煤礦開采沉陷防治和控制的技術(shù)

2006/11/29 0:00:00

摘要：本文針對(duì)煤礦開采對(duì)礦區(qū)環(huán)境、地表破壞的影響，并以減輕危害程度為目標(biāo)，根據(jù)各個(gè)礦區(qū)應(yīng)合理的應(yīng)用采礦方法和工藝，來防治和控制開采沉陷。
關(guān)鍵字：開采沉陷土地復(fù)墾沉陷控制
山西是煤炭大省，煤炭的開發(fā)為山西經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)發(fā)展提供了基本保證，然而煤炭的大規(guī)模開采對(duì)礦山及其周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞日益突出，開采沉陷造成的礦區(qū)環(huán)境災(zāi)害主要有土地塌陷或積水，農(nóng)田減產(chǎn)或絕產(chǎn)、道路塌陷、房屋變形破壞等，這都是開采引起的巖層移動(dòng)，是造成礦區(qū)塌陷災(zāi)害和區(qū)域變形的根源，有效控制和減輕地面塌陷程度是解決此問題的根本之路。隨著煤炭形式的好轉(zhuǎn)，各集團(tuán)公司都加大了環(huán)境的防治和治理，對(duì)煤炭事業(yè)來說，功在當(dāng)代，利在千秋。
一.沉陷的防治技術(shù)途徑
沉陷破壞的防治技術(shù)途徑可以從兩方面考慮；（1）對(duì)開采沉陷的控制，即通過合理選擇采礦方法和工藝、合理布置開采工作面、采取井下充填法、覆巖離層帶空間充填等措施，來減少地表下沉，控制地表下沉速度和范圍，達(dá)到保護(hù)地表和地面建、構(gòu)筑物與耕地的目的。（2）開采沉陷破壞的恢復(fù)和整治，運(yùn)用土地復(fù)墾技術(shù)和建筑物抗采動(dòng)變形技術(shù)，對(duì)開采沉陷破壞的土地進(jìn)行整治和利用。
1.1.1全部充填開采
在煤炭采出后頂板尚未冒落之前，用固體材料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行密實(shí)充填，使頂板巖層僅產(chǎn)生少量下沉，以減少地表的下沉和變形，達(dá)到保護(hù)地面建、構(gòu)筑物或農(nóng)田的目的。其中水沙充填是充填采煤法中減少地表下沉效果作好的方法，其次是風(fēng)力充填和矸石自溜充填。但充填采礦法需要專門的充填設(shè)備和設(shè)施，還需要有充足的充填材料。礦井初期投資大，噸煤成本相應(yīng)的增加。
1.1.2條帶開采
根據(jù)煤層和上覆巖層組合條件，按一定的采留比，在被開采的煤層中采出一條，保留一條。由于條帶開采僅是部分地采出地下煤炭資源，保留了一部分煤炭以煤柱形支撐上覆巖層。從而減少覆巖移動(dòng)，控制地表的移動(dòng)和變形，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面建、構(gòu)筑物的保護(hù)。但該方法采出率低、巷道掘進(jìn)多，工作面效率低。
1.1.3覆巖離層帶充填
根據(jù)采空區(qū)上方覆巖移動(dòng)形成三帶的巖移特性，在煤炭采出后一定時(shí)間間隔內(nèi)，用鉆孔往離層帶空間高壓注漿，充填，加固離層帶空間，將采動(dòng)的砌體梁結(jié)構(gòu)加固為穩(wěn)定性較好的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，使離層帶的下沉空間不再向地表傳遞，以減少或減緩地表下沉，保護(hù)地面建、構(gòu)筑物或農(nóng)田。但該技術(shù)難度大，再近一步研究。
1.1.4限厚開采
根據(jù)礦區(qū)地形、水文地質(zhì)條件和建、構(gòu)筑物抗變形能力，以不產(chǎn)生地表積水和滿足建筑物所要求的保護(hù)等級(jí)為依據(jù)，確定可開采的煤層厚度，開采是僅回采這一厚度的煤，其余各煤層均不開采，以實(shí)現(xiàn)減少下沉保護(hù)地面建、構(gòu)筑物及土地的目的。但該技術(shù)采出率低，僅在薄煤層中應(yīng)用有一定的使用價(jià)值。
1.1.5協(xié)調(diào)開采
