煤礦開采沉陷充填開采技術(shù)及其應(yīng)用

王洪忠

摘 要：目前隨著我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)在不斷的發(fā)展，我們對(duì)于煤礦的開采程度正在不斷的加深，在具體的煤礦開采過(guò)程當(dāng)中，越來(lái)越多的先進(jìn)的技術(shù)正在不斷的應(yīng)用，通過(guò)這些先進(jìn)的技術(shù)能夠更好的促進(jìn)煤礦開采質(zhì)量的提升，但是在這其中還有很多的問(wèn)題仍然存在的。所以在此篇文章當(dāng)中就煤礦開采沉陷充填開采的技術(shù)點(diǎn)及其應(yīng)用的一些具體情況進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；沉陷充填開采技術(shù)；應(yīng)用分析

1.前言

根據(jù)我們國(guó)家目前對(duì)于煤礦開采過(guò)程當(dāng)中所出現(xiàn)的具體問(wèn)題可以看出，由于目前我們對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，片面的追求速度、追求經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致很多方面在發(fā)展過(guò)程當(dāng)中并不是十分的充分，導(dǎo)致很多的問(wèn)題出現(xiàn)。為此，此篇文章主要是分析煤礦開采沉陷充填開采技術(shù)及其應(yīng)用，推動(dòng)該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，更好的滿足煤礦開采的需求，促進(jìn)煤炭行業(yè)的發(fā)展。

2.煤礦充填開采技術(shù)的基本現(xiàn)狀

通常情況下，在開采金屬礦石的過(guò)程中都會(huì)應(yīng)用到充填技術(shù)，因此，該技術(shù)在目前而言相對(duì)比較成熟，但在煤礦開采方面，充填技術(shù)還處于“借鑒”階段。這是由于煤礦的結(jié)構(gòu)屬于層狀巖石層，在煤礦開采之后必然會(huì)導(dǎo)致巖石發(fā)生移動(dòng)或破壞的情況，因此，對(duì)于煤礦的開采，充填技術(shù)及其解決的最終目的并不同于金屬礦石。有研究顯示，中國(guó)在開采煤礦后對(duì)沉陷地區(qū)的填充方法仍沿襲著20世紀(jì)60年代的方法，撫順勝利礦根據(jù)傾斜上行水砂充填長(zhǎng)壁采煤的方法順利地對(duì)工廠的保護(hù)煤柱進(jìn)行了開采；直至后期，中國(guó)又借鑒了國(guó)外經(jīng)驗(yàn)（利用離層注漿的方法來(lái)緩解地表下沉情況），從而優(yōu)化了中國(guó)充填技術(shù)，并有效減緩了中國(guó)在煤礦開采后造成的大面積地表沉陷現(xiàn)象。此外，在技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，為了進(jìn)一步解決水砂充填時(shí)的泌水及建立復(fù)雜且難度較高的隔離排水系統(tǒng)等問(wèn)題，德國(guó) 在20世紀(jì)80年代就研制出了充填技術(shù)，其中，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是將用于填充沉陷部位的填充材料科學(xué)制成牙膏狀、不沁水的漿體，然后，利用低流速通過(guò)泵機(jī)將填充材料順利輸送至沉陷區(qū)域，從而不僅有效促進(jìn)了填充效率的提高，還使得填充材料凝結(jié)的時(shí)問(wèn)得到了有效縮短。但就目前對(duì)煤礦需求量不斷上升的情況而言，國(guó)內(nèi)煤礦開采后所造成的沉陷范圍愈來(lái)愈大；再加上地質(zhì)情況的不同，對(duì)填充方法的要求也不同，如單純采用同一種充填的方法，那么將無(wú)法滿足沉陷區(qū)填充的需求，也無(wú)法達(dá)到預(yù)期充填的目的。此外，有相關(guān)調(diào)查顯示，中國(guó)目前大約還存有1500座煤礦矸石山。煤礦開采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量矸石，而矸石堆積不但會(huì)浪費(fèi)大面積土地資源，還會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，并造成嚴(yán)重的污染問(wèn)題。因此，深入研究分析煤礦開采后的填充方法及技術(shù)對(duì)解決生態(tài)環(huán)境問(wèn)題與促進(jìn)綠色開采等具有十分重要的意義。

