采矿工程中绿色开采技术的分析与运用探寻

来源:用户上传      作者:黄传光

　　摘要：采矿是获得矿产资源的主要途径之一。近年来，我国的采矿工程呈现出增多的态势，在采矿过程中，会对自然环境造成一定的破坏。为对矿区环境进行有效保护，减少因采矿引起的各种环境问题，应当在采矿工程中对绿色开采技术进行合理运用。基于此点，本文重点对绿色开采技术中的保水开采技术和充填开采技术的运用进行论述。
　　关键词：采矿工程;绿色开采;保水;充填
　　1.保水开采技术在采矿工程中的运用
　　保水开采是目前应用较为广泛的一种绿色开采技术，其对于防止采场的突水问题具有显著效果。不仅如此，还能对水资源起到一定的保护作用，有利于降低采矿过程对矿区水文环境的扰动。在采矿工程中，对保水开采技术进行应用时，除了要对采区进行合理选择之外，还应适当留设防水砂岩柱，并选取最为有效的开采方法。
　　1.1采区的选择
　　运用保水开采技术进行采矿的过程中，应当按照不同的地质环境予以区别对待。如底部存在厚度较大隔水层的地区，由于此类地区中的导水裂隙带和冒裂带并不会发育到含水层的地步，所以基本不会对含水层结构造成破坏。因此，可对其进行保水开采;对于有隔水层分布，但厚度较为有限的区域，开采后应采取相应的措施，从而确保地下水不会受到破坏;如果是埋藏较浅且富含大量水体的区域，开采时，可以借助疏水和降水等技术措施，防止突水问题的发生，但这样做却有可能对生态环境造成破坏，所以应当在彻底解决地下水渗漏问题后再对此类区域进行开采。
　　1.2留设砂岩柱
　　在对较为松散的含水层进行开采时，通常都是按照采区的水文、地质条件，并结合现有的开采技术，采用留设防水砂岩柱的方式进行开采。在具体开采的过程中，应当先对导水裂隙带的高度进行确定，然后设计可用于保水条件下的安全砂岩柱。
　　1.3选取适宜的保水开采方法
　　常用的保水开采方法有以下几种：一是减小导水裂隙带的高度;二是以底板加固为主导;三是浅层长臂作业面保水开采。
　　（1）条带开采法。这是保水开采中较为有效的方法之一，其关键技术是采留比的设计。在具体应用时，应当先进行力学模型计算，看煤柱群是否能够保持长时间的稳定性，如果可以保持长期稳定，则可确保开采过程中含水层不会遭到破坏，从而实现保水开采的目标。
　　（2）浅层长臂保水开采法。当开采作业面的实际长度超过200m，液压支架的工作阻力在8000kN以上，日推进速度≥15m时，可在开切眼的区域附近和基本顶初次来压区域内进行局部填充，从而减少采动覆岩贯通裂隙，避免基岩出现整体错动，这样能形成稳定性较高的砌体梁结构，可以大幅度增强采动覆岩的阻水作用。这种开采方法能够对水资源起到良好的保护效果，同时还能减少不必要的浪费，安全、环保。
　　（3）留設防水砂岩柱。在开采的过程中，留设防水砂岩柱的主要作用是对开采上限进行确定，从而确保断裂带不会受到水体波及，防止上覆的水体涌人井下，导致矿井内涌水量增加。该方法适用于以下条件：大型地表水体下开采、需要保护水资源的水体下开采、富水性较强或是松散含水层下的开采。
　　（4）降低导水裂隙带的高度。这种方法实质上是一种隔离水体的技术措施，比较常见的方式为疏水降水。其优点在于安全性高，可实现矿井水的资源化利用，能够对采动破坏的含水层进行恢复和再造。
　　1.4应用实例
　　（1）保水开采区。在该区域内，运用留设防水安全煤柱的保水开采措施，具体做法如下：修建供水井，建立水源地。开采时，应当先对富水性较弱、隔水性能良好的地段进行优先开采。同时，为避免开采过程中导致地下水破坏的情况发生，可以利用井工开采方式。对于地下水较为丰富的区域，可最后进行开采。
