我国充填开采技术的历史进程

充填开采技术属于绿色采矿技术重要组成部分，该技术不仅可以控制地表的下沉变形，也可以控制煤层下伏煤岩层破坏的深度，而且能够提高资源的采出率，是一举多得的技术措施。

根据充填开采的技术和工艺对其进行归类，将充填开采划分为四个阶段：

在20世纪40年代之前，为干式的废石充填阶段，利用矿山废弃煤矸石充填采空区，对于充填物的使用效果和性质未进行深入的研究，充填的最初目的仅仅是为了对矿山废弃煤矸石进行处理。

典型应用案例如，在20世纪初期，干式废石充填技术就已经在澳大利亚和加拿大的一些矿井被采用。20世纪50年代前，我国的煤矿企业开始引入废石干式充填技术，到50年代初我国的煤矿企业已大量采用该充填采矿方法。

根据1955年国内统计，黑色金属矿井开采中干式废石充填法占比一半以上，为54.8%，有色金属矿井开采中干式废石充填法占比约38.2%，从而实现在总矿石产量中使用干式废石充填法的矿石产量占比达到1/3以上，但干式废石充填法也有一些缺点，比如具有较大的劳动强度，效率低等，因此在20世纪50年代以后，崩落采矿法的兴起，使得该充填技术逐渐被淘汰。

在20世纪40年代至50年代之间，为水砂充填阶段，顾名思义，该技术主要应用水的力量将尾砂输送至采空区待充填区域，水砂充填技术最先在20世纪40年底至50年代之间被加拿大和澳大利亚某些矿山提出并实践。

水砂充填技术中采用的充填料浓度相对较低，所以充填料需要在井下工作面进行大量的脱水处理，去除充填料尾砂中的细泥。为了保证水砂充填开采脱水的工业标准，提出了渗透速度在脱水过程中要达到超过100mm/h的要求。

水砂充填技术在我国相对长的一段时间内被广泛的采用，该技术主要可用作地表建筑物的保护，也可用作控制地表的下沉变形。水砂充填技术到70年代以后，该技术逐渐被淘汰，目前我国矿井基本已经完全淘汰了该技术。

在20世纪60年代至70年代之间，为尾砂胶结充填阶段，在20世纪60年代被澳大利亚一些矿井应用，通过该技术对矿柱进行回采，充填料中添加水泥占比12%。胶结充填在我国最先出现时以混凝土充填为主。混凝土充填技术对于充填料的配比要求较高，而且充填料的输送工艺很复杂，逐渐被取代。

在20世纪80年代至90年代之间，为充填开采的第四阶段，此阶段充填技术的代表为全尾砂胶结充填，具体又可分为高水充填、膏体充填。

由于全尾砂胶结充填存在井下脱水困难且充填的强度难以得到保证，而且随着我国对于矿山环境的保护要求不断提高，全尾砂充填技术逐渐被矿山企业所淘汰，基于这样的背景下膏体充填逐渐被国内研究者提出并进行了现场应用。

在20世纪80年代初，膏体充填在德国铅锌矿井首次应用。与煤矿企业不同的是，金属矿山企业推广应用膏体充填技术主要目的是提高出矿品位和矿石采出率，而非针对地表沉陷治理的问题。

在20世纪90年代初，我国逐步开始进行膏体充填的现场试验。充填开采技术属于绿色采矿技术重要组成部分，该技术不仅可以控制地表的下沉变形，也可以控制煤层下伏煤岩层破坏的深度，而且能够提高资源的采出率，是一举多得的技术措施。随着煤炭资源的不断减少且最终枯竭，加之我们国民经济发展对于能源需求的不断增加，以及可持续性发展对环境保护提出的新要求，都使得矿山环境保护、“三下一上”特殊煤层赋存条件下采煤受到更高的重视。充填技术普通应用于波兰和德国，其中波兰“三下”赋存条件的煤层采用充填技术开采的煤炭产量占总量达到80%以上。

相对而言，我国矿山企业对于充填开采的理论和实践研究起步较晚，从20世纪50年代初，干式充填开始在我国矿井出现，发展到60～70年代，水砂充填（不含胶结剂）和胶结充填开始出现，发展到80年代以后，胶结充填、膏体充填得到广泛应用和推广。

膏体充填技术的发展基础是水砂充填技术，膏体充填技术具有自己特有的优势，膏体材料只需少量的拌合水，充填体的强度也能得到较好保证，而且在同等充填体强度条件下，可大大减少胶结材料的需求量，降低了价格较高的胶结材料的费用。其次，膏体材料收缩率小，因此它基本是极轻微泌水甚至不泌水。

膏体充填材料基于上面所述的优点，所以膏体充填技术相对于传统水砂充填开采技术应用的效果更好，膏体充填采空区能有效解决解决矿区地表采煤时不进行搬迁村庄。膏体充填技术充填采空区具有较高的密实度，充填效率更高，对于控制地表的下沉变形效果明显；而且该充填技术的充填系统简单，去掉了复杂的排水过滤系统，后期维护工程量少；该充填技术的充填料为矿山固体废弃物，有利于实现矿山采煤的安全环保、高产高效；而且工作面不用滤排充填水，更有利于实现煤矿企业采煤的机械化。

充填泵

河图膏体充填开采是将煤矸石经破碎机粉碎至粒径20mm以下，经搅拌机将碎矸石与水泥和粉煤灰加水按一定比例配合搅拌制成似膏体状物，再经过工业高压充填泵将似膏体状物经管道充填到井下采空区支撑顶板的一种采煤方法。

膏体充填开采的意义在于能释放“三下”压煤，开采边角煤，回收大巷及地质构造带处的保安煤柱，还可以进行综采工作面“沿空留巷”混凝土挡墙施工——膜袋混凝土充填，以提高煤矿资源回收率，减少资源浪费。