3.煤礦開采沉陷充填開采技術(shù)及其應(yīng)用

3.1 塊石膠結(jié)充填技術(shù)及應(yīng)用

塊石膠結(jié)充填技術(shù)的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，具備較強(qiáng)的充填能力，能夠有效利用礦井下的廢石，在低水泥用量的前提下能夠保證充填強(qiáng)度，適用于廢石較多、對(duì)充填強(qiáng)度有較高要求的礦區(qū)。具體原理如下：將礦井下面的廢石與膠結(jié)料漿混合在一起，將其當(dāng)做充填骨料，在水泥砂漿的作用下骨料會(huì)形成一個(gè)整體，完整的充 填采空區(qū)，有效防止地表塌陷狀況的產(chǎn)生。該種技術(shù)最初應(yīng)用于澳大利亞的一個(gè)礦區(qū)，取得成功以后迅速得到人們的認(rèn)可。該種技術(shù)對(duì)塊石粒徑有較高要求，要求其不能大于300毫米，最好全部控制在150毫米以內(nèi)，并且要使用尾砂漿或者是細(xì)砂漿。與尾砂膠結(jié)充填技術(shù)相比，該種技術(shù)可以節(jié)約50%左右的成本，因?yàn)?該技術(shù)可以節(jié)約60%以上的水泥，抗壓強(qiáng)度也明顯提升。同時(shí)，塊石與砂漿不在一條管道上輸送，達(dá)到輸送地點(diǎn)以后直接用利用砂漿把塊石固結(jié)，固結(jié)效果非常好，且不需要人工攪拌。除此之外，應(yīng)用這種技術(shù)還能夠減輕對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染，對(duì)土地的占用面積也很小，因此在我國(guó)煤礦開采中的應(yīng)用非常廣泛。該項(xiàng)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向是研制出更先進(jìn)的儀器設(shè)備來(lái)檢測(cè)充填體的穩(wěn)定性，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行更科學(xué)的評(píng)價(jià)。

3.2 全尾砂充填膠結(jié)技術(shù)及應(yīng)用

為了進(jìn)一步提升對(duì)尾砂的利用率，人們開始研制全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，20世紀(jì)80年代人們正式對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，取得成果后進(jìn)入試用階段。該技術(shù)的理論基礎(chǔ)是物理化學(xué)以及膠體化學(xué)，需要將尾砂漿進(jìn)行兩段脫水，第一段是使用高效濃密機(jī)脫水，第二段使用真空過(guò)濾機(jī)脫水，脫水后砂漿濃度達(dá)到70%以上。將這些尾砂與適量水泥和少量的水?dāng)嚢柙谝黄?，攪拌時(shí)需要使用強(qiáng)力機(jī)械攪拌裝置，保證攪拌的均勻性，形成均質(zhì)膠結(jié)料以后，用管道將其輸送到礦區(qū)，該種技術(shù)對(duì)尾砂的利用率可以達(dá)到95%。到目前為止該項(xiàng)技術(shù)還處在進(jìn)一步發(fā)展之中，對(duì)其研究更加深入，不僅停留在材料利用率、充填強(qiáng)度層面，還擴(kuò)展到了充填體穩(wěn)定性以及與巖層相互作用的層面，另外，為了進(jìn)一步改善充填體的性能，人們又開始研究外加劑的使用及其影響。全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)的發(fā)展和完善可以幫助人們緩解充填原料不足的問(wèn)題，對(duì)于保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境也具有重要意義。但是該技術(shù)對(duì)尾砂脫水程度有較高要求，工藝相對(duì)復(fù)雜，因此成本較高，如何在保證脫水率的前提下簡(jiǎn)化工藝、降低成本是我們需要解決的問(wèn)題。

3.3膏體充填技術(shù)及應(yīng)用

膏體充填技術(shù)的基礎(chǔ)是全尾砂充填技術(shù)，利用了該項(xiàng)技術(shù)中全尾砂高濃度這一特征，為了滿足輸送要求，全尾砂漿的濃度不能超過(guò)78%，但是為了滿足充填體的強(qiáng)度要求，全尾砂漿的濃度最好可以達(dá)到85%，如何調(diào)和這種矛盾要求是我們需要解決的問(wèn)題。為了滿足濃度要求，通常要對(duì)尾砂做分級(jí)脫泥處理，但是這 種做法會(huì)降低尾砂的利用率，材料進(jìn)場(chǎng)以后還要做進(jìn)一步脫水處理，脫水過(guò)程自然會(huì)造成水泥流失，導(dǎo)致充填體的強(qiáng)度下降，為了避免這種問(wèn)題就要盡量提升充填料漿的濃度，使其滿足強(qiáng)度要求，為擺脫管道運(yùn)輸條件的限制，就需要使用特殊設(shè)備來(lái)泵送膏體充填料。由于物料的濃度較高，因此對(duì)泵送功率有較高要求，構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，而且泵送過(guò)程中容易出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，因此需要對(duì)膏體的流體力學(xué)性能進(jìn)行更深入的研究，通過(guò)更先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)提升泵送效率。

4.結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)這篇文章當(dāng)中對(duì)于煤礦開采沉陷充填開采技術(shù)的分析可以看出，此技術(shù)在應(yīng)用能夠大大的促進(jìn)煤礦開采工作的發(fā)展，為煤礦開采提供更好的幫助，推動(dòng)煤礦開采安全質(zhì)量的提升。因此，在今后的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，還需要對(duì)沉陷充填開采技術(shù)進(jìn)行更深入地分析調(diào)查和研究，才能夠更好的滿足煤礦開采的需求，促進(jìn)煤炭行業(yè)的發(fā)展。