平朔矿区煤矿开采沉陷防治和控制的技术

来源:用户上传      作者: 刘 伟

　　[摘要]针对平朔矿区露天、井工煤矿开采对矿区环境、地表破坏的影响,并以减轻危害程度为目标,根据矿区应合理的应用采矿方法和工艺,来防治和控制开采沉陷,达到满意的社会效益和环保效益。
　　[关键词]开采沉降土地复垦沉陷治理环境效益
　　中图分类号:TD8文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120085-01
　　
　　平朔矿区位于山西省朔州市境内,煤炭资源丰富,这里既有安太堡、安家岭特大型露天煤矿,也有井工开采的中小煤矿。矿区面积大1190km²,地质储量3000Mt,矿区生产能力达15Mt/a。为国家特大型矿区。开采历史较长,煤炭的开发为朔州的经济快速持续发展提供了基本保证,然而煤炭的大规模开采对矿山及其周围环境造成了严重的破坏,每年由于采动造成的地质灾害,给当地人民群众的生命安全和财产安全蒙上阴影,严重威胁矿山的正常安全生产。开采沉陷造成的矿区环境灾害主要有土地塌陷或积水,农田减产或绝产、道路塌陷、房屋变形破坏等,这都是开采引起的岩层移动,是造成矿区塌陷灾害和区域变形的根源,有效控制和减轻地面塌陷程度是解决此问题的根本之路。
　　
　　一、露天煤矿边坡控制技术
　　
　　采矿工程直接涉及或影响到边坡岩体的变形破坏特征、失稳模型,因此,对蠕动边坡变形控制亦应以采矿工程为主要研究内容。
　　1.依据弱层的蠕变特征设计边坡。边坡变形主要由褐色页岩泥化层控制,其变形特征主要取决于泥化层的流变特征,所以,在设计边坡时应采用弱层的长期强度来验算边坡的稳定性,并以瞬时抗剪强度和长期极限抗剪强度来分析边坡的变形动态。
　　2.控制地下水压变化。地下水压是影响边坡变形发展的极敏感因素,疏干减压是抑制或延缓软岩边坡蠕动变形进一步发展的有效措施。实践证明,设计合理的疏干工程密度是消除或减小变形“阶跃”,延缓变形发展的有效措施。
　　3.协调采矿工程。边坡的管理和维护是控制边坡变形的重要环节,应尽量缩短边坡暴露时间和服务年限。因此,在选择采矿工艺、采区布置、工作线推进方向和采空区利用等都应与边坡工程管理结合起来,协调发展,并实施内排土压脚工程,有效地减小倾倒滑移变。
　　4.制造人工裂隙,处理煤层含水。因为采煤的降深速度大于煤层疏干的降深速度。不把煤层中的水处理掉,采煤工作受到制约,光靠疏干井降深,时间长,满足不了采煤降深的要求。找一点煤层底板等高线较低的点,打一口集水井,通过集水井能把这些水很快抽走。
　　5.做好地面防水工程,最大限度地减少采场汇水量。设排水沟,排水沟与主要泄洪河道贯通。
　　6.植被保护。矿坑外围排土场的生态重建工作,台阶平台、边坡坡面和塬顶平台是主要的工程实施对象。排土场的最终平台主要采用灌草带状混交模式,树草种选择柠条、羊草和披碱草,形成灌草丛;外排土场永久边坡经穴状整地后栽植沙棘,常绿与落叶树木搭配、乔木与灌木结合、路基边坡种草,起到生态防护作用的同时,美化环境。
　　7.土地复垦。土地复垦与露天矿开采计划相结合,合理安排,实施边开采、边复垦、边利用;土地复垦与当地农业规划相结合,与气象、土壤条件相适应,与土地利用总体规划相协调,与当地的城镇、道路等建设及生态环境保护统一规划,进行地区综合治理,有利于生产、生活,美化环境,促进生态的良性循环。
　　
　　二、井工开采沉陷的防治技术途径
　　
　　沉陷破坏的防治技术途径可以从两方面考虑:(1)对开采沉陷的控制,即通过合理选择采矿方法和工艺、合理布置开采工作面、采取井下充填法、覆岩离层带空间充填等措施,来减少地表下沉,控制地表下沉速度和范围,达到保护地表和地面建、构筑物与耕地的目的。(2)开采沉陷破坏的恢复和整治,运用土地复垦技术和建筑物抗采动变形技术,对开采沉陷破坏的土地进行整治和利用。
　　1.全部充填开采。充分利用洗、选煤场的优势,将煤泥、矸石等废料,输送到井下采空区。煤泥通过管道、钻孔,充填采空区,此项目已通过工业试验。矸石经过辅助提升井运到井下,充填采空区。在煤炭采出后顶板尚未冒落之前,用固体材料对采空区进行密实充填,使顶板岩层仅产生少量下沉,以减少地表的下沉和变形,达到保护地面建、构筑物或农田的目的。
　　2.条带开采。根据煤层和上覆岩层组合条件,按一定的采留比,在被开采的煤层中采出一条,保留一条。由于条带开采仅是部分地采出地下煤炭资源,保留了一部分煤炭以煤柱形支撑上覆岩层。从而减少覆岩移动,控制地表的移动和变形,实现对地面建、构筑物的保护。
　　3.覆岩离层带充填。根据采空区上方覆岩移动形成三带的岩移特性,在煤炭采出后一定时间间隔内,用钻孔往离层带空间高压注浆,充填,加固离层带空间,将采动的砌体梁结构加固为稳定性较好的连续梁结构,使离层带的下沉空间不再向地表传递,以减少或减缓地表下沉,保护地面建、构筑物或农田。
　　4.协调开采。厚煤层分层开采时,合理设计各工作面的开采间距,相互位置与开采顺序,使开采一个煤层(工作面)所产生的地表变形和开采另一个煤层(工作面)所产生的地表变形相互抵消或抵消一部分,以减少采动引起的地表变形,保护地面建、构筑物。
　　5.土地复垦。煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦;平地和修建梯田复垦,对积水沉陷区、潜水位较低的边坡地带,可采取平整土地、改造成梯田的方法复垦利用;输排法复垦开挖排水渠道,将沉陷区浅积水排出,使沉陷水淹地重新得到耕种;固体微生物复垦技术煤矸石添加适量微生物活化剂,经过一个植物生长期,就可建立起稳固的植物生长层,形成熟化的土壤。
　　
　　三、结束语
　　
　　开采沉陷是造成矿区环境地质灾害的直接原因,有效控制和减轻地面沉陷程度是避免开采沉陷环境灾害的基本途径。充填采煤法是减少地表下沉效果作好的方法,平朔矿区井工煤矿正在做膏体(煤泥水)充填的实验,这种方法可使采场没有或减少垮落带,能更好的减少地表下沉。
　　
　　参考文献:
　　[1]马永梅,煤泥水处理方法的研究,煤炭科学技术,2007.5.
　　[2]魏忠义,大型排土场水蚀控制的径流分散概念及其分散措施――以山西省安太堡露天煤矿排土场为例中国科协,2003年学术年会.
　　[3]郭广礼、王悦汉、马占国,煤炭开采沉陷有效控制的新途径[J].中国矿业大学报,2007.

转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-1067215.htm