煤矿开采沉陷防治和控制的技术

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　　摘要:本文针对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,根据各个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。
　　关键词:沉陷防治;控制技术;土地复垦
　　中图分类号:TD928文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)017(C)-0190-01
　　
　　引言:安徽是煤炭大省,煤炭的开发为安徽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日益突出,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。随着煤炭形式的好转,各集团公司都加大了环境的防治和治理,对煤炭事业来说,功在当代,利在千秋。
　　一、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。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。其中水沙充填是充填采煤法中减少地表下沉效果作好的方法,其次是风力充填和矸石自溜充填。但充填采矿法需要专门的充填设备和设施,还需要有充足的充填材料。矿井初期投资大,吨煤成本相应的增加。
　　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。但该方法采出率低、巷道掘进多,工作面效率低。
　　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。但该技术难度大,再近一步研究。
　　4、限厚开采。根据矿区地形、水文地质条件和建、构筑物抗变形能力,以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据,确定可开采的煤层厚度,开采是仅回采这一厚度的煤,其余各煤层均不开采,以实现减少下沉保护地面建、构筑物及土地的目的。但该技术采出率低,仅在薄煤层中应用有一定的使用价值。
　　5、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。但该技术要保持一定的错距,因此组织生产难度较大。我国尚未开展这种工业性实验。
　　6、“采―注―采”三步法开采。充分利用覆岩结构对岩层移动的控制作用,应用荷载置换的原理,进行小条带开采-注浆充填固结采空区-剩余条带开采的三步法开采,有效的对岩层移动和地表沉陷的控制,解决了大面积开采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率,保护了地面建、构筑物,但也存在工艺复杂,成本较大等缺点。
　　二、土地复垦技术
　　1、煤矸石充填复垦和粉煤灰充填复垦。(1)地下开采产生的大量煤矸石运到地表排放,既占地有污染环境。利用煤矸石作为充填材料,即可使采煤破坏的土地得到恢复,又能减少矸石的额占地。(2)利用电厂的废弃物--粉煤灰充填沉陷区复垦土地,可以化两害(沉陷区、粉煤灰)为三利(电厂、煤矿、农民三放面有利)。
　　2、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。梯田的水平宽度和梯坎高度,应根据地面坡度抖缓、土层薄厚、工程量大小、作物种类、耕种机械化程度综合考虑确定,田间坡度的大小和坡向,应根据原始坡度的大小、有无灌溉条件、复垦土地用途来决定。
　　3、输排法复垦。开挖排水渠道,将沉陷区浅积水引入河流、湖泊、坑塘、水库等,作为蓄水用,是沉陷水淹地重新得到耕种。
　　4、深挖垫浅复垦。运用人工或机械方法,将局部积水或季节性积水沉陷区下沉大区域挖深,适合养鱼、蓄水灌溉等,用挖出的泥土充填开采沉陷较小的地区,使其成为可种植的耕地。
　　5、积水区综合利用技术。对地面大面积积水和积水深度很大的沉陷区,科学的综合利用,发展网箱养鱼、围栏养鱼、蓄洪作灌溉水源、建造水上公园等。
　　6、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(约6个月)就可建立起稳固的植物生长层,形成熟化的土壤。
　　结束语:开采沉陷塌陷区的生态恢复也是一个世界性的课题,淮南市作为中国最重要的煤矿城市之一,其矿区开发引起的地表下降沉陷,已经使城市环境逐步恶化,成为制约淮南矿区经济可持续发展的重要原因;淮南矿业集团针对开采塌陷区的环境现状做了全面调查,同时对各塌陷区地质、环境状况的综合分析,立足于实现塌陷区综合治理的社会、经济、环境效益的三者统一,提出了一套适合于淮南煤矿开采塌陷区综合治理的技术措施。
　　作者单位:淮南矿业集团张集煤矿企管科

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