结构充填开采基础理论与地下空间利用构想

冯国瑞^1,2，杜献杰^1,2，郭育霞^1,2，戚庭野^1,2，王泽华^1,2，李庆东^1,2，李化运^1,2，康立勋^1,2

1. 太原理工大学矿业工程学院

摘 要：为应对充填采煤面临的成本逐渐增高、效率相对低下、地下空间资源被大量浪费等挑战,提出了结构充填开采思想。结构充填是一种充填率低、结构稳定性强、充填效果好的充填开采,其目标为:高效利用矿区固废资源、降低充填成本,改进充填材料与工艺、提高充填效率,合理进行采充规划、实现对地下开采空间的再利用。结构充填的设计原则为:直接顶不发生破断且变形量在允许范围内、充填体抗压强度足够大且能长期稳定承载。根据此原则确定了结构充填的关键位置为:特殊地质构造区、围岩应力集中区、直接顶最大受力处、直接顶最大变形处和充填体自身薄弱点等。结构充填的关键技术主要包括:通过优化煤矸石骨料形态与颗粒级配、研发新型低成本胶凝材料、开发新型外加剂、发展多种替代原材料等手段进一步开发新型固废充填材料;通过构建不同形态高强结构充填体和直接顶自承结构构建"充填体-直接顶"复合承载结构;通过研发智能化充填材料制备系统、可视化充填料浆输送系统、独立式充填体构筑系统、移动式充填材料浇注系统、立体化充填效果监测系统构建井下一体化结构充填系统。基于"三下"压煤资源的开采需求,在结构充填开采思想的引领下,提出了在城市下建设地下综合体、在村镇与农田下建设地下农业基地、在铁路（公路）与水体下建设地下储库等构想。

关键词：结构充填开采;固废资源化;地下空间再利用;“充填体-直接顶”复合承载结构;“三下”压煤资源;