基于充填开采主动保护理念，提出了以充填开采作为煤矿保护生态环境的调节工具。按照矿区地面环境和井上下水系保护要求，统一设计、统一规划，全程地质动态分析，控制地表有序沉降，实现“全过程全息立体生态矿山”的生态开采目标。
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煤矿矿区普适性拓展型固体改性充填采煤技术与装备
从我国煤炭行业绿色发展趋势和要求出发，分析了煤炭企业对不同充填开采方式选择的考量因素，以及影响充填开采技术推广的制约因素，针对不同矿区地域分布特征和充填需求差异性，划分了煤矿充填开采“保护生态环境优先、保护地面建筑优先、处理煤矸固废优先、提高经济效益优先”4类优先原则，提出了“以充填开采作为煤矿保护生态环境的调节工具，建设全过程全息立体生态矿山”的生态开采目标。依据充填开采顶板限定变形力学模型，阐述了影响充填开采目标岩层下沉量的构成因素，构建了生态环境保护、地面建筑保护、矸石固废处置3种充填工程模式下的工作面支护强度计算及覆岩变形控制方程。
介绍了我国煤矿普适性充填采煤技术发展现状及发展方向，涵盖散状原矸固体充填、类贫混凝改性充填、矸石混凝土充填、薄煤层充填、区域性保护充填、巷道充填、选充留协同等适应各类煤矿需求的充填采煤技术，详细描述了不同充填技术的材料制备、运输、充填工艺特点及适应性充填装备。为实现煤矿充填智能化，建立了全面的数据感知系统，通过空间规划及充填效果判定来实现从单元到整体充填工作面的智能化过程，结合传感器网络和人工智能算法，实时监测和控制煤矿固体充填过程，提高充填质量和充填效率。煤矿充填开采在我国绿色矿山建设的远景规划中将扮演更加重要的角色，加强基于主动充填的煤矿生产全过程生态矿山建设、普适性充填技术工艺体系构建、新型固体充填材料研制、智能化充填开采研发等4个方向的科技攻关，我国煤矿充填开采会有极为广阔的发展前景。
图 1 全过程全息立体生态矿山
图 2 “煤壁−工作面支架−充填体”支撑结构体系
图 3 充填液压支架结构
图 4 充填开采近场覆岩限定变形力学模型
图 5 类贫混凝改性充填体试块
图 6 矸石混凝土 (矸石砼) 充填材料
图 7 类贫混凝改性技术地面充填站
图 8 类贫混凝改性充填工艺效果
图 9 大颗粒矸石混凝土充填工艺
图 10 大颗粒矸石砼“带式输送−管道输送”接力输送充填布置
图 11 大颗粒矸石砼移动泵机组布置
图 12 邢东矿井田范围内保护对象赋存状况
图 13 区域性保护充填密实接顶效果
图 14 固体巷道充填工艺
图 15 矸石混凝土巷道充填工艺
图 16 井下分选硐室布置示意
图 17 长壁工作面沿充留巷工艺
图 18 煤矿井下“采选充留”协同系统
图 19 散体矸石充填支架
图 20 适用于类贫混凝改性材料的充填液压支架
刘建功，男，1956年10月生，山东沾化人，中共党员。博士、教授、河北工程大学博士生导师、享受国务院特殊津贴。河北省省管优秀专家、河北省高端人才。担任国家能源充填采煤技术重点实验室主任、河北省煤炭开采产业技术研究院院长、河北省矿业协会会长。获孙越崎能源大奖、全国优秀科技工作者、河北省科技进步突出贡献奖等国家、省部级个人荣誉20多项。曾任冀中能源集团公司副董事长、副总经理。
研究方向
煤矿生态环境保护性开采
主要成果
致力于煤矿充填开采、保水采煤、智能装备与控制等方面的基础理论、应用技术、工艺方法与工程材料的创新性研究，取得多项创新性成果，形成了煤矿区生态环境保护性开采技术体系，为煤矿提供了普适性的、安全高效的生态开采技术，取得了显著的创新性成果，为煤矿区生态环境保护提供了有力的技术保障。
来源：
刘建功，赵家巍，刘扬，等. 煤矿矿区普适性拓展型固体改性充填采煤技术与装备[J]. 煤炭学报，2024，49(1):380−399.
