一、開展充填開采的背景
我國“三下”壓煤高達140億噸，東部由于人口密集，“三下”壓煤量已普遍超出可采儲量的50%。
新礦集團建企于1956年，1988年建成山東省內首家千萬噸企業，迄今已有62年的發展歷史。面對開采強度的增加，優勢資源的減少，國家經濟戰略的調整等一些客觀條件，新礦集團也出現了一系列現實問題：
1.老區礦井資源。新礦集團老礦區原有的2.34億噸可采儲量，“三下一上”壓煤量1.71億噸，占73%。
2.環保壓力大。最多時形成了22座矸石山，占地92公頃，歷史最高矸石堆存量4833萬噸。
3.省內礦井村莊壓煤地企矛盾凸顯。新礦老區壓覆村莊143個，省內新區壓覆村莊104個。
總之，新礦集團面臨煤礦開采與生態環境保護、社會經濟發展、能源安全保障、社會地區穩定等方面的問題，亟待研究生產方式的變革。
二、自主創新“五充一選”工藝技術
1.充填方式的演變
自20世紀60年代開始，礦井開采主要采用水砂充填法。
自2004年開始，先后采用原生矸石普采充填技術、原生矸石綜采充填技術、地面矸石似膏體自流充填技術、煤矸石泵送充填技術、煤矸石低壓風動力充填技術，至2009年開始采用井下煤矸分離技術。
2.“五充一選” 工藝技術
（1）工藝一：原生矸石普采充填技術
將矸石用運輸機送到普采工作面，利用高速動力拋矸機將其拋到采空區內，拋矸速度可達5 m/s以上；系統生產能力達到了450 t/d，工作面單產1.2萬噸以上。
（2）工藝二：原生矸石綜采充填技術
充填工藝過程如圖5、圖6、圖7所示。
充填工作面的作業方式為前面采煤，后面緊跟矸石充填，并有專用裝置進一步壓實。充填能力達到200 t/h，生產能力達到了2000 t/d，年充填矸石可達30萬m3，充填致密度達到90%以上。
（3）工藝三：地面矸石似膏體自流充填技術
主要技術要求：
——似膏體混合料：煤矸石、粉煤灰、水泥；
——似膏體質量濃度：72%；
——濾水率：3～5%；
——管路內徑：120mm。
充填路徑：充填制備站→充填鉆孔→鉆孔繞道→工作面順槽→采空區。
充填系統：主要分地面漿料制備系統、充填管路輸送系統、采場充填系統三部分。
地面漿料制備系統包括：煤矸石輸送、破碎、篩分、煤矸石喂料倉、粉煤灰倉、攪拌桶等。
（4）工藝四：煤矸石泵送充填技術
2007年新礦集團在某分公司61303工作面通過泵送充填取得成功，工作面單產1.5萬t左右。具體工藝流程如圖10所示。
（5）工藝五：煤矸石低壓風動力充填技術
2009年，新礦集團在某礦試驗成功了高檔普采工藝下的風力管道充填技術。矸石輸送量最大可達120t/h，水平輸送距離可達300-1400m。
（6）工藝六：井下煤矸分離技術
采用以矸換煤工藝，直接在井下建立煤矸分離系統，煤炭分選率達到96%以上。目前新礦集團已建成六個井下煤矸分離系統。共分為2種形式：一種是原煤篩分系統，一種是淺槽重介分離系統。
三、一體化矸石充填系統
新礦集團在“五充一選”基礎上，形成了“井下原生矸石充填、井下淺槽重介煤矸分離、地面矸石下井回填”于一體的矸石充填系統。實現了“矸石不轉移、不升井、不堆山”三項目標。
1.原生矸石充填系統：將采掘工作面源頭產生的矸石通過井下運輸系統運至采煤工作面采空區內充填，實現原矸回填。
2.井下重介淺槽煤矸分離系統：入洗能力最大150噸/小時，每年可選出30萬噸矸石用于井下充填，大幅減少礦井的無效提升運輸量，每年節約提升運輸費用360萬元以上。
3.地面矸石下井回填系統：將原來堆存于地面的矸石，輸送到井下充填。直投式地面下矸系統，實現了將地面矸石和粉煤灰下井回填。
四、實施充填開采效果
1.壓覆資源大量解放
經過10余年的探索和實踐，相繼在15對礦井，90余個工作面推廣應用充填開采工藝，累計以矸換煤產量1600萬噸以上，充填矸石2100萬噸以上。礦區呆滯資源變為有效可采資源1億噸以上，老區礦井服務年限延長10年以上，回收率提高10%以上。
2.安全系數得到提高
提高實施矸石充填技術，避免了瓦斯爆炸事故，杜絕了煤層自燃發火事故，防止了突水災害，降低了頂板事故危害。
3.生態環境得到有效保護
新礦集團已停運矸石山12座，減少矸石山7座，開采地面下沉系數僅為0.3，最小值為0.1。
4.取得的技術成果
通過開發利用矸石充填技術，新礦集團已有24項成果獲得上級獎勵，其中，“矸石充填置換煤關鍵技術研究與應用”項目獲國家科學技術進步二等獎和山東省重大節能成果獎；“煤礦采場似膏體自流充填工藝”等13項技術獲得國家發明專利。
新礦集團先后承擔了12項充填開采技術標準起草任務?！熬C合機械化固體充填采煤方法技術規范”（NB/T51002-2012）已正式頒布實施?！皰佂妒焦腆w充填采煤技術規范”、“煤礦充填開采效果評價方法”等8項標準已通過煤礦專用設備標委會的審查?！氨盟统涮畈擅杭夹g規范”、“似膏體充填采煤技術規范”按計劃正在研究制訂中。
2011年9月，新礦集團被國土資源部、財政部命名為“全國首批礦產資源綜合利用示范基地”。2012年4月，國家能源局在泰安“全國煤礦充填開采現場會”對新礦集團充填開采經驗進行現場推廣。2013年6月，國家發改委批復新礦集團承擔建設“煤礦充填開采國家工程實驗室”。
新礦集團按照工藝產業化，服務專業化，設備配套化的模式，從設計、施工、安裝、運行、管理等方面按照保姆式服務打造新礦集團自己的產業品牌。利用自有專利技術自行設計制造了“六柱式”充填支架，先后成功在河北、遼寧等省區的9多個礦井施工充填開采項目18項，簽訂服務合同1.8億余元。
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