　　（2）采煤失水区。在对此类区域进行开采前，应当先对地下水进行疏排，然后留设防塌煤柱。为最大限度地减少疏排水量，可在浅层煤开采完毕后，再对该区域进行开采。
　　（3）采煤无水区。由于此类区域的开采不会受到水体的影响，故此只需留设防塌煤柱即可进行开采。
　　2.充填开采技术的采矿工程中的运用
　　2.1填料的选择
　　充填开采中比较常用的填料有以下几种：干式填料、水砂填料及胶结填料。
　　（1）干式填料。此类填料应为惰性材料，其中不得含有挥发性的有害气体，且含硫量应当低于5%，以免产生S02，造成井下空气环境恶化，甚至引发火灾。干式填料的块度可根据选用的充填设备进行确定，如果采用的是重力充填，干式填料最大块度的直径应当小于200mm，不得超过300mm;若是用抛掷机进行充填，填料块度的直径应当不超过70mm。干式填料可以选用巷道掘进时产生的废石，当填料不足时，可在井下开辟专用的采场对废石进行开采，满足充填需要。
　　（2）水砂填料。在国内的大部分矿山中，基本采用的都是尾砂作为填料，河砂和山砂的用量相对较少。由于全尾砂中所含的细泥量较大，从而对渗透性能造成了一定的影响。因此，在对这种填料进行应用时，需要进行水力旋流脱泥，使尾砂的渗透系数达到5cm/h-7cm/h。
　　（3）胶结填料。常用的胶凝材料有水泥、粉煤灰、细砂等等。在对胶结填料进行应用时，应当对水灰比进行合理确定。如果采用细石混凝土，则应当对配合比进行科学设计。
　　2.2充填工艺
　　常用的填充工艺有以下几种：水力填充、风力输送和机械填充。其中水力填充的应用较为广泛。在对此类填充工艺进行应用时，需要对流体类型进行确定，当输送非均质流填料时，应当确保选用的填料有良好的渗透系数，同时还应对填料进行及时脱水。如果采矿工程中选用的是非均质流胶结填料，因这类填料的含水量较大，容易引起水泥离析，从而导致填充体的强度降低。所以，采场脱水应当以溢流为主，并在充填时，对软管进行及时移动。
　　2.3充填系统
　　常用的充填系统有两种，一种是干式系统，另一种是水力系统。采用干式充填系统时，可将采石场布设在地面，采下的岩石应当破碎至填充所需的块度，通过填充井直接下放至井下，然后转运到待充填的采场上部回风巷道内，利用充填井，借助填料的自重放人采场;水力充填系统有三个部分组成，即贮砂单元、制浆单元和输送装置，按照输送填料的不同，可分为水砂系统和胶结系统两种，它们之间的差别在于后者配有水泥供给系统，前者对制浆的浓度要求不高。例如，某矿区的破碎砂充填系统，填料选用的是经过破碎后的页岩，粒径为0-40mm不等，贮砂装置为砂盆，采用底部卸料式箕斗进行卸砂。仓底设计为正圆锥形，配有电动圆筒筛。无论选用何种充填系统，都必须对充填设备进行优选，这是确保充填效果的关键。
　　3.结论
　　综上所述，随着采矿工程的不断增多，对矿区的自然环境造成了一定的破坏，为有效解决这一问题，应当在采矿工程中，对绿色开采技术进行合理运用。目前，常用的绿色开采技术有保水开采和充填开采，这两种技术在环境保护方面的效果较好，建议采矿工程以此作为首选。未来一段时期，应当加大绿色开采技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善之外，还应开发一些新的技术，从而使其能够更好地为采矿工程服务。
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