厚煤層分層開采時(shí)，合理設(shè)計(jì)各工作面的開采間距，相互位置與開采順序，使開采一個(gè)煤層（工作面）所產(chǎn)生的地表變形和開采另一個(gè)煤層（工作面）所產(chǎn)生的地表變形相互抵消或抵消一部分，以減少采動(dòng)引起的地表變形，保護(hù)地面建、構(gòu)筑物。但該技術(shù)要保持一定的錯(cuò)距，因此組織生產(chǎn)難度較大。我國(guó)尚未開展這種工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。
1.1.6 “采-注-采“三步法開采
充分利用覆巖結(jié)構(gòu)對(duì)巖層移動(dòng)的控制作用，應(yīng)用荷載置換的原理，進(jìn)行小條帶開采-注漿充填固結(jié)采空區(qū)-剩余條帶開采的三步法開采，有效的對(duì)巖層移動(dòng)和地表沉陷的控制，解決了大面積開采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率，保護(hù)了地面建、構(gòu)筑物，但也存在工藝復(fù)雜，成本較大等缺點(diǎn)。
二.土地復(fù)墾技術(shù)
2.2.1煤矸石充填復(fù)墾和粉煤灰充填復(fù)墾
（1）地下開采產(chǎn)生的大量煤矸石運(yùn)到地表排放，既占地有污染環(huán)境。利用煤矸石作為充填材料，即可使采煤破壞的土地得到恢復(fù)，又能減少矸石的額占地。
（2）利用電廠的廢棄物--粉煤灰充填沉陷區(qū)復(fù)墾土地，可以化兩害（沉陷區(qū)、粉煤灰）為三利（電廠、煤礦、農(nóng)民三放面有利）。
2.2.2平地和修建梯田復(fù)墾
對(duì)積水沉陷區(qū)、潛水位較低的邊坡地帶，可采取平整土地、改造成梯田的方法復(fù)墾利用。梯田的水平寬度和梯坎高度，應(yīng)根據(jù)地面坡度抖緩、土層薄厚、工程量大小、作物種類、耕種機(jī)械化程度綜合考慮確定，田間坡度的大小和坡向，應(yīng)根據(jù)原始坡度的大小、有無灌溉條件、復(fù)墾土地用途來決定。
2.2.3輸排法復(fù)墾
開挖排水渠道，將沉陷區(qū)淺積水引入河流、湖泊、坑塘、水庫(kù)等，作為蓄水用，是沉陷水淹地重新得到耕種。
2.2.4深挖墊淺復(fù)墾
運(yùn)用人工或機(jī)械方法，將局部積水或季節(jié)性積水沉陷區(qū)下沉大區(qū)域挖深，適合養(yǎng)魚、蓄水灌溉等，用挖出的泥土充填開采沉陷較小的地區(qū)，使其成為可種植的耕地。
2.2.5積水區(qū)綜合利用技術(shù)
對(duì)地面大面積積水和積水深度很大的沉陷區(qū)，科學(xué)的綜合利用，發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)魚、圍欄養(yǎng)魚、蓄洪作灌溉水源、建造水上公園等。
2.2.6固體微生物復(fù)墾技術(shù)
煤矸石添加適量微生物活化劑，經(jīng)過一個(gè)植物生長(zhǎng)期（約6個(gè)月）就可建立起穩(wěn)固的植物生長(zhǎng)層，形成熟化的土壤。
三. 結(jié)束語
開采沉陷是造成礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的直接原因，有效控制和減輕地面沉陷程度是避免開采沉陷環(huán)境災(zāi)害的基本途徑。充填采煤法是減少地表下沉效果作好的方法，近年在山東有些礦區(qū)正在做膏體充填的實(shí)驗(yàn)，這種方法可使采場(chǎng)沒有或減少垮落帶，能更好的減少地表下沉。但它的技術(shù)含量很大，輸送倍線大，管路易阻塞，如果成功那將是煤礦開采的一次技術(shù)革命。
開采沉陷對(duì)土地資源的影響和破壞是難以避免的，所以各個(gè)煤礦應(yīng)該應(yīng)用根據(jù)自己的實(shí)際情況和條件合理應(yīng)用防止和控制開采沉陷技術(shù)和土地復(fù)墾技術(shù)，礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，對(duì)地表塌陷進(jìn)行綜合治理和開發(fā)利用，才能更好地保護(hù)地表、礦區(qū)的環(huán)境、農(nóng)民的利益。

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