统：将原来堆存于地面的矸石，输送到井下充填。直投式地面下矸系统，实现了将地面矸石和粉煤灰下井回填。

四、实施充填开采效果

1.压覆资源大量解放

经过10余年的探索和实践，相继在15对矿井，90余个工作面推广应用充填开采工艺，累计以矸换煤产量1600万吨以上，充填矸石2100万吨以上。矿区呆滞资源变为有效可采资源1亿吨以上，老区矿井服务年限延长10年以上，回收率提高10%以上。

2.安全系数得到提高

提高实施矸石充填技术，避免了瓦斯爆炸事故，杜绝了煤层自燃发火事故，防止了突水灾害，降低了顶板事故危害。

3.生态环境得到有效保护

新矿集团已停运矸石山12座，减少矸石山7座，开采地面下沉系数仅为0.3，最小值为0.1。

4.取得的技术成果

通过开发利用矸石充填技术，新矿集团已有24项成果获得上级奖励，其中，“矸石充填置换煤关键技术研究与应用”项目获国家科学技术进步二等奖和山东省重大节能成果奖；“煤矿采场似膏体自流充填工艺”等13项技术获得国家发明专利。

新矿集团先后承担了12项充填开采技术标准起草任务。“综合机械化固体充填采煤方法技术规范”（NB/T51002-2012）已正式颁布实施。“抛投式固体充填采煤技术规范”、“煤矿充填开采效果评价方法”等8项标准已通过煤矿专用设备标委会的审查。“泵送充填采煤技术规范”、“似膏体充填采煤技术规范”按计划正在研究制订中。

2011年9月，新矿集团被国土资源部、财政部命名为“全国首批矿产资源综合利用示范基地”。2012年4月，国家能源局在泰安“全国煤矿充填开采现场会”对新矿集团充填开采经验进行现场推广。2013年6月，国家发改委批复新矿集团承担建设“煤矿充填开采国家工程实验室”。

  小编评论  

面对开采难度增加，优势资源减少，国家经济战略调整等客观现实，新矿集团在煤矿开发等具体实践中也面临着煤矿开采与生态环境保护、社会经济发展、能源安全保障、社会地区稳定等一系列现实问题，亟待研究生产方式变革。

目前新矿集团自主创新出“五充一选”工艺技术和一体化矸石填充系统。

形成了“井下原生矸石充填、井下浅槽重介煤矸分离、地面矸石下井回填”于一体的矸石充填系统。实现了“矸石不转移、不升井、不堆山”三项目标。新矿集团按照工艺产业化，服务专业化，设备配套化的模式，从设计、施工、安装、运行、管理等方面按照保姆式服务打造新矿集团自己的产业品牌.