煤礦開采沉陷防治和控制的技術

2006/11/29 0:00:00

摘要：本文針對煤礦開采對礦區(qū)環(huán)境、地表破壞的影響，并以減輕危害程度為目標，根據(jù)各個礦區(qū)應合理的應用采礦方法和工藝，來防治和控制開采沉陷。
關鍵字：開采沉陷土地復墾沉陷控制
山西是煤炭大省，煤炭的開發(fā)為山西經(jīng)濟快速持續(xù)發(fā)展提供了基本保證，然而煤炭的大規(guī)模開采對礦山及其周圍環(huán)境造成了嚴重的破壞日益突出，開采沉陷造成的礦區(qū)環(huán)境災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，是造成礦區(qū)塌陷災害和區(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，各集團公司都加大了環(huán)境的防治和治理，對煤炭事業(yè)來說，功在當代，利在千秋。
一.沉陷的防治技術途徑
沉陷破壞的防治技術途徑可以從兩方面考慮；（1）對開采沉陷的控制，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，達到保護地表和地面建、構筑物與耕地的目的。（2）開采沉陷破壞的恢復和整治，運用土地復墾技術和建筑物抗采動變形技術，對開采沉陷破壞的土地進行整治和利用。
1.1.1全部充填開采
在煤炭采出后頂板尚未冒落之前，用固體材料對采空區(qū)進行密實充填，使頂板巖層僅產(chǎn)生少量下沉，以減少地表的下沉和變形，達到保護地面建、構筑物或農(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，其次是風力充填和矸石自溜充填。但充填采礦法需要專門的充填設備和設施，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，控制地表的移動和變形，實現(xiàn)對地面建、構筑物的保護。但該方法采出率低、巷道掘進多，工作面效率低。
1.1.3覆巖離層帶充填
根據(jù)采空區(qū)上方覆巖移動形成三帶的巖移特性，在煤炭采出后一定時間間隔內(nèi)，用鉆孔往離層帶空間高壓注漿，充填，加固離層帶空間，將采動的砌體梁結構加固為穩(wěn)定性較好的連續(xù)梁結構，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，保護地面建、構筑物或農(nóng)田。但該技術難度大，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等級為依據(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，以實現(xiàn)減少下沉保護地面建、構筑物及土地的目的。但該技術采出率低，僅在薄煤層中應用有一定的使用價值。
1.1.5協(xié)調(diào)開采
厚煤層分層開采時，合理設計各工作面的開采間距，相互位置與開采順序，使開采一個煤層（工作面）所產(chǎn)生的地表變形和開采另一個煤層（工作面）所產(chǎn)生的地表變形相互抵消或抵消一部分，以減少采動引起的地表變形，保護地面建、構筑物。但該技術要保持一定的錯距，因此組織生產(chǎn)難度較大。我國尚未開展這種工業(yè)性實驗。
1.1.6 “采-注-采“三步法開采
充分利用覆巖結構對巖層移動的控制作用，應用荷載置換的原理，進行小條帶開采-注漿充填固結采空區(qū)-剩余條帶開采的三步法開采，有效的對巖層移動和地表沉陷的控制，解決了大面積開采地表沉陷控制、提高了煤炭的回采率，保護了地面建、構筑物，但也存在工藝復雜，成本較大等缺點。
二.土地復墾技術
2.2.1煤矸石充填復墾和粉煤灰充填復墾
（1）地下開采產(chǎn)生的大量煤矸石運到地表排放，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，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平地和修建梯田復墾
對積水沉陷區(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墾利用。梯田的水平寬度和梯坎高度，應根據(jù)地面坡度抖緩、土層薄厚、工程量大小、作物種類、耕種機械化程度綜合考慮確定，田間坡度的大小和坡向，應根據(jù)原始坡度的大小、有無灌溉條件、復墾土地用途來決定。
2.2.3輸排法復墾
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深挖墊淺復墾
運用人工或機械方法，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
對地面大面積積水和積水深度很大的沉陷區(qū)，科學的綜合利用，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固體微生物復墾技術
煤矸石添加適量微生物活化劑，經(jīng)過一個植物生長期（約6個月）就可建立起穩(wěn)固的植物生長層，形成熟化的土壤。
三. 結束語
開采沉陷是造成礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)災害的直接原因，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驗，這種方法可使采場沒有或減少垮落帶，能更好的減少地表下沉。但它的技術含量很大，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革命。
開采沉陷對土地資源的影響和破壞是難以避免的，所以各個煤礦應該應用根據(jù)自己的實際情況和條件合理應用防止和控制開采沉陷技術和土地復墾技術，礦區(qū)生態(tài)復墾技術等多學科知識，對地表塌陷進行綜合治理和開發(fā)利用，才能更好地保護地表、礦區(qū)的環(huán)境、農(nóng)民的利益。

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