煤礦開采沉陷充填開采技術(shù)應用研究

趙學才 山東能源臨礦集團山東東山新驛煤礦有限公司

引言：隨著煤炭需求量的增加，人們必然會加大對煤礦的開采，因此，生態(tài)環(huán)境必然會受到更多的破壞。因此，相關(guān)人員在促進煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時，必須要優(yōu)化各種充填開采技術(shù)方案，以便減少煤礦開采帶來的傷害，以及在一定程度上降低沉陷發(fā)生的風險，更好地保護生態(tài)環(huán)境。

一、煤礦開采沉陷產(chǎn)生的不良影響

采煤工作在地表下進行，已知發(fā)掘和運輸?shù)乇硐碌拿旱V資源。支撐地殼平衡的煤礦被運輸，地層結(jié)構(gòu)被破壞，地質(zhì)沉降等發(fā)生。如果煤礦開采上有建筑物，就會失去建筑物的穩(wěn)定性，給住在建筑物內(nèi)的居民埋下安全隱患。為了避免發(fā)生安全事故，煤礦開采前必須拆除地質(zhì)上的建筑物，這種行為只能增加煤礦開采成本，降低煤礦開采的經(jīng)濟效益。此外，長期、大規(guī)模的煤礦開采工作會破壞地表生態(tài)系統(tǒng)的平衡，引起地面裂縫、地面沉陷、海水入侵、土壤侵蝕等自然災害。如果在開采后恢復表面的生態(tài)平衡，需要大量的人力、水力和財力，延遲社會發(fā)展的話，煤礦開采收益也會減少。因此，在煤礦開采過程中，相關(guān)部門不僅要重視開采者的人身安全，還要重視生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

二、充填開采技術(shù)概念

填充采礦技術(shù)根據(jù)分類標準有不同的技術(shù)分類，主要區(qū)分采礦方法和填充漿液濃度大小，分為糊填充技術(shù)、水泥填充技術(shù)、低濃度填充技術(shù)、高濃度填充技術(shù)等類型。根據(jù)采礦位置和采礦區(qū)域，可以按分類標準分為采空區(qū)填充技術(shù)、洞穴填充技術(shù)和脫層區(qū)域填充技術(shù)類型。設(shè)計充填專案時，除了技術(shù)的應用效果外，還必須考慮制作過程的成本以及對環(huán)境的具體應用。

三、煤礦充填開采技術(shù)的應用現(xiàn)狀

在煤礦采礦領(lǐng)域，沉陷充填采礦技術(shù)得到廣泛應用，達到更成熟的階段，因此這一成功的經(jīng)驗可以在煤礦充填采礦過程中引入。但是煤礦地層和煤礦礦石地層形狀有很大差異，填充目的也有所不同。因此，在煤礦開采中應用煤礦礦的填充技術(shù)時，必須根據(jù)煤礦巖石規(guī)律進行相應的調(diào)整，將填充技術(shù)與煤礦開采特性一起應用。德國和波蘭的煤礦采用了充填采礦技術(shù)，主要是包括河流砂、煤矸石、粉煤灰等在內(nèi)的充填材料。我國第一個充填技術(shù)于20世紀60年代在撫順勝利煤礦應用傾斜的修辭充填技術(shù)，成功開采煤柱后，在我國大部分煤礦開始了調(diào)查充填試驗。但是該技術(shù)使用成本高，無法廣泛普及。到20世紀80年代，我國大多數(shù)煤礦都進行了雙層灌漿，地表沉降放緩試驗，取得了巨大成果。另外，海外膏體充填技術(shù)有所發(fā)展，充填效率高，廣泛用于煤礦礦山開采過程，在煤礦開采領(lǐng)域也在嘗試。在煤礦開采領(lǐng)域，沉降充填技術(shù)是綠色開采技術(shù)，可以解決煤炭開采引起的地面沉降問題，減少開采廢物排放量，有效保護土地資源。煤礦充填開采技術(shù)研究至關(guān)重要。

四、煤礦開采沉陷充填開采技術(shù)的應用及研究分析

（一）膏體充填技術(shù)

此類技術(shù)只要是在開采的過程中，趁著上面的土層尚未掉落，便將膏體漿料對空的區(qū)間進行填充，以便讓充填條帶對覆巖進行支撐。這種技術(shù)有2種充填方式，一是一個工作面開采之后，便先用膏體漿料對其進行填充，之后到第三個工作面開采，這樣，第二個工作面便可支撐地表，然后再填充第三個工作面；另一種是在控制好充填條帶的間距之后，對其進行長壁條帶的充填。

（二）注漿充填技術(shù)

此種技術(shù)主要是對條帶開采技術(shù)的補充。因為采用條帶開采技術(shù)時，它的采空區(qū)會有一些冒落區(qū)，當這些冒落區(qū)的承載能力下降時，便會將壓力轉(zhuǎn)移到煤巖柱，從而導致煤巖柱變形，繼而發(fā)生沉陷問題。這時，便采用到了注漿充填技術(shù)。相關(guān)人員可以利用鉆孔將注漿注入到冒落區(qū)，從而增強其承載能力，這樣便會使煤柱的載荷力減小，從而延緩煤柱的變形速度，讓沉陷減慢。

（三）塊石膠結(jié)的充填技術(shù)

塊石膠結(jié)主要是將礦井下的廢石作為原材料，然后將其與膠結(jié)料一起攪拌，加上適量的水泥，很快便會凝結(jié)，再將其填充到沉陷區(qū)內(nèi)。這種技術(shù)因為取料簡單，但填充強度高，應用非常廣泛。且因為充填的原材料可以就地取材，為煤礦的相關(guān)部門帶來了更好的經(jīng)濟效益。

（四）全尾砂充填膠結(jié)技術(shù)

這種技術(shù)的應用主要是將尾砂處理好后，再進行充填。而尾砂的處理過程分為2個步驟：首先肯定是要將砂漿過濾掉水，然后將其濃度保持在70%以上；之后，再將此尾砂與水、水泥攪拌在一起，當這些物體呈現(xiàn)質(zhì)膠狀后就可以用其進行填充了。

尾砂膠結(jié)充填技術(shù)尾砂膠結(jié)充填技術(shù)開始是以混凝土為原材料，但因為混凝土的本身工藝和流程過于復雜，因此這項技術(shù)在開初時受到極大的限制。隨著技術(shù)的不斷提升，相關(guān)技術(shù)人員將混凝土換成水泥，將粗骨膠換成細砂膠，對填充材料進行了改善。但因為此項技術(shù)還是需要大量的水泥，加上排除水分時造成的水污染問題，因此，實施的地區(qū)有限，特別不適合在距離城市較近的地方實施。

結(jié)束語：煤礦開采沉陷是煤礦開采中的一個關(guān)鍵問題，需要得到有效的解決。受開采沉陷影響，可造成地表耕地破壞、地下水位下降和滑坡。對煤礦開采及周邊環(huán)境有干擾能力，亟待改善。