據國家能源局統計，目前我國煤炭資源探明剩余可采儲量為1842億噸，以現有的儲量和消費水平僅夠使用50年。其中，“三下”（建筑物、道路、水體下）壓煤量約140億噸，如果采用防止地表沉陷的條帶開采方式，回收率僅為30%至50%。

另據調查，在我國東部礦區，“三下”壓煤量已普遍超出可采儲量的50%。

全國煤礦采空區土地沉陷累計達100萬公頃左右，每年新增采空區6萬公頃左右。煤矸石累計堆積45億噸，占地1.3萬公頃，且每年還以約3億噸的速度增加。

毋庸多言，這幾組數據或許就足以說明，實施煤礦充填開采在中國當下的必要性和現實意義。

自發探索，各顯神通

充填開采是隨著采煤工作面的推進，向采空區送入矸石、膏體等充填材料，并在充填體保護下進行采煤的技術。事實上，因現實所迫，不少煤炭企業近年來已自發探索推廣充填開采技術，并取得了一定成效。

我國煤炭資源埋藏較深，95%的煤炭資源靠井工開采，一直沿用簡單的垮落式開采方式，帶來的生態問題越來越嚴重。因采煤造成的土地塌陷、地下水流失、煤矸石占壓土地、環境污染、因搬遷補償不到位引發的上訪不斷等問題，影響了礦區生態與社會和諧。

另外，一些開采時間較長的老礦區，面臨資源接續難題，如何最大限度回收“三下”壓煤，對有些煤炭企業來說事關生死存亡。因此，山東、河北、河南、安徽等省的一些煤炭企業，不約而同地開始探索推廣煤礦充填開采技術。

例如，山東煤炭有上百年的開采歷史，加之全省村莊、建筑物稠密，有壓煤村莊1949個，村莊壓煤量占可采儲量的60%。據山東省煤炭工業局局長喬乃琛介紹，如不采取保護性開采措施，剩余煤炭可采儲量難以維持20年。

因而，山東堅持保護性開采與穩產策略，強化監管，探索實施了充填開采。山東能源新汶礦業集團經過8年的探索和實踐，相繼在14個礦井、81個工作面實施了充填開采，建成了5個“井下洗煤廠”，累計完成以矸換煤1000萬噸。通過充填開采，新汶礦業集團已停用矸石山12座，累計減少矸石排放1300萬噸，減少土地占壓20多公頃，解放本部壓煤量3.588億噸。預計“十二五”期間，新汶礦業集團采區回收率能提高10%以上。

山東能源集團旗下的淄博礦業集團、棗莊礦業集團、肥城礦業集團、臨沂礦業集團，山東兗州礦業集團，以及山東一些地方煤炭集團，均有礦井在實施充填開采。據統計，山東已有35個礦井實施充填開采，完成開采工作面136個，累計充填矸石1720萬噸，充填開采煤炭產量達到1400萬噸。

河北冀中能源集團是較早開始充填開采的企業之一，全集團有20多個礦井應用了充填開采技術，年充填矸石180萬噸，從“三下”壓煤中回收資源230多萬噸，有3座矸石山消滅殆盡。

在多年的實踐過程中，各個煤礦根據礦井自身情況，或自行研究，或與科研院校合作，各顯神通，探索出了多種充填方法和工藝。

新汶礦業集團探索出了原生矸石綜采充填、普采充填和煤矸石低壓風動力充填、泵送充填4種工藝。冀中能源集團已擁有矸石巷道充填和矸石固體、矸石膏體、矸石似膏體、超高水充填等不同材料、不同運輸方式的5種工藝。

實踐的過程已帶動了開采裝備的研制。我國自主研發的六柱支撐式充填設備聯合試運轉成功，充填設備專業化生產和規模化運營正在進行。在充填材料上，除了矸石、粉煤灰外，礦井水、膠固體、建筑垃圾等成為潛在的充填材料。

國家能源局副局長吳吟說，目前矸石充填已成為應用較為廣泛的工藝技術，充填開采的經濟效益和社會效益明顯。

全面推廣，有待扶持

“目前實施充填開采的大多是老礦井，老礦井本來噸煤成本就高，利潤水平低，所以對于煤炭企業來說，充填開采關鍵問題還是成本高。”新汶礦業集團的一名工作人員說。

新汶礦業集團多個礦井實施了充填開采，不同的充填工藝成本各不相同，全集團平均下來，充填開采成本增加100元/噸。

坐落在微山湖畔的棗莊礦業集團高莊煤礦2006年開始研究充填開采技術，最后選用“拱橋式”充填全采系統，與正常開采相比，成本增加89元/噸。高莊煤礦的工作人員認為，相對于其他充填開采工藝，他們的成本是比較低的。

吳吟在全國煤礦充填開采現場會上說：“初期投資大、生產成本高，阻礙了充填開采技術在全國范圍內的推廣。”

據山東科技大學教授姜巖介紹，充填成本高也是德國、波蘭等世界上較早開始充填開采的國家停止很多充填開采項目的原因。

早在19世紀，德國因采煤造成的地表沉陷等問題非常嚴重，1924年德國即開始充填開采。20世紀70年代至90年代，德國的煤炭企業廣泛采用機械化風力充填方法，工作面充實率達到57%。但這種充填開采到1997年即全面停止，主要原因是風力充填使開采成本增加20美元/噸至30美元/噸，而治理地表沉陷或搬遷村莊增加的開采成本是6美元/噸至8美元/噸。

波蘭也是產煤大國，1964年就開始在城市中心區大規模采煤，一般采用水砂充填方法，那時波蘭處在社會主義時代，充填開采的成本由國家承擔。1989年波蘭實施經濟改革以來，由于充填開采成本太高及公眾反對，建筑物下開采舉步維艱。目前，波蘭只有1個充填工作面在作業。

“老礦井利潤空間有限，有的礦井年利潤幾千萬元，如果煤價下滑，充填開采就會有壓力。”新汶礦業集團技術處處長周明說。而對于新礦井，若無必要，便更缺乏充填開采的動力。

企業普遍反映的一個問題是，由于充填開采技術要求高，工藝復雜、工序穿插，生產效率相對較低。例如1個工作面是充采同時進行，若充填的進度跟不上采煤的進度，采煤就得停下來等充填工作。另有膏體等充填方式，膏體本身需要凝固的時間，充填開采便是一個“充—采—充—采”的循環過程。

周明說：“充填工作面一般是‘以充定產’，相對效率還是偏低，單產平均僅能達到1萬多噸。”效率問題不同程度地影響了煤炭企業實施充填開采的積極性。

另外，如果充填開采大面積實施，充填物料的來源也在問題范圍之內。中國礦業大學教授繆協興說：“充填開采，充填進去的東西在經濟價值上，一定要比煤廉價。”

在新汶礦業集團翟鎮煤礦，充填物料以矸石為主，矸石分井下洗選的矸石和井上矸石山的矸石。據了解，再過3年至5年，井上矸石山便可徹底消滅。到時候光井下的矸石肯定不夠，拿什么充填呢？

據周明介紹，城市建筑垃圾經過粉碎，或者鐵礦的尾砂，均可用作充填材料，但這種可能性需要研究。與矸石相比，其余充填物料均需考慮到運輸距離和運費等成本問題。

吳吟在談到全面推廣充填開采技術存在的突出問題時指出，充填生產裝備不夠配套，相關設備技術性能穩定性弱，以及充填開采缺乏相對配套的法規和政策等，都應該引起高度重視。

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充填開采技術簡介

經過實踐探索，我國已經建立了固體物充填、膏體似膏體充填和高水超高水充填三大類工藝技術體系。

一、固體物充填工藝

固體物充填的主要充填物料為井下原生矸石、地面矸石山矸石、洗選矸石及電廠粉煤灰等。

工作面的布置方式與傳統綜采工作面布置方式基本相同，在采煤工作面的后部，即在采空區一側布置充填作業面，將固體充填物料輸送至工作面后部。如采用綜合機械化固體廢棄物充填開采工藝，此時破碎的矸石等用皮帶輸送至采空區內，然后利用搗實機將充填物料搗實并接頂。還有一種矸石普采充填技術，矸石經運矸輸送機轉載至強力拋矸皮帶機，矸石被拋射入充填工作面。另有風力充填工藝，是將破碎成顆粒的矸石用風機吹進充填工作面。

應用情況及成本：山東能源新汶礦業集團翟鎮煤礦，采用綜合機械化固體廢棄物充填開采工藝，單位成本為63.35元/噸，包含工資、材料費、維修費、電費等。山東濟寧礦業集團花園煤礦，由原先條帶開采改成矸石充填開采，也采用該工藝，人力、設備、主要原材料、礦建、土建、電力等方面噸煤成本均有增加，增加了249.44元/噸，但隨著工作面單產的增加，成本尚有下降的空間。

新汶礦業集團鄂莊煤礦采用高檔普采，矸石充填采用邊采邊充的方式，充填物料為全巖掘進工作面產生的矸石，充填成本為92.65元/噸。

二、膏體似膏體充填工藝

膏體似膏體充填的主要充填物料是煤矸石（或者河沙）、粉煤灰、專用膠結料和水等。這種充填工藝需要井上、井下兩套系統，井上充填站先將固體廢棄物等原料加水在地面加工成膏體料漿，用充填泵經管道輸送到井下工作面采空區，由支架的后插板配合金屬網在工作面與待充填區之間筑一道隔離墻，用編織袋等物在充填區內構筑完全封閉的充填空間，充填膏體待其凝結。

應用情況及成本：山東魯泰煤業公司太平煤礦自2006年5月以來，利用膏體充填開采技術開采了7個工作面，生產原煤137.1萬噸，膏體充填開采的直接成本增加223.89元/噸。根據分析，充填輔助材料費所占比率較低，而人工費與直接材料費占成本的50%以上。

山東能源淄博礦業集團岱莊煤礦，2010年至2012年2月底充填開采產量52.4萬噸，效果良好。岱莊煤礦充填開采成本增加218元/噸。

三、高水超高水充填工藝

高水超高水充填是將兩種不同的漿液分別輸送至井下，然后將其混合充入采空區。這兩種漿液各自流動性較好，混合在一起后能迅速凝結或膨脹，達到設計強度實現充填。因此該工藝主要包括漿體制備、漿體輸送、漿體混合和工作面充填4個子系統。

應用情況及成本：山東能源臨沂礦業集團田莊煤礦采用的是超高水充填開采技術，A料主要由鋁土礦等物質燒制并與超緩凝分散劑組成，B料由石膏等礦物質與復合速凝劑組成。A料、B料分別加水制成A漿液、B漿液，將兩種漿液混合，即可在一定時間內膠結凝聚。田莊煤礦自2009年7月開始采用這種充填開采技術，有效控制了地表移動，充填開采成本增加127.89元/噸。

山東省淄博市王莊煤礦采用高水碰撞材料充填采煤技術，基料為粉煤灰、赤泥、風積沙等硅質材料，輔料為石膏、石灰、水泥和膨脹劑。將基料和輔料混合后，制成固水質量比為1.3至1.5的充填料漿，料漿在2小時內呈液體狀態可實現自流輸送，2小時后開始固化并伴隨30%以下的體積膨脹，充填體實現與頂板主動接觸。